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      鋼筋混凝土 編輯

      詞條創建者 匿名用戶

      鋼筋混凝土

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      鋼筋混凝土(RC),也稱為鋼筋水泥混凝土(RCC)和鋼筋混凝土,是一種復合材料,其中混凝土相對較低的抗拉強度和延展性通過包含具有較高抗拉強度或延展性的鋼筋來補償。鋼筋通常(但不一定)是鋼筋(鋼筋),并且通常在混凝土凝固之前被動地嵌入混凝土中。然而,后張法也被用作加固混凝土的技術。就每年使用量而言,它是最常見的工程材料之一。在腐蝕工程術語中,如果設計正確,混凝土的堿度可以保護鋼筋免受腐蝕。

      描述

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      加固方案通常設計用于抵抗可能導致不可接受的開裂和/或結構失效的混凝土特定區域的拉應力?,F代鋼筋混凝土可以包含由鋼、聚合物或替代復合材料制成的各種增強材料,是否與鋼筋結合使用。鋼筋混凝土也可以承受xxx應力(混凝土受壓,鋼筋受拉),以改善最終結構在工作載荷下的性能。在美國,最常用的方法是預張緊和后張緊。對于堅固、延展和耐用的結構,鋼筋至少需要具有以下特性:

      • 相對強度高
      • 對拉伸應變的高耐受性
      • 與混凝土的良好粘合,不受pH值、濕度和類似因素的影響
      • 熱相容性,不會因溫度變化而引起不可接受的應力(例如膨脹或收縮)。
      • 在混凝土環境中的耐久性,例如不受腐蝕或持續應力的影響。

      鋼筋混凝土歷史

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      位于俄羅斯斯維爾德洛夫斯克州涅維揚斯克鎮的涅維揚斯克斜塔是已知的xxx座使用鋼筋混凝土作為施工方法的建筑。它建于1721年至1725年間的實業家AkinfiyDemidov的命令之上。Fran?oisCoignet使用鋼筋混凝土作為建造建筑結構的技術。1853年,Coignet在巴黎郊區的72rueCharlesMichels建造了xxx座鋼筋混凝土結構的四層房屋。Coignet對鋼筋混凝土的描述表明,他這樣做不是為了增加混凝土的強度,而是為了防止整體結構中的墻壁傾覆。布魯克林的皮蓬大樓就是他技術的證明。1854年,英國建筑師威廉·B·威爾金森加固了他正在建造的兩層樓房的混凝土屋頂地板。他對鋼筋的定位表明,與他的前任不同,他了解拉伸應力。JosephMonier是19世紀的法國園丁,他是結構、預制和鋼筋混凝土開發的先驅,他對現有可用于制作耐用花盆的材料不滿意。他獲得了一項通過混合金屬絲網和砂漿殼來加固混凝土花盆的專利。1877年,莫尼爾獲得了另一項專利,該專利采用了一種更先進的混凝土柱和梁加固技術,該技術使用以網格形式放置的鐵棒。雖然莫尼爾無疑知道鋼筋混凝土會提高其內部凝聚力,但他是否甚至不清楚鋼筋混凝土的抗拉強度提高了多少。在1870年代之前,混凝土建筑的使用雖然可以追溯到羅馬帝國,并在19世紀初被重新引入,但還不是一種經過驗證的科學技術。ThaddeusHyatt發表了一份題為“關于將波特蘭水泥混凝土與鐵結合作為建筑材料的一些實驗的記錄”的報告,其中提到了建筑中金屬的經濟性以及屋頂、地板和人行道表面的防火安全,其中他報告了他關于鋼筋混凝土行為的實驗。他的工作在混凝土建筑作為一門經過驗證和研究的科學的演變中發揮了重要作用。如果沒有凱悅的工作,技術進步可能會依賴更危險的試錯方法。ErnestL.Ransome是一位英國出生的工程師,是19世紀末鋼筋混凝土技術的早期創新者。利用過去50年來發展起來的鋼筋混凝土知識,Ransome改進了幾乎所有早期鋼筋混凝土發明者的風格和技術。Ransome的關鍵創新是扭轉鋼筋,從而提高其與混凝土的結合力。Ransome從他的混凝土建筑中獲得了越來越多的名氣,他能夠建造北美xxx座鋼筋混凝土橋梁中的兩座。他的一座橋仍然矗立在紐約東區的謝爾特島上,美國最早建造的混凝土建筑之一是威廉沃德設計的私人住宅,于1876年完工。這座住宅的設計特別是防火。GAWayss是德國土木工程師,也是鋼鐵混凝土結構的先驅。1879年,Wayss購買了Monier的德國專利權,1884年,他的公司Wayss&Freytag首次將鋼筋混凝土用于商業用途。直到1890年代,Wayss和他的公司為莫尼爾加固系統的進步做出了巨大貢獻,并將其確立為一項發達的科學技術。最早用鋼筋混凝土建造的摩天大樓之一是辛辛那提的16層英格爾斯大廈,建于1904年。南加州xxx座鋼筋混凝土建筑是洛杉磯市中心的勞克林附樓,建于1905年。據報道,1906年,洛杉磯市的鋼筋混凝土建筑獲得了16個建筑許可證,包括圣殿禮堂和8層的海沃德酒店。1906年,長灘的比克斯比酒店在施工期間因過早拆除支撐物而部分倒塌,造成10名工人死亡。該事件引發了對混凝土安裝實踐和建筑檢查的審查。該結構由鋼筋混凝土框架構成,帶有空心粘土瓦肋地板和空心粘土瓦填充墻。這種做法受到專家的強烈質疑,并提出了“純”混凝土結構的建議,在地板和墻壁以及框架上使用鋼筋混凝土。1904年4月,開創了鋼筋混凝土美學用途的美國建筑師和工程師JuliaMorgan在米爾斯學院完成了她的xxx個鋼筋混凝土結構ElCampanil,這是一座72英尺(22m)的鐘樓,位于對面從舊金山灣。兩年后,ElCampanil在1906年舊金山地震中安然無恙地幸存下來,這幫助她建立了聲譽并開始了她多產的職業生涯。1906年的地震也改變了公眾對鋼筋混凝土作為建筑材料的最初抵抗力,這種材料因被認為乏味而受到批評。1908年,舊金山監事會修改了該市的建筑規范,以允許更廣泛地使用鋼筋混凝土。1906年,全國水泥用戶協會(NACU)發布了第1號標準,并于1910年發布了鋼筋混凝土使用標準建筑法規。

      在建筑中使用

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      許多不同類型的結構和結構組件可以使用鋼筋混凝土建造,包括板、墻、梁、柱、基礎、框架等。鋼筋混凝土可分為預制混凝土或現澆混凝土。設計和實施最高效的地板系統是創建最佳建筑結構的關鍵。地板系統設計的微小變化會對材料成本、施工進度、極限強度、運營成本、占用水平和建筑物的最終用途產生重大影響。沒有鋼筋,就不可能用混凝土材料建造現代結構。

      鋼筋混凝土的行為

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      材料

      混凝土是粗(石或磚)和細(通常是沙子和/或碎石)骨料與粘合劑材料(通常是波特蘭水泥)和水的糊狀物的混合物。當水泥與少量水混合時,它會水合形成微觀不透明晶格,將骨料包裹并鎖定成剛性形狀。用于制造混凝土的骨料應不含有害物質,如有機雜質、淤泥、粘土、褐煤等。典型的混凝土混合物具有高抗壓應力(約4,000psi(28MPa));然而,任何明顯的張力(例如,由于彎曲)都會破壞微觀剛性晶格,導致混凝土開裂和分離。出于這個原因,典型的非鋼筋混凝土必須得到很好的支撐,以防止張力的發展。如果將具有高抗拉強度的材料(例如鋼)放置在混凝土中,則復合材料(鋼筋混凝土)不僅可以抵抗壓縮,還可以抵抗彎曲和其他直接拉伸作用?;炷量箟汉弯摻羁估膹秃喜牧辖孛婵梢灾瞥蓭缀跞魏涡螤詈统叽绲慕ㄖ?a href="http://www.6927yh.com/3260/" target="_blank">行業。

      主要特征

      三種物理特性賦予了鋼筋混凝土特殊的性能:<pclass="mw-empty-elt">

      • 混凝土的熱膨脹系數與鋼相近,消除了因熱脹冷縮差異而產生的較大內應力。
      • 當混凝土中的水泥漿硬化時,這將與鋼材的表面細節保持一致,從而允許任何應力在不同材料之間有效傳遞。通常鋼筋被粗糙化或波紋化以進一步改善混凝土和鋼材之間的粘合或內聚力。
      • 硬化水泥漿中所含的堿儲備(KOH、NaOH)和硅酸鹽(氫氧化鈣)所提供的堿性化學環境導致鋼材表面形成鈍化膜,使其比以往更耐腐蝕。處于中性或酸性條件。當水泥漿暴露在空氣中,大氣中的水與大氣中的二氧化碳反應時,硅酸鹽和硬化水泥漿的水合硅酸鈣(CSH)逐漸碳化,高pH值從13.5–12.5逐漸降低到8.5,pH水與方解石(碳酸鈣)平衡,鋼不再鈍化。

      根據經驗,僅給出數量級的概念,鋼在pH值高于~11時受到保護,但在低于~10時開始腐蝕,具體取決于鋼特性和混凝土碳化時的當地物理化學條件?;炷恋奶蓟约奥然锏那秩胧腔炷林袖摻钍У闹饕蛑?。典型鋼筋混凝土所需的鋼的相對橫截面積通常很小,從大多數梁和板的1%到某些柱的6%不等。鋼筋的橫截面通常是圓形的并且直徑不同。鋼筋混凝土結構有時具有通風空心芯等規定,以控制其水分和濕度。沿垂直鋼筋混凝土構件橫截面的混凝土(盡管有鋼筋)強度特性分布是不均勻的。

      鋼筋與混凝土的復合作用機理

      鋼筋混凝土結構中的鋼筋(例如鋼筋)必須承受與周圍混凝土相同的應變或變形,以防止兩種材料在負載下的不連續、滑動或分離。保持復合作用需要在混凝土和鋼之間轉移載荷。直接應力從混凝土傳遞到鋼筋界面,從而改變鋼筋中沿其長度的拉應力。這種載荷傳遞是通過粘結(錨固)實現的,并被理想化為在鋼-混凝土界面附近發展的連續應力場?;炷梁弯摬倪@兩種不同的材料成分能夠協同工作的原因如下:(1)鋼筋能很好地與混凝土粘結,共同抵抗外荷載和變形。(2)混凝土和鋼的熱膨脹系數非常接近(混凝土為1.0×10-5至1.5×10-5,鋼為1.2×10-5),以至于熱應力導致兩者之間的結合受損可以防止組件。(3)混凝土可以保護預埋鋼免受腐蝕和高溫軟化。

      混凝土中的錨固(粘結):規范代碼

      由于實際粘結應力沿錨固在受拉區域的鋼筋長度變化,因此當前的國際規范規范使用展開長度的概念,而不是粘結應力。對粘結失效的安全性的主要要求是在鋼筋需要產生屈服應力的點之外提供足夠的長度延伸,并且該長度必須至少等于其發展長度。但是,如果實際可用長度不足以完全開發,則必須提供特殊的錨固裝置,例如嵌齒輪或鉤子或機械端板。相同的概念適用于規范中提到的搭接接頭長度,其中在兩個相鄰鋼筋之間提供接頭(重疊)以保持接頭區域中所需的應力連續性。

      防腐措施

      在潮濕和寒冷的氣候中,用于道路、橋梁、停車場結構和其他可能暴露于除冰鹽的結構的鋼筋混凝土可能會受益于使用耐腐蝕增強材料,例如無涂層、低碳/鉻(微復合材料)、環氧樹脂涂層,熱浸鍍鋅或不銹鋼螺紋鋼。良好的設計和精心挑選的混凝土混合物將為許多應用提供額外的保護。無涂層的低碳/鉻鋼筋由于沒有涂層而看起來與標準碳鋼鋼筋相似;其高度耐腐蝕的特點是鋼的微觀結構所固有的。它可以通過其光滑的深色木炭飾面上獨特的ASTM規定的軋機標記來識別。環氧涂層鋼筋可以很容易地通過其環氧涂層的淺綠色來識別。根據暴露時間的長短,熱浸鍍鋅鋼筋可能呈亮灰色或暗灰色,不銹鋼鋼筋呈現出典型的白色金屬光澤,很容易與碳鋼鋼筋區分開來。參考ASTM標準規范A1035/A1035M用于混凝土鋼筋的變形和普通低碳鉻鋼筋標準規范,A767熱浸鍍鋅鋼筋標準規范,A775環氧涂層鋼筋標準規范和A955變形鋼筋標準規范和用于混凝土加固的普通不銹鋼棒。另一種更便宜的保護鋼筋的方法是在鋼筋上涂上磷酸鋅。磷酸鋅與水泥孔隙水中的鈣陽離子和羥基陰離子緩慢反應,形成穩定的羥基磷灰石層。滲透性密封劑通常必須在固化一段時間后使用。密封劑包括油漆、塑料泡沫、薄膜和鋁箔、用焦油密封的氈或織物墊,以及膨潤土層,有時用于密封路基。腐蝕抑制劑,例如亞硝酸鈣[Ca(NO2)2],也可以在澆筑混凝土之前添加到水混合物中。通常,1-2重量。[Ca(NO2)2]相對于水泥重量的百分比是防止鋼筋腐蝕所必需的。亞硝酸根陰離子是一種溫和的氧化劑,可氧化存在于腐蝕鋼表面的可溶性和可移動的亞鐵離子(Fe2+),并使它們以不溶性氧化鐵(Fe(OH)3)的形式沉淀。這導致鋼在陽極氧化部位鈍化。亞硝酸鹽是一種比硝酸鹽更有效的緩蝕劑,硝酸鹽是二價鐵的一種較弱的氧化劑。

      梁的鋼筋和術語

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      梁在彎矩作用下彎曲,導致曲率很小。在曲率的外表面(受拉面),混凝土承受拉應力,而在內表面(受壓面)承受壓應力。單筋梁是這樣一種梁,其中混凝土構件僅在受拉面附近進行加固,而鋼筋稱為受拉鋼,旨在抵抗拉力。雙鋼筋梁是除了受拉鋼筋外,混凝土構件還在受壓面附近進行加固的部分,以幫助混凝土抵抗壓力并承受應力。后一種鋼筋稱為壓縮鋼。當混凝土的受壓區不足以抵抗彎矩(正彎矩)時,如果建筑師限制截面的尺寸,則必須提供額外的鋼筋。欠筋梁是受拉鋼筋的抗拉能力小于混凝土和受壓鋼筋的組合抗壓能力(受拉面欠筋)的梁。當鋼筋混凝土構件承受不斷增加的彎矩時,受拉鋼筋屈服,而混凝土并未達到其極限破壞狀態。隨著受拉鋼筋的屈服和拉伸,鋼筋不足的混凝土也以延展方式屈服,在最終失效之前表現出大的變形和警告。在這種情況下,鋼材的屈服應力決定了設計。超配筋梁是一種受拉鋼筋的抗拉能力大于混凝土和受壓鋼筋的組合受壓能力(在受拉面超配)的梁。因此,超鋼筋混凝土梁在受壓區混凝土的壓碎和受拉區鋼筋屈服之前發生破壞,由于破壞是瞬時的,因此在破壞前不會提供任何警告。平衡鋼筋梁是在梁上施加相同荷載的情況下,受壓區和受拉區都達到屈服,混凝土會壓碎,受拉鋼筋會同時屈服。然而,這種設計標準與過度鋼筋混凝土一樣具有風險,因為混凝土在受拉鋼筋屈服的同時壓碎,破壞是突然的,這幾乎不會對張力破壞中的痛苦發出警告。鋼筋混凝土承重構件通常應設計為鋼筋不足,以便結構的用戶會收到即將倒塌的警告。特征強度是一種材料的強度,其中少于5%的試樣顯示出較低的強度。設計強度或標稱強度是材料的強度,包括材料安全系數。在許用應力設計中,安全系數的取值一般在0.75到0.85之間。極限狀態是具有一定概率的理論失效點。它在分解載荷和分解電阻下進行說明。鋼筋混凝土結構通常根據規則和法規或諸如ACI-318、CEB、Eurocode2等規范的建議進行設計。WSD、USD或LRFD方法用于RC結構構件的設計。鋼筋混凝土構件的分析和設計可以使用線性或非線性方法進行。在應用安全系數時,建筑規范通常建議采用線性方法,但在某些情況下采用非線性方法。要查看非線性數值模擬和計算的示例,請訪問參考資料:

      預應力混凝土

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      預應力混凝土是一種xxx提高混凝土梁的承載強度的技術。梁底部的鋼筋在使用時會受到拉力,在周圍澆注混凝土之前,它會受到拉力。一旦混凝土硬化,鋼筋上的張力就會被釋放,從而在混凝土上施加一個內置的壓縮??力。當施加載荷時,鋼筋承受更大的應力,混凝土中的壓縮力減小,但不會變成拉力。由于混凝土始終處于受壓狀態,因此不易開裂和破壞。

      鋼筋混凝土的常見破壞模式

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      鋼筋混凝土可能因強度不足而失效,導致機械故障,或由于其耐久性降低。腐蝕和凍融循環可能會損壞設計或構造不佳的鋼筋混凝土。當鋼筋腐蝕時,氧化產物(銹)會膨脹并趨于剝落,使混凝土開裂并使鋼筋與混凝土脫開。下面討論導致耐久性問題的典型機制。

      機械故障

      混凝土部分的開裂幾乎是不可能防止的;然而,裂縫的大小和位置可以通過適當的鋼筋、控制接頭、養護方法和混凝土配合比設計來限制和控制。開裂會使水分滲入并腐蝕鋼筋。這是極限狀態設計中的適用性故障。開裂通常是由于鋼筋數量不足或鋼筋間距過大造成的?;炷猎诔d下或由于內部效應(例如固化時的早期熱收縮)而開裂。導致倒塌的最終破壞可能是由于壓應力超過其強度時發生的混凝土壓碎,當彎曲或剪切應力超過鋼筋強度時鋼筋的屈服或破壞,或混凝土與混凝土之間的粘結破壞。鋼筋。

      碳酸化

      碳化或中和作用是空氣中的二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣和水合硅酸鈣之間的化學反應。設計混凝土結構時,通常會指定鋼筋的混凝土保護層(鋼筋在對象內的深度)。最小混凝土覆蓋層通常由設計或建筑規范規定。如果鋼筋太靠近表面,可能會發生由于腐蝕而導致的早期失效?;炷粮采w層深度可以用覆蓋度計測量。然而,碳化混凝土只有在也有足夠的水分和氧氣導致鋼筋發生電勢腐蝕時才會出現耐久性問題。測試結構碳酸鹽化的一種方法是在表面鉆一個新孔,然后用酚酞指示劑溶液處理切割表面。當與堿性混凝土接觸時,這種溶液會變成粉紅色,從而可以看到碳化的深度。使用現有的孔是不夠的,因為暴露的表面已經被碳化了。

      氯化物

      如果濃度足夠高,氯化物會促進嵌入鋼筋的腐蝕。氯離子會引起鋼筋的局部腐蝕(點蝕)和全面腐蝕。為此,混凝土攪拌只能使用新鮮的原水或飲用水,確保粗骨料和細骨料不含氯化物,而不是可能含有氯化物的外加劑。氯化鈣曾被用作促進混凝土快速凝固的外加劑。人們也錯誤地認為它可以防止凍結。然而,一旦氯化物的有害影響為人所知,這種做法就不再受歡迎。應盡可能避免。在道路上使用除冰鹽來降低水的冰點,這可能是鋼筋或預應力混凝土橋面、道路和停車場過早失效的主要原因之一。環氧樹脂涂層鋼筋的使用和陰極保護的應用在一定程度上緩解了這個問題。此外,眾所周知,FRP(纖維增強聚合物)鋼筋不易受氯化物的影響。設計得當且經過適當固化的混凝土混合物有效地不受除冰劑的影響。另一個重要的氯離子來源是海水。海水含有按重量計約3.5%的鹽。這些鹽包括氯化鈉、硫酸鎂、硫酸鈣和碳酸氫鹽。在水中,這些鹽分解成自由離子(Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-)并隨水遷移到混凝土的毛細管中。占這些離子約50%的氯離子特別具有腐蝕性,是碳鋼鋼筋腐蝕的原因。在1960年代和1970年代,菱鎂礦(一種富含氯化物的碳酸鹽礦物)被用作地板材料也比較普遍。這主要是作為平整和聲音衰減層完成的。然而,現在已知當這些材料與水分接觸時,由于菱鎂礦中存在氯化物,它們會產生稀鹽酸溶液。經過一段時間(通常是幾十年),溶液會導致嵌入鋼筋的腐蝕。這最常見于潮濕區域或反復暴露于濕氣的區域。

      堿二氧化硅反應

      這是有時存在于骨料中的無定形二氧化硅(玉髓、燧石、硅質石灰石)與水泥孔隙溶液中的羥基離子(OH-)發生反應。結晶度差的二氧化硅(SiO2)在高pH(12.5-13.5)的堿性水中溶解和解離??扇艿慕怆x硅酸在孔隙水中與水泥漿中的氫氧化鈣(硅酸鹽)反應形成膨脹的水合硅酸鈣(CSH)。堿-二氧化硅反應(ASR)導致局部膨脹,導致拉伸應力和開裂。堿二氧化硅反應所需的條件有三:(1)含有堿反應性成分(無定形二氧化硅)的骨料,(2)足夠的羥基離子(OH-),以及(3)足夠的水分,混凝土內的相對濕度(RH)高于75%。這種現象有時被普遍稱為具體癌癥。該反應獨立于鋼筋的存在而發生;大壩等大型混凝土結構可能會受到影響。

      高鋁水泥的轉化

      這種水泥耐弱酸,尤其是硫酸鹽,固化速度快,具有非常高的耐久性和強度。二戰后經常使用它來制造預制混凝土物體。但是,它會隨著熱或時間(轉化)而失去強度,尤其是在未正確固化的情況下。在三個使用高鋁水泥的預應力混凝土梁制成的屋頂倒塌后,這種水泥于1976年在英國被禁止使用。隨后對此事的調查表明,這些梁的制造不當,但禁令仍然存在。

      硫酸鹽

      土壤或地下水中的硫酸鹽(SO4)濃度足夠時,會與混凝土中的波特蘭水泥發生反應,導致形成膨脹產物,例如鈣礬石或硅鈣石,這會導致結構的早期破壞。這種類型的最典型的攻擊是在硫酸根離子通過交替潤濕和干燥可以增加濃度的等級的混凝土板和基礎墻上。隨著濃度的增加,可以開始對波特蘭水泥的攻擊。對于管道等埋地結構,這種類型的攻擊要少得多,尤其是在美國東部。土壤中硫酸根離子濃度的增加要慢得多,尤其取決于原生土壤中硫酸根的初始量。在任何涉及與原生土壤接觸的混凝土的項目的設計階段,都應對土壤鉆孔進行化學分析以檢查硫酸鹽的存在。如果發現濃度具有腐蝕性,則可以應用各種保護涂層。此外,在美國ASTMC1505型波特蘭水泥可用于混合物中。這種類型的水泥被設計成特別耐硫酸鹽侵蝕。

      鋼板結構

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      在鋼板結構中,縱梁連接平行鋼板。板組件在場外制造,并在現場焊接在一起以形成由縱梁連接的鋼墻。墻壁成為混凝土澆注的形式。鋼板施工省去了耗時的現場手動綁扎鋼筋和建筑模板的步驟,從而加快了鋼筋混凝土的施工速度。該方法產生了極好的強度,因為鋼在外面,那里的拉力通常是xxx的。

      纖維增強混凝土

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      纖維增強主要用于噴射混凝土,但也可用于普通混凝土。纖維增強普通混凝土主要用于地面地板和人行道,但也可以考慮用于各種建筑部件(梁、柱、基礎等),無論是單獨使用還是與手綁鋼筋一起使用。用纖維(通常是鋼、玻璃、塑料纖維)或纖維素聚合物纖維增強的混凝土比手綁鋼筋便宜。纖維的形狀、尺寸和長度很重要。細而短的纖維,例如短的毛狀玻璃纖維,僅在混凝土澆筑后的最初幾個小時內有效(其作用是在混凝土硬化時減少開裂),但不會增加混凝土的抗拉強度.用于歐洲噴射混凝土的普通尺寸纖維(直徑1毫米,長度45毫米——鋼或塑料)將增加混凝土的抗拉強度。纖維增強最常用于補充或部分替代主要鋼筋,在某些情況下,它可以設計為完全替代鋼筋。鋼是最堅固的常用纖維,具有不同的長度(歐洲為30至80毫米)和形狀(端鉤)。鋼纖維只能用于可以耐受或避免腐蝕和銹跡的表面。在某些情況下,鋼纖維表面會面對其他材料。玻璃纖維價格低廉且耐腐蝕,但不如鋼具有延展性。最近,在東歐長期可用的玄武巖紡絲纖維已在美國和西歐可用。玄武巖纖維比玻璃更堅固、更便宜,但從歷史上看,它不能很好地抵抗波特蘭水泥的堿性環境,無法用作直接增強材料。新材料使用塑料粘合劑將玄武巖纖維與水泥隔離。優質纖維是石墨增強塑料纖維,其強度幾乎與鋼一樣,重量更輕且耐腐蝕。一些實驗已經在碳納米管上取得了可喜的早期結果,但這種材料對于任何建筑來說仍然過于昂貴。

      鋼筋混凝土

      非鋼加固

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      混凝土的非鋼筋增強和纖維增強的主題之間存在相當大的重疊?;炷练卿摻畹囊胧窍鄬^新的;它有兩種主要形式:非金屬鋼筋和摻入水泥基體中的非鋼(通常也是非金屬)纖維。例如,人們對玻璃纖維增??強混凝土(GFRC)和摻入混凝土的聚合物纖維的各種應用越來越感興趣。雖然目前并沒有太多的建議表明此類材料將取代金屬鋼筋,但其中一些在特定應用中具有重大優勢,也有一些新的應用根本無法選擇金屬鋼筋。然而,非鋼加固的設計和應用充滿挑戰。一方面,混凝土是一種高堿性環境,其中包括大多數玻璃在內的許多材料的使用壽命都很差。此外,這種增強材料的行為不同于金屬的行為,例如在剪切強度、蠕變和彈性方面。纖維增強塑料/聚合物(FRP)和玻璃增強塑料(GRP)由聚合物、玻璃、碳、芳綸或其他聚合物的纖維或設置在樹脂基體中的高強度纖維組成,以形成鋼筋棒或網格,或纖維。這些鋼筋的安裝方式與鋼筋大致相同。成本較高,但如果應用得當,這些結構具有優勢,特別是通過固有的混凝土堿度或可能滲透混凝土的外部腐蝕性流體,顯著減少了與腐蝕有關的問題。這些結構可以明顯更輕,并且通常具有更長的使用壽命。自從這些材料在航空航天工業和軍隊中被廣泛采用以來,它們的成本已經大幅下降。特別是,FRP棒可用于不能接受鋼的結構。例如,MRI機器具有巨大的磁鐵,因此需要非磁性建筑物。同樣,讀取無線電標簽的收費站需要對無線電波透明的鋼筋混凝土。此外,在混凝土結構的設計壽命比其初始成本更重要的情況下,非鋼筋鋼筋通常具有其優勢,其中鋼筋腐蝕是失效的主要原因。在這種情況下,防腐蝕加固可以顯著延長結構的使用壽命,例如在潮間帶。FRP桿在未來幾年混凝土結構可能會受到損害的情況下也可能有用,例如更換欄桿時的陽臺邊緣,與鋼筋相比,塑料增強材料通常更堅固,或者至少具有更好的強度重量比。此外,由于它耐腐蝕,它不需要像鋼筋一樣厚的混凝土保護層(通常為30至50毫米或更多)。因此,FRP增強結構可以更輕且使用壽命更長。因此,對于某些應用,整個生命周期的成本將與鋼筋混凝土相比具有價格競爭力。FRP或GRP鋼筋的材料特性與鋼有明顯區別,因此在設計考慮方面存在差異。FRP或GRP鋼筋的抗拉強度相對較高,但剛度較低,因此撓度可能高于同等鋼筋單元。具有內部FRP增強結構的結構通常具有與鋼筋結構的塑性變形能力(延展性)相當的彈性變形能力。在這兩種情況下,混凝土受壓而不是鋼筋斷裂更容易發生失效。撓度始終是鋼筋混凝土的主要設計考慮因素。設置撓度限制以確??刂其摻罨炷林械牧芽p寬度,以防止水、空氣或其他腐蝕性物質到達鋼筋并引起腐蝕。對于FRP鋼筋混凝土,美觀和可能的水密性將是裂縫寬度控制的限制標準。與鋼筋相比,FRP桿的抗壓強度也相對較低,因此需要對鋼筋混凝土柱采用不同的設計方法。使用FRP增強材料的一個缺點是其有限的耐火性。在考慮防火安全的情況下,采用FRP的結構必須在發生火災時的預期溫度下保持其強度和錨固力。為了防火,需要足夠厚度的水泥混凝土覆蓋層或保護覆層。已證明在混凝土中添加1kg/m3的聚丙烯纖維可減少模擬火災期間的剝落。(這種改進被認為是由于在混凝土主體中形成了通道,從而使蒸汽壓力消散。)另一個問題是抗剪加固的有效性。與鋼箍筋或直纖維結構相比,在硬化前通過彎曲形成的FRP鋼筋箍筋的性能通常相對較差。當應變時,直線和彎曲區域之間的區域會受到強烈的彎曲、剪切和縱向應力。處理此類問題需要特殊的設計技術。人們對使用復合材料(玻璃纖維、玄武巖、碳)鋼筋等先進材料對現有結構進行外部加固越來越感興趣,這種材料可以賦予出色的強度。在全球范圍內,有多個不同國家認可的復合鋼筋品牌,如Aslan、DACOT、V-rod和ComBar。從美國、俄羅斯、韓國到德國,世界各地使用復合鋼筋的項目數量日益增加。


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      詞條目錄
      1. 鋼筋混凝土
      2. 描述
      3. 鋼筋混凝土歷史
      4. 在建筑中使用
      5. 鋼筋混凝土的行為
      6. 材料
      7. 主要特征
      8. 鋼筋與混凝土的復合作用機理
      9. 混凝土中的錨固(粘結):規范代碼
      10. 防腐措施
      11. 梁的鋼筋和術語
      12. 預應力混凝土
      13. 鋼筋混凝土的常見破壞模式
      14. 機械故障
      15. 碳酸化
      16. 氯化物
      17. 堿二氧化硅反應
      18. 高鋁水泥的轉化
      19. 硫酸鹽
      20. 鋼板結構
      21. 纖維增強混凝土
      22. 非鋼加固

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