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钢筋混凝土在交通工程中的作用

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钢筋混凝土在交通工程中的作用

作者:施国良袁平单位:黑龙江省农垦建三江分局前锋农场公路站黑龙江省农垦建三江分局创业农场公路站

近年来,在一些工程实践中,由于钢筋保护层的厚度未按国家规定的标准进行设计与施工,导致一些交通工程施工未达到标准,混凝土构件或结构质量出现保护层厚度偏大,进而导致钢筋负弯距作用大大降低。究其原因主要是钢筋混凝土保护层在施工过程中的作用未引起施工部门足够的重视。因此,为确保以后的施工能保质完成,本文基于混凝土保护层在交通工程施工中的应用规范与要求,结合笔者多年来的施工经验,从混凝土保护层的作用方面加以分析研究,并提出相应的措施,借以引起广大工程技术人员对钢筋混凝土保护层的重视与思考。

1对钢筋混凝土保护层作用的全面认识

近年来,在工程实践中,由于钢筋保护层厚度未按规范要求进行设计与施工,尤其在施工方面,出现钢筋保护层厚度或大或小的现象,导致混凝土构件或结构质量问题出现较多。因此,为了确保钢筋混凝土工程的设计与施工质量,加强对混凝土保护层厚度的质量控制是十分关键且必要的。具体来说,钢筋混凝土保护层作用主要是以下两个方面的:

1.1粘结锚固性能要求。保证钢筋能与混凝土共同受力,发挥设计计算所需的强度。为使受力钢筋与握裹层混凝土之间有必要的粘结强度,混凝土应有一定的相对厚度。因此锚固设计中的粘结强度和锚固长度,都是以保护层厚度不小于受力钢筋直径为条件。

1.2维护设施耐久性。国内大量工程调查和试验结果表明,钢筋混凝土结构的保护层厚度直接影响构件的耐久性。根据国内的一份研究资料表明,保护层厚度减小1/4,构件的抗碳化年限就减少约1/2,因此必须保证钢筋在设计年限内不发生危及结构安全的锈蚀。混凝土的高碱性环境使钢筋表面形成稳定的保护膜,使钢筋不受锈蚀。

2钢筋混凝土保护层在交通设施施工中的具体应用

钢筋混凝土保护层厚度通常指受力钢筋外皮至结构件外表面的尺寸,混凝土保护层和钢筋混凝土结构的耐久性、耐火性、抗风化性、抗腐性、安全性有着密切的关系。在实际交通工程项目施工、维护中,很多质量问题就是由于钢筋保护层厚度等原因引起的。因此,在钢筋混凝土保护层的具体应用中,应该加强技术督导。从锚固和耐久性的角度来看,保护层厚度越大越好,但从受力的角度看则正好相反。因此在保证锚固、耐久性的条件下,保护层厚度应尽量取小,规范给出的保护层最小厚度正是保护层厚度的最低限度要求。

3钢筋混凝土保护层在具体工程中存在的问题、原因及改进措施

造成钢筋混凝土结构中钢筋位置偏差的原因很多,概括起来主要由于构造措施不妥,施工操作不当,设计考虑不周等几个方面。第一,施工构造措施中的问题。在钢筋混凝土结构中,目前我国在交通工程施工中固定钢筋位置的方法,一般采用在钢筋与模板之间放水泥砂浆垫块或在主钢筋上焊接短钢筋等做法。这些传统的施工构造技术有以下缺点:a.当采用水泥砂浆垫块时,垫块的厚度即为保护层厚度。此类垫块一般是在工地现场制作的,其缺点是对垫块强度、密度等尚缺乏必要的质量控制措施。同时垫块在施工过程中很容易被挤碎、移位,这些都会在施工中使钢筋定位和保护层厚度的精度得不到切实的保证。b.采用在主筋上焊接短钢筋确定混凝土保护层的做法在施工时费工费料;如果焊好的短钢筋绑扎后不能够保证正对模板,也会使受力钢筋的保护层厚度变小。另一方面,作为垫块的短钢筋的拆模后直接外露,更容易在环境介质的作用下而锈蚀发生锈膨胀所产生的压力会加速保护层混凝土的开裂损坏,使受力钢筋的锈蚀加快发展。第二,施工操作中的问题。保护层厚度和钢筋定位的精度受工人施工时的技术水平、工作态度影响。不仅水泥砂浆垫块的制作精度较难得到保证,有时甚至在施工时工人可能图方便而只是在钢筋下垫以“适当厚度”的石子或是随手取得的混凝土碎块。第三,设计考虑不周的因素。钢筋定位不准有时是由于设计方面的原因所造成的。近年设计由电脑直接计算并出图,图纸表达方式趋于简化,常用列表法表达,或仅给出几个控制截面的标准做法,设计人员较少考虑钢筋的具体布置,更不用说画节点大样。现场操作工人对于复杂部位的钢筋布置无法做到精确,因此,确保钢筋间距和混凝土保护层厚度便只是一句空话。针对上述钢筋混凝土结构中保护层厚度误差的各种问题,除了在设计和施工中要加强工作的责任心、加强管理以外,笔者认为,更重要的是要在结构构造上采取措施,避免传统的施工工艺中的上述缺点。通过采用新的施工技术和构造措施,确保混凝土结构中钢筋的定位稳固可靠,提高混凝土保护层厚度的施工精度,为提高交通工程的施工质量建立必要的技术基础。a.满足粘结锚固作用及握裹层厚度。国内外许多学者用有限元方法分析了握裹层中,尤其是咬合齿附近的应力状态,且进一步用强度准则分析了握裹层混凝土的变形、裂缝和破坏过程,得出的结论是:随着保护层厚度的增加,钢筋与混凝土之间的粘结锚固强度增大,但当钢筋周围混凝土层厚度很大时,实际起作用的只是有限的厚度;钢筋周围握裹力主要集中在厚度约为钢筋直径d的范围内,尤其是混凝土强度较高及配有约束钢筋时更是如此。因此,从设计的角度而言,一般钢筋的保护层厚度不应小于受力钢筋的直径d即可。b.满足混凝土耐久性的要求。调查表明,影响混凝土结构耐久性的主要因素是环境条件、混凝土的自身质量和结构的使用年限,其中,环境条件是影响混凝土耐久性的最主要因素。一般情况下强度等级高的混凝土比较密实,碳化速度和有害介质入侵的速度慢,耐久性相对较好,在其他条件相同的情况下,混凝土保护层的厚度可以相对较小。c.符合保护层最小厚度的规定。GB50010-2002《混凝土结构设计规范》规定:纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋,其混凝土保护层厚度应不小于受力钢筋的公称直径(d),且不小于表1中规定的混凝土保护层最小厚度。总之,混凝土保护层是钢筋与混凝土共同工作的基本前提,是防止钢筋受环境侵蚀、提高结构耐久性的重要措施,对结构耐火性也有重要影响。目前在交通工程钢筋混凝土结构施工中,混凝土保护层的厚度属于隐蔽工程,除非发生钢筋外露、混凝土孔洞等严重的质量事故,一般情况下钢筋的偏位或保护层厚度的偏差在混凝土浇筑后很难被发现,事后也无法进行补救。因此,在绑扎钢筋骨架及浇捣混凝土的过程中,确保钢筋定位准确和混凝土保护层厚度精确是提高混凝土结构工程质量的重要环节。