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）

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）

良好的黏結(jié)效果是鋼筋混凝土構(gòu)件正常工作的基礎(chǔ)，本文從鋼筋與混凝土黏結(jié)機理及影響因素入手，提出施工過程中改善黏結(jié)效果的措施，并以某框架結(jié)構(gòu)為例，驗證措施的可行性。

鋼筋混凝土；黏結(jié)結(jié)果；滑移；框架結(jié)構(gòu)

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，共同工作。鋼筋和混凝土間存在的化學(xué)吸附力、機械咬合力等黏結(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)中進行驗證。

1 鋼筋和混凝土黏結(jié)機理[1,2]

一般通過拉拔實驗研究鋼筋與混凝土間黏結(jié)機理。光圓鋼筋和變形鋼筋同混凝土間的極限黏結(jié)強度相差很大，且黏結(jié)機理、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)機理。由于鋼筋同混凝土間黏結(jié)強度很小，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)強度主要取決于橫肋同混凝土間的機械咬合作用。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)部分梁的強度值不均勻，底部強度值大于兩側(cè)強度值，但整體強度符合要求。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作用造成鋼筋銹蝕等更為嚴重的后果。

（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，體積分數(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)量和對鋼筋的保護效果。②有效控制鋼筋銹蝕。實踐證明銹蝕初期（混凝土保護層未脹裂）對改善鋼筋與混凝土黏結(jié)效果有利，一旦保護層脹裂，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，施工單位主動加強鋼筋儲存、加工、鋼筋籠成品保護等環(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嚴格控制混凝土澆筑工藝和養(yǎng)護質(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、延長養(yǎng)護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。

[1]陳璽文.鋼筋混凝土黏結(jié)性能有限元分析[D].天津：天津大學(xué)，2010.

[2]管品武，孟會英，李 麗.鋼筋與混凝土間黏結(jié)錨固性能及黏結(jié)作用機理[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001（9）：65-66.

[3]趙 政，蔣德穩(wěn)．銹蝕鋼筋與混凝土黏結(jié)性能研究現(xiàn)狀[J].淮海工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2014（3）：58-62.

[4]秦鴻根，劉斯鳳，孫 偉，等.鋼纖維摻量和類型對混凝土性能的影響[J].建筑材料學(xué)報，2003（4）：363-368.

[5]徐 港，王 青.銹蝕鋼筋與混凝土黏結(jié)性能研究進展[J].混凝土，2006（5）：13-16.

Research on the Measures to Strengthen the Bonding Result of Steel and Concrete

Wang Ning, Xie Huijie, Zhao Huaying
(COFCO Engineering and Technology (Zhengzhou) Co., Ltd, Zhengzhou 450053)

Good adhesion is the basis of the normal work of the reinforced concrete components. This paper starts from the mechanism and influence factors of the bonding between reinforcement and concrete components, advises measures to strengthen the bonding result of steel and concrete. The measures were conducted on the frame structure, the results proves the measures are feasible.

Reinforced concrete; Bonding result; Slippage; Frame structure

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.20.029

TU375

王 寧（1981-），女，工程師；專業(yè)方向為：結(jié)構(gòu)設(shè)計。