钢筋是19世纪的革命性发明。钢筋提供强度,使得可以建造长的悬臂结构和更薄、支撑较少的楼板。而且由于浇筑这些楼板所需的混凝土更少,施工时间显著缩短。但你知道钢筋混凝土能使用多久吗?

20世纪初的工程师预测钢筋混凝土结构可以使用很长时间,或许可达1000年。实际上,它们的使用寿命只有50-100年,有时甚至更短。

什么是钢筋混凝土? 

混凝土是一种复合材料,由水泥基体与骨料组成,能够很好地承受压缩,但在拉伸方面表现不佳。这个问题可以通过将湿混凝土浇筑在捆绑成笼状的实心钢筋周围来解决。

当混凝土在钢筋周围硬化后,就形成了一种称为钢筋混凝土(亦称钢筋水泥混凝土或RCC)的新型复合材料,它在拉伸和压缩方面都表现良好:混凝土抵抗压缩,提供抗压强度;而钢材抵抗弯曲和拉伸,提供抗拉强度。实质上,钢筋混凝土是将一种复合材料嵌入另一种复合材料中:混凝土作为基体,钢筋或钢丝提供加强。

钢筋,也称为钢筋棒(rebar),是“reinforcing bars”的缩写,通常由带有肋纹或凸起的扭绞钢丝制成,这些肋纹能牢固地锚固在混凝土中,防止滑动。

理论上,我们可以使用任何材料来加固混凝土。钢之所以常用,是因为它在冷热变化时的膨胀和收缩幅度与混凝土大致相同,这意味着它不会像其他材料那样因膨胀过大或过小而导致周围混凝土开裂。偶尔也会使用其他材料,例如各种塑料。(来源:Explain That Stuff

混凝土裂缝

裂缝是你在混凝土建筑或桥梁中最不想看到的,尤其是相对较新的结构。但如果混凝土结构可以追溯到罗马时代,为什么一些建于上世纪末、仅数十年前的混凝土桥梁、摩天大楼和其他结构已经开始出现破损?

有几种可能的解释。较早的罗马式火山灰硅酸盐混凝土(pozzolanic concrete)比现代混凝土更不易开裂,而且主要用于受压部位,即使出现裂缝,也不太可能扩展。由于钢筋混凝土更常用于受拉部位,内部包含钢筋。然而,正如我们所见,除非进行预应力处理,否则它仍可能出现裂缝。

现代混凝土因一种俗称为混凝土癌或混凝土病的情况而失效,这涉及三个相互关联的问题。首先,水泥中的碱与用于制造混凝土的骨料中的硅石发生反应。这导致新的晶体在混凝土内部非常缓慢地生长,占据的空间比原来的晶体更大,使混凝土从内部向外裂开或从表面剥落,允许外部水分进入。

进入结构(如高速公路桥梁)的任何水分,可能因冬季用于道路防护的盐而呈碱性。第二个问题是,进入的水最终会与内部的钢筋接触,使其生锈腐蚀,可能膨胀并导致致命的结构弱点。

标记为癌症的混凝土上的脏棕色污渍通常是由锈水通过裂缝渗出导致的。第三个问题是,水通过裂缝渗入混凝土后在冬季可能结冰,导致膨胀并产生新的损伤,使更多水分渗透,形成恶性循环的退化和腐蚀。(来源:Explain That Stuff

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