鋼筋與混凝土粘結(jié)力及其施工措施

毛 慶

1 概述

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，房屋建筑由過去的低層、多層建筑，發(fā)展到今天以多層、高層建筑為主導潮流。建筑結(jié)構(gòu)以混凝土結(jié)構(gòu)占絕大多數(shù)來作為建筑物的結(jié)構(gòu)承重體系。其中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由鋼筋與混凝土兩種材料組成，它們之間的粘結(jié)力是其共同工作的基礎(chǔ)。混凝土凝結(jié)后，能與鋼筋牢固地粘結(jié)，由于鋼筋是塑性材料，能發(fā)揮抗拉強度高的優(yōu)勢;混凝土是脆性材料，能發(fā)揮抗壓強度較高與相對比較經(jīng)濟的優(yōu)勢，且兩者具有相近的溫度線膨脹系數(shù)(鋼筋為 1.2×10-5，混凝土為 1.0×10-5～1.5×10-5)，通過粘結(jié)力可以互相傳遞應(yīng)力，共同變形，確保混凝土構(gòu)件的承載力得到充分的保證和發(fā)揮。可見粘結(jié)力在混凝土結(jié)構(gòu)中的地位十分重要，除了在設(shè)計方面予以高度重視外，其現(xiàn)場施工措施也不容忽視，它同樣決定了混凝土結(jié)構(gòu)體系的安全性、適用性與耐久性。

2 鋼筋與混凝土的粘結(jié)力

2.1 粘結(jié)力的定義

混凝土構(gòu)件受力工作時，若鋼筋和混凝土有相對變形(滑移)，就會在鋼筋和混凝土交界面上產(chǎn)生沿鋼筋軸線方向的相互作用力，這種力稱為鋼筋與混凝土的粘結(jié)力。正因為粘結(jié)力的存在，使鋼筋與混凝土能夠共同工作。

2.2 粘結(jié)力的組成

混凝土構(gòu)件受力工作時，其實是鋼筋與混凝土共同工作，共同工作的基礎(chǔ)就是粘結(jié)力。粘結(jié)力由四部分組成:1)混凝土收縮后將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的摩擦力。鋼筋與混凝土之間的擠壓力越大、接觸面越粗糙，則摩擦力越大。2)混凝土組成顆粒的化學反應(yīng)生成的化學膠結(jié)力。這種力一般很小，當接觸面發(fā)生相對滑移時就消失，僅在局部無滑移區(qū)內(nèi)起作用。3)鋼筋表面凹凸不平與混凝土產(chǎn)生的機械咬合作用而產(chǎn)生的機械咬合力，其中機械咬合力約占總粘結(jié)力一半以上。變形鋼筋的橫肋會產(chǎn)生這種咬合力，它的咬合作用往往很大，是變形鋼筋粘結(jié)力的主要來源。通常在構(gòu)件受力較大的梁、樓板支座、柱、剪力墻和基礎(chǔ)中采用帶肋鋼筋。有時鋼筋表面的輕微銹蝕，均可以增加與混凝土的粘結(jié)力。4)在鋼筋端部彎鉤、彎折，在錨固區(qū)焊接短鋼筋、短角鋼方法來提供鋼筋端部的錨固力。

2.3 光面鋼筋的粘結(jié)力

直段光面鋼筋的粘結(jié)力主要來自于化學膠結(jié)力和摩擦力。光面鋼筋的主要問題是強度低、滑移大，故其與混凝土的粘結(jié)力較低。

2.4 變形鋼筋的粘結(jié)力

變形鋼筋的粘結(jié)效果比光面鋼筋好得多，化學膠合力和摩擦力仍然存在，機械咬合力是變形鋼筋粘結(jié)力的主要來源。鋼筋肋對混凝土的斜向擠壓力形成滑動阻力，滑動的產(chǎn)生使肋的根部混凝土出現(xiàn)局部擠壓變形，粘結(jié)剛度較大，粘結(jié)強度提高。

2.5 影響粘結(jié)強度的因素

鋼筋的粘結(jié)強度均隨混凝土強度的提高而提高。混凝土保護層和鋼筋之間凈距離越大，劈裂抗力越大，因而粘結(jié)強度越高。混凝土構(gòu)件中橫向鋼筋限制了縱向裂縫的發(fā)展，可使粘結(jié)強度提高，因而在鋼筋錨固區(qū)和搭接長度范圍內(nèi)，加強橫向鋼筋(如箍筋加密等)可提高混凝土的粘結(jié)強度，如圈梁、構(gòu)造柱、框架梁與柱的鋼筋在搭接區(qū)段范圍內(nèi)應(yīng)加密箍筋。一般情況下圈梁、構(gòu)造柱綁扎接頭長度按受拉鋼筋考慮，當采用Ⅱ級鋼筋，混凝土強度等級為C20，C25時，則搭接長度為 45d，在此長度范圍內(nèi)的箍筋應(yīng)當加密(間距為100 m)。鋼筋端部的彎鉤、彎折及附加錨固措施(如焊接鋼筋和鋼板等)同樣可以提高錨固粘結(jié)能力，錨固區(qū)內(nèi)側(cè)向壓力的約束對粘結(jié)強度也有提高作用。

3 保證可靠粘結(jié)力的施工措施

3.1 鋼筋間的距離

梁、柱混凝土構(gòu)件中縱向受力鋼筋分布有單排、雙排等以上形式，以鋼筋外邊緣算起，其上下垂直、左右水平的相互間的凈距符合設(shè)計要求，且不小于25 mm。施工中可利用廢料鋼筋來制作固定間距支架，或用直徑25 mm的短鋼筋來間隔2根鋼筋之間的距離，綁扎要牢固，防止混凝土澆筑時受力鋼筋偏位，保證鋼筋間的有效距離，使鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度得到保障。

3.2 鋼筋的混凝土保護層

混凝土受力構(gòu)件中，鋼筋的混凝土保護層厚度不能太小，厚度(鋼筋外邊緣至混凝土表面的距離)不應(yīng)小于鋼筋的公稱直徑。鋼筋的混凝土保護層厚度要達到設(shè)計要求，其中基礎(chǔ)中縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應(yīng)小于40 mm，當無墊層時不應(yīng)小于70 mm。施工中常采取預制帶有鐵絲砂漿墊塊，墊塊規(guī)格為20 mm×20 mm，用1∶2的水泥砂漿制作，墊塊厚度應(yīng)與設(shè)計要求一致。墊塊綁扎在受力鋼筋外邊緣上，綁扎要牢固。

3.3 采用變形鋼筋

設(shè)計時應(yīng)考慮在同等鋼筋面積的條件下，宜優(yōu)先采用小直徑的變形鋼筋。由于光面鋼筋粘結(jié)力較差，施工時鋼筋末端設(shè)彎鉤措施，增大其錨固粘結(jié)能力。如對有抗震要求的，箍筋末端彎折角為135°，彎后平直段長度為10d(d為箍筋直徑)，且不小于75 mm。

3.4 鋼筋的錨固長度

為保證鋼筋伸入支座的粘結(jié)力，應(yīng)使鋼筋伸入支座有足夠的錨固長度。如支座長度不夠時，施工中采取鋼筋彎折措施，彎折長度計入錨固長度內(nèi);也可以在鋼筋端部焊接短鋼筋、短角鋼等方法加強鋼筋與混凝土的粘結(jié)能力。

4 結(jié)語

在房屋建筑工程的混凝土構(gòu)件施工中，特別要注意鋼筋原材料、加工下料、安裝綁扎位置和混凝土保護層厚度的施工質(zhì)量控制，保證鋼筋與混凝土的粘結(jié)力，從而達到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用安全的目標。

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