钢筋混凝土论文.docx

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钢筋混凝土论文

建筑材料与设备论文

学    号:

15

姓    名:

卞迁

专    业:

建筑工程技术

指导老师:

二零一六年五月

1关于钢筋混凝土的认识..........................................4

1.1基本概念...........................................................4

1.2钢筋混凝土的发展历史....................................4

2钢筋混凝土的特点及应用.........................................6

2.1钢筋混凝土的基本原理和特性

1.2.1钢筋混凝土的基本原理...................................6

1.2.2钢筋混凝土的特性...........................................7

2.2钢筋混凝土的组成材料...................................7

2.2.1水泥..................................................................8

2.2.1.2硅酸盐水泥的生产过程.................................8

2.2.1.3硅酸盐水泥的凝结时间.................................8

2.2.2细毛料..............................................................8

2.2.3粗集料...............................................................9

2.3钢筋混凝土的分类及强度划分................................9

2.3.1按密度分类.........................................................9

2.3.2按用途划分.........................................................9

2.3.3按强度划分.........................................................9

2.3.4根据最新版的《钢筋混凝土结构设计规范》....10

2.4钢筋混凝土的用途.................................................10

2.5钢筋混凝土的腐蚀.................................................10

2.5.1钢筋混凝土腐蚀危害..........................................10

2.5.2钢筋腐蚀的预防措施...........................................11

2.6钢筋混凝土的发展方向...........................................12

2.6.1钢筋工程方面......................................................12

2.6.2混凝土工程方面...................................................12

总结..............................................................................13

主要参考文献................................................................14

一、关于钢筋混凝土的认识

1.1基本概念

混凝土是由水、细骨料、粗骨料和掺和剂等经搅拌、浇筑成型的一种人工石材。

它是土木、建筑工程中应用极为广泛的一种建筑材料。

混凝土凝固后坚硬如石，受压能力好，但受拉能力差，容易因受拉而断裂。

为了解决这个矛盾，充分发挥混凝土的受压能力，常在混凝土受拉区域内或相应部位加入一定数量的钢筋，使两种材料粘结成一个整体，共同承受外力。

这种配有钢筋的混凝土，称为钢筋混凝土。

钢筋混凝土粘结锚固能力可以由四种途径得到：

第一钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力，也称胶结力。

第二混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生摩擦力。

第三钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用，也称咬合力。

第四钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、焊角钢来提供锚固能力。

【1】

钢筋的存在可抵抗开裂处的拉力，应用广泛，破坏是由于钢筋的屈服。

钢筋与混凝土两种性质很不相同的材料能共同工作主要是：

第一接触面上存在有粘结强度，能够传递两者之间的相互作用力，共同受力；

第二温度线膨胀系数很接近；

第三混凝土可作为钢筋的保护层，防止钢筋的锈蚀，保证构件的耐久性。

1.2钢筋混凝土的发展历史

钢筋混凝土是当今最主要的建筑材料之一，但它的发明者既不是工程师，也不是建筑材料专家，而是一位法国名叫莫尼埃的园艺师。

莫尼埃有个很大的花园，一年四季都开着美丽的鲜花，但花坛经常被游客踏碎。

为此，莫尼埃常想：

“有什么办法可使人们既可以踏上花坛，又不容易踩碎呢？

“有一天，莫尼埃移栽花时，不小心打碎了一盆花，花盆摔成了碎片，花根四周的土却仅仅包成一团。

“噢！

花木的根系纵横交错，把松软的泥土牢牢地连在了一起!

”他从这件事上得到了启发，将铁丝仿照花木根系编成网状，然后和水泥、砂石一起搅拌，做成了花坛，果然十分牢固。

有一天，巴黎一位著名的建筑师到莫尼埃的花圃里看花。

他看到莫尼埃用钢筋混凝土制作的花盆，大为惊讶。

他鼓励莫尼埃把这项技术运用到土木工程上，并为他牵线搭桥。

莫尼埃开始应用这项技术制作台阶、铁路的枕木，还有钢筋混凝土的预制板。

并逐渐得到了一些实际是的支持和社会的肯定，并在1867年获得专利。

在1867年巴黎世博会上，莫尼埃展出了钢筋混凝土制作的花盆、枕木，另一名法国人兰特姆展出了钢筋混凝土制造的小瓶、小船。

莫尼埃发明的钢筋砼花盆，在巴黎的园艺界很快得到了推广。

首座钢筋砼桥如果莫尼埃的发明仅局限在自家的花圃里，人们不会记住莫尼埃这个名字。

1875年在一些设计师的帮助下，莫尼埃主持建造了巴黎，也是世界上第一座钢筋砼大桥。

这座桥长16M、宽4M，是座人行的拱式体系桥。

当时，人们还不明白钢筋在混凝土中的作用和钢筋砼受力后的物理学性能，因此，桥梁的钢筋配置全是按照体型构造进行的，在拱式构件的截面中和轴上也配置了钢筋。

1884年，德国一家建筑公司购买了莫尼埃的专利，并对钢筋砼进行一系列科学实验。

一位叫怀特的土木建筑工程师研究了它的耐火性能、强度、混凝土和钢筋之间的黏结力等等，并在此基础上研究出了制作钢筋砼的最佳方法。

从此钢筋砼这种复合材料成了土木工程建筑中的主角之一，人类建筑史上一个崭新的济源从此开始。

钢筋砼结构在1900年之后在工程界方面得到了大规模的使用。

1928年，一种新型钢筋砼结构形式“预应力钢筋砼”出现，并于二次世界大战后亦被广泛地应用与工程实践。

【2】钢筋砼的发明以及19世纪中叶钢材在建筑中的应用使高层建筑与大跨度桥梁的建造成为可能。

混凝土结构与砌体结构、钢结构、木结构想比，历史不长，但自19世纪中叶开始使用后，由于混凝土和钢筋材料性能的不断改进，结构理论施工技术的进步使钢筋砼结构得到迅速发展，目前已经广泛应用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利。

海港等土木工程领域。

我国的钢筋混凝土发展比较曲折，解放前基本是空白，60年代边学习苏联的经验边完善提高，70年代自己动手搞研究，编规范；80年代正力争赶上世界先进水平。

钢筋砼技术应用到中国，最早在上个世纪初的上海和广州“19世纪末，上海的建筑包括租界内的楼房大多数是砖木或砖混结构。

知道20世纪初，外滩的亚细亚大楼、上海总会、东风饭店等欧洲设计师设计、建造的楼房才开始整体或部分使用钢筋砼结构”李应勇表示，其中，最能反应这些建筑从传统风格向现代风格转变的是松江海关大楼（现为上海海关办事处）。

据史料记载，松江海关大楼分别于1857年、1891年、1925年被三次重建。

如今矗立在外滩中山东一路13号的松江海关大楼于1925年建成，由著名英资建筑设计机构公和洋行设计。

大楼建筑风格总体上属于古典主义，正面是典型的多立克柱式。

主楼共有9层，加上塔楼，总高约79.25米，是当时上海外滩最高的建筑物。

这一次重建采取了钢结构与钢筋砼结构混合模式。

上世纪一二十年代，广州、天津等地也先后采用钢筋砼结构建造高楼。

南方大厦就是广州第一座钢筋砼结构的高层楼房。

南方大厦原名城外大新公司，建在沿江西路49号，1918年动工，1922年建成。

大楼高65米，有12层（10层以上为塔楼），经营百货、旅业、酒店，天台为空中花园游乐场，设电梯运送可人，并有螺旋梯形斜道供小汽车上下。

1938年10月广州沦陷前大厦被焚毁，只剩烧焦的骨架。

1954年3月重修加固，并易名为南方大厦，一直沿用至今，外观保持原貌。

钢筋混凝土至今仅有160多年的历史。

它的发展大致经历了四个不同的阶段：

第一阶段为钢筋混凝土小构件的应用，设计计算依据弹性理论方法。

1801年洘格涅特发表了有关建筑原理的论著，指出了混凝土这种材料抗拉性能较差，到1850年法国的兰伯特首先建造了一艘小型水泥船，并于1855年在巴黎博览会上展出。

接着法国的花匠莫尼尔在1867年制作了以金属骨架为配筋的混凝土花盆，并以此获得专利。

后来康纳于1886年发表了第一篇关于混凝土结构的理论与设计手稿。

1872年，美国沃德建造了第一个无梁平板。

从此，钢筋混凝土小构件已进入工程实用阶段。

第二阶段为钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构的大量应用，设计计算依据材料的破损阶段方法。

1992年英国人蒂森提出了受弯构件按破损阶段的计算方法。

1928年法国工程师弗莱西奈发明了预应力混凝土，在分析、设计、施工等方面的工艺与科研迅速发展，出现了许多独特的建筑，如美国波士顿式的Kresge大会堂，英国的1951节日穹顶，美国芝加哥市的Marina摩天大楼，湖滨大楼等建筑物。

1950年苏联根据极限平衡制定了“塑性内力重分布计算规程”。

1955年颁布了极限状态设计法，从此结束了按破损阶段的设计计算方法。

第三阶段为工业化生产构件与施工，结构体系应用范围扩大，设计计算按极限状态方法。

由于二战后许多大城市百废待兴，重建任务繁重，工程中大量应用预制构件和机械化施工以加快建造速度。

继苏联提出的极限状态设计法之后，1970年英国、联邦德国、加拿大、波兰相继采用此方法，并在欧洲混凝土委员会，与国际预应力混凝土协会（CEB-FIP）第六届国际会议上提出了混凝土结构与施工建议，形成了设计思想上的国际化统一标准。

第四阶段，由于近代钢筋混凝土力学这一新的学科的科学分支逐渐形成，以统计教学为基础的结构可靠性理论已逐渐进入工程实用阶段。

电钻的迅速发展，使复杂的数学运算成为可能。

设计计算将依据概率极限状态设计法。

概括为计算理论趋于完善，材料强度不断提高，施工机械化程度越来越高，建筑向大跨度高层发展。

【3】

二、钢筋混凝土的特点及应用

2.1钢筋混凝土的基本原理和特性

1.2.1钢筋混凝土的基本原理

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【4】。

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。

为保证钢筋与混凝土之间的可靠粘结和防止钢筋被锈蚀，钢筋周围须具有15～30毫米厚的混凝土保护层。

若结构处于有侵蚀性介质的环境，保护层厚度还要加大。

由于混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，因而素混凝土结构不能用于受有拉应力的梁和板。

如果在混凝土梁、板的受拉区内配置钢筋，则混凝土开裂后的拉力即可由钢筋承担，这样就可充分发挥混凝土抗压强度较高和钢筋抗拉强度较高的优势，共同抵抗外力的作用，提高混凝土梁、板的承载能力。

1.2.2钢筋混凝土的特性

混凝土的收缩和徐变（蠕变）对钢筋混凝土结构具有重要意义。

由于钢筋会阻碍混凝土硬化时的自由收缩，在混凝土中会引起拉应力，在钢筋中会产生压应力。

混凝土的徐变会在受压构件中引起钢筋与混凝土之间的应力重分配，在受弯构件中引起挠度增大，在超静定结构中引起内力重分布等。

混凝土的这些特性在设计钢筋混凝土结构时应予以考虑。

【5】

由于混凝土的极限拉应变值较低（约为0.15毫米/米）和混凝土的收缩，导致在使用荷载条件下构件的受拉区容易出现裂缝。

为避免混凝土开裂和减小裂缝宽度，可采用预加应力的方法;对混凝土预先施加压力。

【6】实践证明，在正常条件下，宽度在0.3毫米以内的裂缝不会降低钢筋混凝土的承载能力和耐久性。

　　在从－40～60°C的温度范围内，混凝土和钢筋的物理力学性能都不会有明显的改变。

因此，钢筋混凝土结构可以在各种气候条件下应用。

当温度高于60°C时，混凝土材料的内部结构会遭到损坏，其强度会有明显降低。

当温度达到200°C时，混凝土强度降低30～40％。

因此，钢筋混凝土结构不宜在

温度高于200°C的条件下应用：

当温度超过200°C时，必须采用耐热混凝土。

【7】

2.2钢筋混凝土的组成材料

混凝土的性能在很大程度上取决于组成材料的性能。

因此必须根据工程性质、设计要求和施工现场条件合理选择原料的品种、质量和用量。

要做到合理选择原材料，则首先必须了解组成材料的性质、作用原理和质量要求。

混凝土是由水泥、水和粗、细集料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一段时间硬化而成的人造石材。

这种材料具有许多优点：

具有较高的抗压强度和耐久性，可以浇筑成任意形状、不同强度、不同性能的建筑物，原材料来源广泛，价格低廉。

但混凝土也存在着抗拉强度低、受拉时变形能力小、容易受温度、湿度变化而开裂、自重大等缺点。

混凝土中水泥和水起胶结作用，集料起骨架填充作用。

【8】

此外，常在混凝土中加入各种外加剂以改善混凝土的性能。

所以外加剂已成为混凝土的第五种组分，但用量一般只占水泥质量的1%~2%,最多不超过5%。

2.2.1水泥

钢筋混凝土中一般使用硅酸盐水泥，根据我国现行标准《通用硅酸盐水泥》（GB175－2007）的规定，硅酸盐水泥分两种类型，一种是不掺加混合材料，全部用硅酸盐水泥熟料和石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称Ⅰ型硅酸盐水泥,代号为P·Ⅰ;另一种是掺加不大于5%的粒化高炉矿渣或石灰石,与硅酸盐水泥熟料和石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称Ⅱ型硅酸盐水泥,代号为P·Ⅱ。

2.2.1.1硅酸盐水泥生产原料

生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质原料和黏土质原料两类。

石灰质原料（如石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等）只要提供CaO，粘土质原料主要提供二氧化硅、氧化铝以及氧化铁。

有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加入少量校正原料等调整。

2.2.1.2硅酸盐水泥的生产过程

（1）把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料。

（2）将制备好的生料入窖进行煅烧，至1450度左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥材料。

（3）为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入3%左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。

因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。

水泥的凝结时间是从加水开始到水泥浆失去可塑性所需时间，分为初凝时间和终凝时间。

初凝时间是指水泥全部加入水中至初凝状态所经历的时间，用min计。

终凝时间水泥全部加入水中至终凝状态所经历的时间，用min计。

水泥的凝结时间对混凝土的施工有重要意义。

初凝时间太短，将影响混凝土的拌合运输和浇灌；终凝时间太长，将影响混凝土工程的施工进度。

2.2.1.3硅酸盐水泥凝结时间

水泥的凝结时间是从加水开始到水泥浆失去可塑性所需的时间，分为初凝时间和终凝时间。

初凝时间是指水泥全部加入水中指初凝状态所经历的时间，用min计。

终凝时间是指水泥全部加入水中指终凝状态所历经的时间，用min计。

水泥的凝结时间对混凝土的施工有重要意义。

初凝时间太短，将影响混凝土的拌合运输和浇灌；终凝时间太长，将影响混凝土工程的施工进度。

我国现行国标《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）规定，硅酸盐水泥初凝时间不得小于45min终凝时间不得大于390min。

2.2.2细集料

混凝土用细集料一般应采用粒径小于4.75mm的级配良好、质地坚硬、颗粒清洁的天然砂（如河砂、海砂及山砂），也可采用加工的机制砂。

细集料中含有妨碍水泥硬化、或能降低集料与水泥石黏附性，以及能与水泥水化产物产生不良化学反应的各种物质，称为有害杂质。

砂中常含有的有害杂质，主要有泥土和泥块、云母、轻物质、硫酸盐和硫化物以及有机质等。

混凝土中所用细集料也应具备一定的强度和坚固性。

人工砂应进行压碎值测定，天然砂采用硫酸钠溶液进行坚固性试验，经五次循环后测其质量损失。

2.2.3粗集料

普通混凝土常用的粗集料是指粒径大于4.75mm的卵石（砾石）和碎石。

卵石是由自然条件作用而形成的，根据产源可分为河卵石、海卵石和山卵石。

碎石是将大卵石破碎、筛分而得的，表面粗糙而带棱角，与水泥石黏结比较牢固。

粗集料中常含有一些有害杂质，如泥土和泥块、云母、轻物质、硫酸盐和硫化物以及有机质等，它们的危害作用与在细集料中相同。

粗集料应具有良好的颗粒级配，以减少空隙率，增强密实性，从而可以节约水泥，保证混凝土拌合物的和易性及混凝土的强度。

粗集料的颗粒级配可采用连续粒级与单粒级配合使用。

在特殊情况下，通过实验证明混凝土无离析现象时，也很可采用单粒级。

2.3钢筋混凝土的分类及强度划分

2.3.1按密度分类

混凝土按密度大小不同可分为三类：

重混凝土：

它是指干密度大于2600kg／m的混凝土，通常是采用高密度集料（如重晶石、铁矿石、钢屑等）或同时采用重水泥（如钡水泥、锶水泥等）制成的混凝土。

因为它主要用作核能工程的辐射屏蔽结构材料，又称为防辐射混凝土。

普通混凝土：

它是指干密度为2000～2600kg／㎡的混凝土，通常是以常用水泥为胶凝材料，且以天然砂、石为集料配制而成的混凝土。

它是目前土木工程中最常用的水泥混凝土。

轻混凝土：

它是指干密度小于1950ks的混凝土，通常是采用陶粒等轻质多孔的集料，或者不用集料而掺人加气剂或泡沫剂等而形成多孔结构的混凝土。

【9】　

2.3.2按用途分类

　　按混凝土在工程中的用途不同可分为结构混凝土、水工混凝土、海洋混凝土、道路混凝上、防水混凝土、补偿收缩混凝土、装饰混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、防辐射混凝土等。

2.3.3按强度等级分类

按混凝土的抗压强度可分为低强混凝土、中强混凝土、高强混凝土及超高强混凝土等。

2.3.4根据最新版的《混凝土结构设计规范》【10】

混凝土强度分为14个等级它们是：

C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。

而以前的规范规定混凝土强度分为12个等级，它们是：

C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60。

现在采用商品混凝土，C7.5和C10现在已经不拌制了，这两个强度的混凝土用小型混凝土搅拌机搅拌，还是可以的。

2.4钢筋混凝土的用途

钢筋混凝土结构在土木工程中的应用范围极广，各种工程结构都可采用钢筋混凝土建造。

目前已广泛应用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利海港等土木工程领域。

钢筋混凝土结构在原子能工程、海洋工程和机械制造业的一些特殊场合，如反应堆压力容器、海洋平台、巨型运油船、大吨位水压机机架等，均得到十分有效的应用，解决了钢结构所难于解决的技术问题。

2.5钢筋混凝土的腐蚀

2.5.1钢筋混凝土腐蚀危害

钢筋锈蚀已成为导致钢筋混凝土建筑物耐久性不足、过早破坏的主要原因，是全世界普遍关注的一大灾害。

腐蚀造成的危害是严重的，它带来了巨大的直接和间接经济损失。

美国20世纪90年代混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需的维修费或重建费约为3000亿美元；50万座公路桥梁中，20万座已有损坏，平均每年有150~200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年，修复这些桥需要900亿美元。

英国英格兰岛的中环线快车道上有11座高架桥全长21km，总造价2800万英镑，因撒除冰盐引起腐蚀破坏，1992年的修补费用为4500万英镑，为造价的1.6倍，2004年的修补费用高达1.2亿英镑，接近造价的6倍。

我国北京人民大会堂，因在1959年建造时掺加了氯盐作为防冻剂，梁柱中钢筋腐蚀严重，在1994年--1995年的大修中，梁的修复费用为1300/m，总修复费用为上亿元；北京市仅城区桥的维修费，每年要3000--6000万元。

建于1979年的北京西直门立交桥，主要由于撒盐造成的盐害，于1999年拆除重建，重修费用为3000万元。

【11】

腐蚀除了造成相当惊人的直接与间接的经济损失外，还造成原材料、能源和资源的大量消耗，且污染环境。

腐蚀所造成的材料强度下降直接影响设备及建筑物的使用寿命，引起突发的灾难性事故，如德国柏林议会大厦，由于预应力钢丝的应力腐蚀破坏，导致预应力混凝土屋顶的坍塌。

大量调查结果表明，自然环境中的钢筋混凝土结构物由于钢筋腐蚀造成破坏的情况遍及海港工程、水利工程、公路和桥梁、公共和民用建筑等各种设施。

2.5.2钢筋锈蚀的预防措施 

通过大量的调查研究证明，钢筋锈蚀的原因正是由于混凝土保护层的碳化和氯离子的侵入而造成的，为了防止钢筋锈蚀，必须防止混凝土的碳化或减慢碳化速度和防止氯离子的侵入。

而混凝土碳化又是由于混凝土抗渗性能不足引起的，所以为防止碳化，必须提高混凝土的抗渗性。

其方法有：

①降低水灰比。

混凝土是由水泥、粗、细骨料和水拌制而成，根据水泥完全水化的理论，需水量只有水泥重量的25％左右，但在拌制混凝土时，为了获的必要的流动性，满足施工要求，常用较多的水，即较大的水灰比w/c。

当混凝土硬化后，多余的水就会蒸发掉，形成毛细孔。

用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。

所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求的情况下，尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，提高混凝土的抗渗性。

【12】②掺外加剂。

一是掺引气型的减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止液体的渗透，另一方面也大大减少混凝土的用水量，增加混凝土的密实度，提高抗渗性；二是掺抗渗剂，掺抗渗剂在混凝土内形成胶体洛合物，填充、堵塞了混凝土内部的毛细孔缝，从而增加混凝土的密实度，提高抗渗性；三是掺膨胀剂，通过掺膨胀剂发生化学反应，使混凝土产生膨胀，在外力约束下，增加混凝土的密实度，也可提高抗渗性。

【13】③选择合适的材料。

应选用颗粒细、水化热低的水泥。

因为越细，凝结越快，泌水越少，抗渗性能越好。

水泥标号一般不低于425号；并掺用适量优质掺合料；细骨料要求砂的颗粒均匀、圆滑、质地坚硬、平均粒径为0.4mm左右的河砂，含泥量＜3％，并含适量的粉砂；选用粗骨料，除大体积外，一般情况下粒径5～30mm为宜，最大粒径不超过40mm。

含泥量＜1％，要求组织细密、颗粒整齐、质地坚硬，另外级配要优良，以改善混凝土的和易性，增加密实度，提高抗渗性。

④加强养护。

如混凝土早期养护不好，水泥得