65建筑材料

建筑材料——钢筋混凝土钢筋砼砼:读tong,音调二声.就是混凝土的意思.钢筋砼就是钢筋混凝土,被广泛应用于建筑结构中.浇筑混凝土之前,先进行绑筋支模,也就是用铁丝将钢筋固定成想要的结构形状，然后用模板覆盖在钢筋骨架外面。最后将混凝土浇筑进去，经养护达到强度标准后拆模，所得即是钢筋砼。历史及发展钢筋混凝土的发明出现在近代，通常为人认为发明于1848年。1868年一个法国园丁，获得了包括钢筋混凝土花盆，以及紧随其后应用于公路护栏的钢筋混凝土梁柱的专利。1872年，世界第一座钢筋混凝土结构的建筑在美国纽约落成，人类建筑史上一个崭新的纪元从此开始，钢筋混凝土结构在1900年之后在工程界方得到了大规模的使用。1928年，一种新型钢筋混凝土结构形式预应力钢筋混凝土出现，并于二次世界大战后亦被广泛地应用于工程实践。钢筋混凝土的发明以及19世纪中叶钢材在建筑业中的应用使高层建筑与大跨度桥梁的建造成为可能。钢筋混凝土的分类按施工方法的不同分：1.现浇式2装配式3装配整体式4现浇钢筋砼楼板钢筋混凝土结构的发展现状目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。据发改委相关数据显示，该地区其主要原材料水泥产量已于2005年达到10.60亿吨，占世界总产量48%左右。材料特性混凝土是水泥（通常硅酸盐水泥）与骨料的混合物。当加入一定量水分的时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为整体结构。通常混凝土结构拥有较强的抗压强度（大约3,000磅/平方英寸,35MPa）。但是混凝土的抗拉强度较低，通常只有抗压强度的十分之一左右，任何显著的拉弯作用都会使其微观晶格结构开裂和分离从而导致结构的破坏。而绝大多数结构构件内部都有受拉应力作用的需求，故未加钢筋的混凝土极少被单独使用于工程。相较混凝土而言，钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa以上，故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。例如在图2简支梁受弯构件中，当施加荷载P时，梁截面上部受压，下部受拉。此时配置在梁底部的钢筋承担拉力(4)，而上部阴影区所示混凝土(2)承受压力(3)。在一些小截面构件里，除了承受拉力之外，钢筋同样可用于承受压力，这通常发生在柱子之中。钢筋混凝土构件截面可以根据工程需要制成不同的形状和大小。同普通混凝土一样，钢筋混凝土在28天后达到设计强度。钢筋混凝土的工作原理钢筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性质决定的。首先钢筋与混凝土有着近似相同的线膨胀系数，不会由环境不同产生过大的应力。其次钢筋与混凝土之间有良好的粘结力，有时钢筋的表面也被加工成有间隔的肋条（称为变形钢筋）来提高建筑过程混凝土与钢筋之间的机械咬合，当此仍不足以传递钢筋与混凝土之间的拉力时，通常将钢筋的端部弯起180度弯钩。此外混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀。选用钢筋的规格和种类•钢筋混凝土中的受力筋含量通常很少，从占构件截面面积的1%（多见于梁板）至6%（多见于柱）不等。钢筋的截面为圆型。在美国从0.25至1英尺，每级1/8英尺递增；在欧洲从8至30毫米，每级2毫米递增；在中国大陆从3至40毫米，共分为19等。在美国，根据钢筋中含碳量，分成40钢与60钢两种。后者含碳量更高，且强度和刚度较高，但难于弯曲。在腐蚀环境中，电镀、外涂环氧树脂、和不锈钢材质的钢筋亦有使用。•在潮湿与寒冷气候条件下，钢筋混凝土路面、桥梁、停车场等可能使用除冰盐的结构则应使用环氧树脂钢筋或者其他复合材料混凝土，环氧树脂钢筋可以通过表面的浅绿色涂料轻松识别。钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环钢筋锈蚀与混凝土的冻融循环会对破坏混凝土的结构造成损伤。当钢筋锈蚀时，锈迹扩展，使混凝土开裂并使钢筋与混凝土之间的结合力丧失。当水穿透混凝土表面进入内部时，受冻凝结的水分体积膨胀，经过反复的冻融循环作用，在微观上使混凝土产生裂缝并且不断加深，从而使混凝土压碎并对混凝土造成永久性不可逆的损伤。碳化作用混凝土中的孔隙水通常是碱性的，根据pourbaix图[3]，钢筋在pH值大于9.5时是惰性的，不会发生锈蚀。空气中的二氧化碳与水泥中的碱反应使孔隙水变得更加酸性，从而使pH值降低。从构件制成之时起，二氧化碳便会碳化构件表面的混凝土，并且不断加深。如果构件发生开裂，空气中的二氧化碳将会更容易更容易进入混凝土的内部。通常在结构设计的过程中，会根据建筑规范确定最小钢筋保护层厚度，如果混凝土的碳化削弱了这一数值，便可能会导致因钢筋锈蚀造成的结构破坏。测试构件表面的碳化程度的方法是在其表面钻一个孔，并滴以酚酞，碳化部分便会变成粉色，通过观察变色部分便可得知碳化层的深度。氯化腐蚀氯化物，包括氯化钠，会对混凝土中的钢筋腐蚀。因此，拌合混凝土时只允许使用清水。同样使用盐来为混凝土路面除冰是被禁止的。碱骨料反应碱骨料反应或碱硅反应，（AlkaliAggregateReaction，简称AAR，或AlkaliSilicaReaction，简称ASR）是指当水泥的碱性过强时，骨料中的活性硅成分(SiO2)与碱发生反应生成硅酸盐，引起混凝土的不均匀膨胀，导致开裂破坏。它的发生条件为(1)骨料中含有相关活性成分(2)环境中有足够的碱性(3混凝土中有足够的湿度75%RH。高铝水泥的晶体转变高铝水泥对弱酸特别是硫酸盐有抗性，同时早期强度增长很快，具有很高强度和耐久性。在第二次世界大战后被广泛使用。但是由于内部水化物晶体的转型，其强度会随时间推移而下降，在湿热环境下更为严重。在英国，随着3起使用高铝预应力混凝土梁的屋顶的倒塌，这种水泥在当地于1976年被禁止使用，虽然后来被证明有制造缺陷，但禁令仍然保留。硫酸盐腐蚀地下水中的硫酸盐会与硅酸盐水泥反应生成具有膨胀性的副产品例如矾石(ettringite)或碳硫硅钙(thaumasitein)从而导致混凝土的早期失效。钢筋砼的裂缝防治与处理一、裂缝成因钢筋砼梁出现裂缝的原因很复杂，主要有材料或气候因素、施工不当、设计和施工错误、改变使用功能或使用不合理等，通常可归纳为以下几种：1、混凝土尚处于未完全硬化状态时，如干燥过快，则产生收缩裂缝，通常发生在表面上，裂缝不规则，宽度小。2、水泥水化硬化时的裂缝。水泥在水化及硬化过程中，散发大量热量，使砼内外部产生温差，超过一定值时，因砼的收缩不一致而产生裂缝。3、温变裂缝。水泥在硬化期间，砼表面与内部温差较大，导致砼表面急剧的温度变化而产生较大的降温收缩，受到内部砼的约束，而出现裂缝。4、设计欠周全。如钢筋砼梁的截面不够、梁的跨度过大、高度偏小，或者由于计算错误，受力钢筋截面偏小、配筋位置不当、节点不合理等，都会导致砼梁出现结构裂缝。5、施工质量造成的裂缝。由于砼标号偏低、受力钢筋截面偏小、截面尺寸不符合设计等而导致砼梁出现裂缝。由于施工不当、模板支撑下沉，或过早拆除底模和支撑等形成的裂缝。施工控制不严，在梁上超载堆荷，而导致出现裂缝。6、预制钢砼梁在运输、吊装过程中，由于支撑不合理、吊点位置不符，以及较大的振动或冲击荷载，也会导致钢砼梁出现裂缝。7、在使用过程中，改变原来使用功能，将办公室改为仓库、屋面加层、使用不当、增大梁上荷载等均会出现裂缝。二、裂缝的处理根据裂缝的成因情况，可将裂缝分为两种类型：一类是由于材料、气候等造成的一般塑性收缩裂缝、干缩裂缝等。这类裂缝一般对承载力影响较小，可作一般处理或不处理；另一类裂缝明显影响了梁的承载能力，随着裂缝的扩展和延伸，钢筋达到屈服强度，受压区砼应变量增大，梁刚度大大降低，构件趋向破坏。此类裂缝必须及早采取加固补强，以满足结构安全需要。对于裂缝的处理，首先要重视对裂缝的调查分析，确定裂缝的种类、程度、危害及加固的依据。调查可从裂缝宽度、长度、是否贯通、是否达到弹性极限应力的位置、有无潮气或漏水、工程地点环境以及施工图纸设计情况等多处入手，分析裂缝产生的本质原因，以采取相应的措施。（一）经过调查分析，确认裂缝在不降低承载力的情况下，采取表面处理法、充填法、注入法等简易的处理方法：1、表面修补法：该法适用于缝较窄，用以恢复构件表面美观和提高耐久性时所采用，常用的是沿砼裂缝表面铺设薄膜材料，一般可用环氧类树脂或树脂浸渍玻璃布。施工时先将砼表面用钢丝刷打毛，清水洗净干燥，将砼表面气孔由油灰状树脂填平，然后在其上铺设薄膜，如果单纯以防水为目的，也可采用涂刷沥青的方法。2、充填法：当裂缝较宽时，可沿裂缝砼表面凿成V形或U形槽，使用树脂砂浆材料进行填充，也可使用水泥砂浆或沥青等材料。施工时，先将槽内碎片清除，必要时涂底层结合料，填充后待填充料充分硬化，再用砂轮或抛光机将表面磨光。3、注入法：当裂缝宽度较小且较深时，可采用将修补材料注入砼内部的修补方法，首先裂缝处安设注入用管，其他部位用表面处理法封住，使用低粘度环氧树脂注入材料，用电动泵或手动泵注入修补，此法在裂缝宽大于0.2mm时，效果较好。