导语
混凝土和钢筋是现代城市化建设中几乎不可分割的组合。混凝土以其优异的抗压性能成为建筑领域最常见的材料,而钢筋则以其良好的延展性、拉伸性和耐腐蚀性成为混凝土的最佳搭档。两者结合后,形成了具有优异抗压、抗弯、抗剪、抗扭等性能的钢筋混凝土。
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然而,令人惊讶的是,近年来,一些地方出现了以竹子为钢筋浇筑混凝土的现象。更有甚者,他们认为这种“竹混凝土”真的可以“生活”,古代民族在某些情况下使用竹子作为钢筋的例子。
所以这种竹混凝土真的有用吗?
真的可以住人吗?
再牛逼的钢筋也拉不动沙子。
将钢筋与混凝土结合制成钢筋混凝土是20世纪初城市化进程中提高建筑结构强度和性能的一项重大创新。其成就在于钢的高强度和硬度与混凝土优异的抗压能力形成了互补的优势。
通常在进行工程施工时,工程师会根据预期的荷载情况提前设计出相应的结构风格,并将其绘制成施工图纸,以便有针对性地为结构准备材料。
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在使用这种材料成为建筑结构之前,人们一方面必须进行实物试验,评估其结构性能,以及不同荷载条件下的抗压和抗弯性能。另一方面,他们还将对材料力学和结构力学进行理论研究,以便在使用过程中对其力学原理有更清晰的认识。
在这些理论研究和结构性能评估过程中,拉伸强度是材料性能的重要组成部分。
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所谓拉伸强度,就是材料在承受拉力的同时,可以达到破坏的最大强度。一般来说,拉伸强度与材料的硬度和韧性密切相关。高硬度的材料往往能承受更大的拉力,而韧性好的材料往往能承受更大的位移,而钢是一种兼具硬度和韧性的材料。
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由于钢材冷却过程非常迅速,在制造钢材时,可以通过加强拉拔过程,使其成分均匀,晶粒细小,从而提高钢材的硬度。加入合适的合金元素后,可以进一步提高钢材的硬度,同时可以提高钢材的剪切和击打性能,提高材料的强度。
但尽管钢的强度大大超过了很多建筑用水泥材料,但实际上,钢的拉伸强度仍不如混凝土的抗压强度。
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这时就出现了一种能让钢材强度最大化的需求——设计出一种能承受大量压力的建筑材料。
有句话说“钢筋再牛逼,也拉不动沙子”,说明水泥材料能承受的拉力远小于钢材,但其抗压强度可以远高于钢材,导致钢筋混凝土作为建筑材料的使用。
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怎样制作混凝土?
曾经有人调侃道:“中国式的工程施工过程是:先是土砖,再加上木材,再加上钢筋和水泥。”
幽默的语言背后是工程建筑史上最重要的创新——混凝土。
混凝土通常是由水泥、沙子和碎石等固体颗粒混合而成的结构材料。混凝土是由水泥浆和石灰石破碎颗粒混合而成的胶凝体,是混凝土的粘合材料,负责粘合混凝土中的沙子、碎石和其他颗粒。
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早期的混凝土大多用于填充材料,以解决建筑体积的问题,因为中空结构的建筑不仅不能满足建筑物的抗震和承重要求,而且不能起到防风防雨、保暖保温的作用,所以人们开始用混凝土填充砌坯中的缝隙,不仅可以减轻建筑物本身的重量,还可以增强建筑物的自重,提高建筑物的整体性能。
然而,最初的混凝土没有抗压强度,在使用过程中,在风雨和自然环境的腐蚀下,其整体性能会下降。因此,在后期,人们在混凝土中加入了火山灰和粘土,以提高混凝土的抗压性能,从而产生早期真正意义上的混凝土。
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随后,人们对混凝土进行了进一步的改进,在混凝土中加入了石灰石粉、氧化铁等材料,使混凝土变得更加坚硬,抗压强度也进一步提高,这种材料最早出现在古希腊罗马时期,此后在各个建筑领域得到了广泛的应用,也为人类的建筑开发提供了极大的便利。
钢筋混凝土的奥秘。
虽然混凝土具有较高的抗压强度,但受拉伸强度的限制,其抗拉强度仅为抗压强度的十分之一,因此,当建筑物遇到抗拉强度的需要时,必须对其进行一定的加固,这就需要钢筋的加入。
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钢筋起源于中国新石器时代辽宁省郎台市和盖县市白牛褶遗址。出土的锻造铁斧是最早的钢材,当时的人们很早就开始学会使用熔炼的方法来改善各种农具和器皿,这些农具和器皿不能通过简单的冷锻锻造出来。
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随着时间的推移,钢材的生产工艺逐渐用于武器和建筑材料,然后在罗马、拜占庭等国家的影响下逐渐传入中国。我国冶铁钢材工艺进一步完善,钢材质量逐步提高,人们的应用范围逐渐从农业工具和武器扩大到建筑材料。
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