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作者:施國良袁平單位:黑龍江省農墾建三江分局前鋒農場公路站黑龍江省農墾建三江分局創(chuàng)業(yè)農場公路站
近年來,在一些工程實踐中,由于鋼筋保護層的厚度未按國家規(guī)定的標準進行設計與施工,導致一些交通工程施工未達到標準,混凝土構件或結構質量出現(xiàn)保護層厚度偏大,進而導致鋼筋負彎距作用大大降低。究其原因主要是鋼筋混凝土保護層在施工過程中的作用未引起施工部門足夠的重視。因此,為確保以后的施工能保質完成,本文基于混凝土保護層在交通工程施工中的應用規(guī)范與要求,結合筆者多年來的施工經(jīng)驗,從混凝土保護層的作用方面加以分析研究,并提出相應的措施,借以引起廣大工程技術人員對鋼筋混凝土保護層的重視與思考。
1對鋼筋混凝土保護層作用的全面認識
近年來,在工程實踐中,由于鋼筋保護層厚度未按規(guī)范要求進行設計與施工,尤其在施工方面,出現(xiàn)鋼筋保護層厚度或大或小的現(xiàn)象,導致混凝土構件或結構質量問題出現(xiàn)較多。因此,為了確保鋼筋混凝土工程的設計與施工質量,加強對混凝土保護層厚度的質量控制是十分關鍵且必要的。具體來說,鋼筋混凝土保護層作用主要是以下兩個方面的:
1.1粘結錨固性能要求。保證鋼筋能與混凝土共同受力,發(fā)揮設計計算所需的強度。為使受力鋼筋與握裹層混凝土之間有必要的粘結強度,混凝土應有一定的相對厚度。因此錨固設計中的粘結強度和錨固長度,都是以保護層厚度不小于受力鋼筋直徑為條件。
1.2維護設施耐久性。國內大量工程調查和試驗結果表明,鋼筋混凝土結構的保護層厚度直接影響構件的耐久性。根據(jù)國內的一份研究資料表明,保護層厚度減小1/4,構件的抗碳化年限就減少約1/2,因此必須保證鋼筋在設計年限內不發(fā)生危及結構安全的銹蝕。混凝土的高堿性環(huán)境使鋼筋表面形成穩(wěn)定的保護膜,使鋼筋不受銹蝕。
2鋼筋混凝土保護層在交通設施施工中的具體應用
鋼筋混凝土保護層厚度通常指受力鋼筋外皮至結構件外表面的尺寸,混凝土保護層和鋼筋混凝土結構的耐久性、耐火性、抗風化性、抗腐性、安全性有著密切的關系。在實際交通工程項目施工、維護中,很多質量問題就是由于鋼筋保護層厚度等原因引起的。因此,在鋼筋混凝土保護層的具體應用中,應該加強技術督導。從錨固和耐久性的角度來看,保護層厚度越大越好,但從受力的角度看則正好相反。因此在保證錨固、耐久性的條件下,保護層厚度應盡量取小,規(guī)范給出的保護層最小厚度正是保護層厚度的最低限度要求。
3鋼筋混凝土保護層在具體工程中存在的問題、原因及改進措施
造成鋼筋混凝土結構中鋼筋位置偏差的原因很多,概括起來主要由于構造措施不妥,施工操作不當,設計考慮不周等幾個方面。第一,施工構造措施中的問題。在鋼筋混凝土結構中,目前我國在交通工程施工中固定鋼筋位置的方法,一般采用在鋼筋與模板之間放水泥砂漿墊塊或在主鋼筋上焊接短鋼筋等做法。這些傳統(tǒng)的施工構造技術有以下缺點:a.當采用水泥砂漿墊塊時,墊塊的厚度即為保護層厚度。此類墊塊一般是在工地現(xiàn)場制作的,其缺點是對墊塊強度、密度等尚缺乏必要的質量控制措施。同時墊塊在施工過程中很容易被擠碎、移位,這些都會在施工中使鋼筋定位和保護層厚度的精度得不到切實的保證。b.采用在主筋上焊接短鋼筋確定混凝土保護層的做法在施工時費工費料;如果焊好的短鋼筋綁扎后不能夠保證正對模板,也會使受力鋼筋的保護層厚度變小。另一方面,作為墊塊的短鋼筋的拆模后直接外露,更容易在環(huán)境介質的作用下而銹蝕發(fā)生銹膨脹所產(chǎn)生的壓力會加速保護層混凝土的開裂損壞,使受力鋼筋的銹蝕加快發(fā)展。第二,施工操作中的問題。保護層厚度和鋼筋定位的精度受工人施工時的技術水平、工作態(tài)度影響。不僅水泥砂漿墊塊的制作精度較難得到保證,有時甚至在施工時工人可能圖方便而只是在鋼筋下墊以“適當厚度”的石子或是隨手取得的混凝土碎塊。第三,設計考慮不周的因素。鋼筋定位不準有時是由于設計方面的原因所造成的。近年設計由電腦直接計算并出圖,圖紙表達方式趨于簡化,常用列表法表達,或僅給出幾個控制截面的標準做法,設計人員較少考慮鋼筋的具體布置,更不用說畫節(jié)點大樣?,F(xiàn)場操作工人對于復雜部位的鋼筋布置無法做到精確,因此,確保鋼筋間距和混凝土保護層厚度便只是一句空話。針對上述鋼筋混凝土結構中保護層厚度誤差的各種問題,除了在設計和施工中要加強工作的責任心、加強管理以外,筆者認為,更重要的是要在結構構造上采取措施,避免傳統(tǒng)的施工工藝中的上述缺點。通過采用新的施工技術和構造措施,確保混凝土結構中鋼筋的定位穩(wěn)固可靠,提高混凝土保護層厚度的施工精度,為提高交通工程的施工質量建立必要的技術基礎。a.滿足粘結錨固作用及握裹層厚度。國內外許多學者用有限元方法分析了握裹層中,尤其是咬合齒附近的應力狀態(tài),且進一步用強度準則分析了握裹層混凝土的變形、裂縫和破壞過程,得出的結論是:隨著保護層厚度的增加,鋼筋與混凝土之間的粘結錨固強度增大,但當鋼筋周圍混凝土層厚度很大時,實際起作用的只是有限的厚度;鋼筋周圍握裹力主要集中在厚度約為鋼筋直徑d的范圍內,尤其是混凝土強度較高及配有約束鋼筋時更是如此。因此,從設計的角度而言,一般鋼筋的保護層厚度不應小于受力鋼筋的直徑d即可。b.滿足混凝土耐久性的要求。調查表明,影響混凝土結構耐久性的主要因素是環(huán)境條件、混凝土的自身質量和結構的使用年限,其中,環(huán)境條件是影響混凝土耐久性的最主要因素。一般情況下強度等級高的混凝土比較密實,碳化速度和有害介質入侵的速度慢,耐久性相對較好,在其他條件相同的情況下,混凝土保護層的厚度可以相對較小。c.符合保護層最小厚度的規(guī)定。GB50010-2002《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定:縱向受力的普通鋼筋及預應力鋼筋,其混凝土保護層厚度應不小于受力鋼筋的公稱直徑(d),且不小于表1中規(guī)定的混凝土保護層最小厚度。總之,混凝土保護層是鋼筋與混凝土共同工作的基本前提,是防止鋼筋受環(huán)境侵蝕、提高結構耐久性的重要措施,對結構耐火性也有重要影響。目前在交通工程鋼筋混凝土結構施工中,混凝土保護層的厚度屬于隱蔽工程,除非發(fā)生鋼筋外露、混凝土孔洞等嚴重的質量事故,一般情況下鋼筋的偏位或保護層厚度的偏差在混凝土澆筑后很難被發(fā)現(xiàn),事后也無法進行補救。因此,在綁扎鋼筋骨架及澆搗混凝土的過程中,確保鋼筋定位準確和混凝土保護層厚度精確是提高混凝土結構工程質量的重要環(huán)節(jié)。