改善鋼筋與混凝土黏結(jié)效果的措施研究

◎ 王 寧，謝會杰，趙華營

（中糧工程科技（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450053）

鋼筋有良好的受拉和受壓能力，混凝土有良好的受壓能力，因此兩者可實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，共同工作。鋼筋和混凝土間存在的化學(xué)吸附力、機(jī)械咬合力等黏結(jié)力使兩者形成整體，共同受力、共同變形，鋼筋和混凝土的溫度線膨脹系數(shù)接近，其中鋼筋為1.2×10-5/℃，混凝土為1.0×10-5/℃，不會引起顯著的溫度應(yīng)力?；炷脸嗜鯄A性，可有效防止鋼筋銹蝕，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)的耐久性。實踐證明鋼筋與混凝土黏結(jié)效果受材料、施工工藝等因素的制約，一旦黏結(jié)失效，將會造成嚴(yán)重后果，本文研究表明，在施工過程中采取有效措施改善黏結(jié)效果能夠事半功倍，并在某框架結(jié)構(gòu)中進(jìn)行驗證。

1 鋼筋和混凝土黏結(jié)機(jī)理[1,2]

一般通過拉拔實驗研究鋼筋與混凝土間黏結(jié)機(jī)理。光圓鋼筋和變形鋼筋同混凝土間的極限黏結(jié)強(qiáng)度相差很大，且黏結(jié)機(jī)理、鋼筋滑移量和破壞形態(tài)也各有不同。

（1）光圓鋼筋的黏結(jié)機(jī)理。由于鋼筋同混凝土間黏結(jié)強(qiáng)度很小，在較小鋼筋應(yīng)變下即可產(chǎn)生局部滑動，一旦鋼筋同混凝土脫開，黏結(jié)力就由摩擦咬合作用承擔(dān)。在加載過程中，相對滑動由加載端逐步向自由端發(fā)展，膠著長度不斷變小，應(yīng)力峰值內(nèi)移，最終鋼筋被拔出，而混凝土一般不發(fā)生劈裂或破碎，呈剪切破壞形態(tài)。當(dāng)相對埋長（鋼筋埋長La同直徑d之比）較大且混凝土強(qiáng)度較高時，鋼筋也可能在黏結(jié)破壞前就已經(jīng)屈服。

（2）變形鋼筋的黏結(jié)機(jī)理。變形鋼筋縱橫肋的存在，改變了鋼筋與混凝土相互作用的方式，大大改善了黏結(jié)效用。雖然膠著力與摩擦力作用仍存在，但變形鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度主要取決于橫肋同混凝土間的機(jī)械咬合作用。由變形鋼筋的拔出實驗可知，其受力變形過程可分為5個階段，見表1。

表1 變形鋼筋拉拔實驗結(jié)果分析表

2 鋼筋與混凝土黏結(jié)效果影響因素

鋼筋與混凝土黏結(jié)效果受到材料選擇、施工工藝、現(xiàn)場管理和構(gòu)件所處環(huán)境等諸多因素的影響，如圖1所示。

圖1 鋼筋與混凝土黏結(jié)失效影響因素示意圖

3 鋼筋與混凝土黏結(jié)效果改善措施

（1）工程概況。某工程為8層框架結(jié)構(gòu)住宅樓，占地面積約1 000 m2，建筑面積約8 000 m2，底層層高3.6 m，其他層層高3 m，室內(nèi)外高差-0.6 m。框架梁、柱、屋面板、樓面板均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，考慮抗震設(shè)防要求。施工時正值夏季，高溫多雨且溫差較大，商品混凝土、鋼筋等原材料均根據(jù)圖紙和合同的要求進(jìn)行選擇。

（2）鋼筋與混凝土黏結(jié)效果不佳引發(fā)的問題。①局部出現(xiàn)微裂紋。2層板局部區(qū)域出現(xiàn)沿鋼筋方向斷續(xù)的微裂紋，寬度在觀測期內(nèi)變化量可忽略，但出現(xiàn)銹點。分析原因：鋼筋與混凝土黏結(jié)不密實，施工環(huán)境溫度高，現(xiàn)場溫控措施執(zhí)行效果欠佳，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)收縮裂縫，鋼筋出現(xiàn)一定程度的銹蝕。②部分構(gòu)件強(qiáng)度檢測結(jié)果不均勻。施工單位質(zhì)量自檢時發(fā)現(xiàn)部分梁的強(qiáng)度值不均勻，底部強(qiáng)度值大于兩側(cè)強(qiáng)度值，但整體強(qiáng)度符合要求。分析原因：混凝土因自重下沉，導(dǎo)致底部密實度較高，鋼筋與混凝土黏結(jié)效果比兩側(cè)好，強(qiáng)度也較高。

以上兩種不良后果是在施工過程中發(fā)現(xiàn)的，實踐證明使用過程中如果鋼筋和混凝土黏結(jié)效果不佳，還會導(dǎo)致鋼筋與混凝土出現(xiàn)相對滑移，加速構(gòu)件破壞[3]，降低混凝土對鋼筋的保護(hù)作用造成鋼筋銹蝕等更為嚴(yán)重的后果。

（3）工程對策。①摻加啞鈴型鋼纖維[4]。由施工單位提出，監(jiān)理單位與建設(shè)單位共同審核通過，設(shè)計單位進(jìn)行設(shè)計變更，將混凝土+鋼筋變更為鋼纖維混凝土+鋼筋，材料中摻加啞鈴型鋼纖維，體積分?jǐn)?shù)為0%～0.5%，鋼纖維選材應(yīng)就地取材，技術(shù)指標(biāo)符合工程要求，其他配合比不發(fā)生變化，改善混凝土質(zhì)量和對鋼筋的保護(hù)效果。②有效控制鋼筋銹蝕。實踐證明銹蝕初期（混凝土保護(hù)層未脹裂）對改善鋼筋與混凝土黏結(jié)效果有利，一旦保護(hù)層脹裂，兩者黏結(jié)性能慢慢衰退，加速構(gòu)件破壞[5]。工程施工環(huán)境復(fù)雜，高溫多雨，鋼筋易發(fā)生銹蝕，施工單位主動加強(qiáng)鋼筋儲存、加工、鋼筋籠成品保護(hù)等環(huán)節(jié)的控制措施，制定并落實事前定預(yù)案、事中抓落實、事后勤總結(jié)的工作制度，做到“三定”（定施工工人、定施工工藝、定質(zhì)檢人員）控制鋼筋銹蝕。③嚴(yán)格控制鋼筋位置。根據(jù)建筑工程圖紙準(zhǔn)確定位鋼筋是施工單位的基本義務(wù)，但施工過程中總存在誤差，鋼筋工程質(zhì)量驗收和混凝土澆筑等環(huán)節(jié)易使鋼筋發(fā)生變形和跑位。施工單位采用加強(qiáng)鋼筋工程技術(shù)交底、規(guī)范設(shè)置馬凳筋、質(zhì)量驗收前設(shè)置臨時馬道、澆筑混凝土?xí)r安排鋼筋工看筋（及時將變形、移位的鋼筋調(diào)直、回位）、澆筑混凝土?xí)r嚴(yán)禁混凝土直接傾倒在鋼筋上等措施，控制鋼筋位置和鋼筋間距。④嚴(yán)格控制混凝土澆筑工藝和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。高溫多雨且濕度較大十分不利于混凝土澆筑，溫度應(yīng)力和溫度裂縫會削弱鋼筋與混凝土的黏結(jié)效果，同時應(yīng)避免暴雨時澆筑混凝土。施工單位充分考慮各種不利因素，提出“以工程質(zhì)量為綱，不盲目追求工程進(jìn)度”的原則。采用科學(xué)增加施工段、分段分層澆筑、增加鋼纖維混凝土攪拌時間、調(diào)整高溫時段施工時間、冰水混合物替代拌合用水、澆筑體溫度實時控制（及時發(fā)現(xiàn)溫度異常并處理）、鋼纖維混凝土采用二次振搗工藝、混凝土節(jié)水養(yǎng)生膜養(yǎng)護(hù)、延長養(yǎng)護(hù)時間等措施提高鋼筋與混凝土黏結(jié)效果，減少溫度應(yīng)力的不利影響。⑤及時修補(bǔ)微裂紋。前期出現(xiàn)的微裂紋施工單位及時向監(jiān)理單位反映，與監(jiān)理單位共同制定修補(bǔ)辦法。本工程中出現(xiàn)微裂紋寬度均為0.3 mm以下，采用壓力灌漿法。由上往下注漿，水平縫從一端到另一端逐個注漿，采用二次注漿工藝，嚴(yán)格控制注漿量和注漿時間間隔，確保漿液充滿微裂紋。

4 結(jié)語

鋼筋與混凝土黏結(jié)效果是鋼筋混凝土構(gòu)件安全工作的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)其耐久性的保障，應(yīng)引起建筑各參與單位的重視。本工程施工單位通過實施以上措施，有效提高工程質(zhì)量，后期質(zhì)檢過程中發(fā)現(xiàn)構(gòu)件強(qiáng)度有明顯提高，微裂紋幾乎沒有增加，大大提高鋼筋與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度。雖然工程建設(shè)費用有一定增加，但施工單位通過后期有效的進(jìn)度控制實現(xiàn)提前竣工，減少了建設(shè)單位的支出，得到建設(shè)單位的理解。

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