做好鋼筋混凝土構件的保護層，提高其構件耐火極限

張小勤

[摘要]現(xiàn)代建筑、結構物已離不開鋼筋混凝土構件，鋼筋混凝土構件的力學性能及壽命直接關系到建筑物的使用年限。鋼筋混凝土構件的力學性能及壽命除原材料外，很重要的方面，就是鋼筋混凝土構件的保護層及火災對鋼筋混凝土構件的危害所采取措施

[關鍵詞]鋼筋混凝土構件；保護層；耐火極限

[中圖分類號]T037

[文獻標識碼]A

[文章編號]1672—5158（2013）05—0201—01

鋼筋混凝土構件由鋼筋和混凝土組成。從原材料的力學性能而言，鋼筋有較強的抗拉、抗壓強度，但混凝土只有較高的抗壓強度，抗拉強度很低，抗拉強度大約只有抗壓強度的十分之一。然而兩者的彈性模量比較接近，還有較好的化學膠合力、機械咬合力和銷栓力（鋼筋和混凝土之間的粘合力是由混凝土凝固時體積收縮而將鋼筋緊緊地握裹住而產生的）。這樣既發(fā)揮了各自的受力性能，又能很好地協(xié)調工作，共同承擔結構構件所承受的外部荷載，形成的構件有較大的強度和剛度。在結構計算時，鋼筋混凝土構件是作為一個整體來承受外力的；又由于混凝土的抗拉強度很低，為簡化計算，—般混凝土只考慮承受壓應力，而拉應力則全部由鋼筋來承擔。

一、鋼筋混凝土構件保護層

1、鋼筋混凝土構件保護層厚度的確定

對于受力鋼筋混凝土構件截面設計來講，受拉的鋼筋離受壓區(qū)越遠，其單位面積的鋼筋所能承受的外部彎矩也越大，這樣鋼筋發(fā)揮的力學效能也就越高。所以一般來講鋼筋混凝土構件受拉鋼筋總是應盡量靠近受拉一側混凝土構件的邊緣。如果鋼筋混凝士構件的鋼筋位置放置錯誤或者鋼筋的保護層過大，輕則降低了鋼筋混凝土構件的承載能力，重則會發(fā)生重大事故。然而當鋼筋混凝土構件的受拉鋼筋越靠近鋼筋混凝土構件的邊緣時：

a.鋼筋混凝土構件中鋼筋的主要成分鐵在常溫下很容易被氧化，尤其在高溫或潮濕的環(huán)境中。

b.鋼筋混凝土構件的保護層過小容易在施工時造成鋼筋露筋或鋼筋混凝土構件受力時表面混凝土剝落。混凝土內部的鋼筋如果銹蝕，其鋼筋會因銹蝕體積膨脹，膨張體積是鋼筋體積的6倍。

c.隨著時間的推移，鋼筋混凝土構件表面的混凝土將逐漸碳化，在鋼筋混凝土構件工作壽命內保護層混凝土失去了保護作用，從而導致鋼筋銹蝕，有效截面減小，力學效能降低，鋼筋與混凝土之間失去粘結力。這樣構件整體性會受到破壞，甚至還會導致整個鋼筋混凝土構件的破壞。

2、橋墩及橋臺保護層控制措施

a.橋墩保護層控制措施

鋼筋在橋墩混凝土中主要起抗拉受力作用，用來抵抗荷載所產生的彎矩，防止混凝土面收縮和溫差裂縫的發(fā)生，而這一個作用均需鋼筋在設置合理的保護層前提下才能發(fā)揮。在實際施工中，橋墩的護面筋的保護層比較容易正確控制。在實際施工中都有專為保護層做的混凝土墊塊，用綁絲按照一定的間距綁扎到主筋但在混凝土澆筑時人工振搗可能會影響到保護層的大小；在綁扎墩柱鋼筋筋時應按照設計的最小保護層4cm進行下料綁扎。

b.橋臺施工中保護層的控制措施：

在施工過程中橋臺的體積比較大，表面積也大，要控制好橋臺的各個面的保護層有點難度。臺身的護面鋼筋有坡度，在支墊混凝土墊塊的同時在不同位置要進行外拉（因鋼筋自重大鋼筋面向里倒，保護層過大。）其它面的鋼筋保護層按照設計中的要求進行支撐鋼筋達到最小保護層的要求。

橋臺施工中的人行道板保護層要注意，人行道板是懸挑結構，保護層問題會影響鋼筋和混凝土的工作問題，最終會影響結構物的質量和使用壽命。在橋臺的頂面鋼筋網片預留鋼筋保護層時要將網片吊起，因為在施工過程中工人在上面行走的頻率還是很高的。所以要采取措施，減小人為的對保護層的影響。在澆筑混凝土時要派專人進行檢查和修整保護層。

二、火災中火對鋼筋混凝土的影響

火對鋼筋混凝土的影響和損傷可以分為兩種類型，一種是單個構件受到火的直接灼燒，產生損傷；如構件表面混凝土爆裂脫落和燒傷層產生細微裂逢；另一種是梁柱組成的整體結構由于升溫不同，產生很大的結構溫度應力而引起構件的損傷，例如：許多鋼筋混凝土構件受到火災后，表面粉刷層基本剝落，梁和柱混凝土表面產生大面積龜裂，局部混凝土爆落和主筋外露，混凝土表面呈現(xiàn)紅色、灰色、黃色均有，預應力圓孔板的混凝土保護層剝落露筋，鋼筋失去性能等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象都明顯地表明了火災現(xiàn)場溫度，是火災原因調查分析的依據(jù)。

1、火災中溫度對鋼材的影響

鋼材的物理性質：鋼材在正溫范圍內，溫度約在200C以上時，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強度、屈服點和彈性模量都有變化，總的趨勢是強度降低、塑性增大；溫度在2500C左右，鋼材的抗拉強度略有提高，而塑性卻降低，因而鋼材呈現(xiàn)瞻性，在此區(qū)域對鋼材再加熱，鋼材可能產生裂逢。此外，當溫度達到250-3500C范圍內時。鋼材將產生徐變現(xiàn)象，鋼材的性能受到不同程度的損傷。據(jù)一些專家對鋼材進行溫度試驗分析，當鋼材在升溫th，恒溫加熱1小時后進行檢測，結果是有屈服臺階的16Mn鋼筋在9000C以下時的強度和延伸率變化很小，溫度達到1000oC時，鋼材強度下降10%；無屈服臺階的冷拔低碳鋼絲經過2h升溫至600。C以下，則強度受到影響不大；而溫度在6000C以上時的極限強度下降達40qo。據(jù)有關專家對大多數(shù)火災事故現(xiàn)場中構件鋼筋的測試結果表明，混凝土保護層爆落的預應力板鋼絲受熱溫度超過600C，梁柱構件鋼筋溫度低于6000C，因而，在一般情況下，火災對鋼筋的影響較比混凝土小，對于I、II級鋼筋在溫度達到900C以上時才有明顯的影響，由于鋼筋構件混凝土保護層的作用，通常構件中的鋼筋溫度低于此值，可以說火災一般對I、II級鋼筋的影響不很大。但是，在600C以上的高溫卻使冷卻后的冷拔低碳鋼絲強度大幅下降40%左右，從中可以說明火災對預應力鋼筋混凝土板的影響較大，由于建筑荷載大部分承重在板上，從而破壞結構的整體性，造成更大的危害。

2、火場溫度對鋼筋混凝土構件板的影響

溫度對鋼筋混凝土構件板的影響，按板的損壞或大致的溫度范圍可以分為三種情況。

a.種是混凝土表面顏色變化不大，粉刷層完好或基本完好（粉刷層熏黑）或者粉刷層部分脫落，混凝土表面熏黑，此時混凝土表面溫度大致在300qC以下。

b.種鋼筋混凝土粉刷層基本剝落，混凝土表面顏色為淺紅或紅灰，無橫向裂逢或縱向裂逢，此時混凝土表面溫度大致在300 5000C范圍。

c.種是鋼筋混凝土粉刷層全部剝落，混凝土表面顏色灰黃或淺黃，有縱橫裂縫，自重下板的撓度明顯大于L400（L為板的凈跨長度），或者混凝土保護層爆落露筋，混凝土表面溫度在500-600CC以上。為了進一步確定板的剛度和強度，根據(jù)有關資料對一些火災后板的試驗分析表明：不大的溫差對板的剛度有非常明顯的影響，板的剛度（即混凝土彈性模量）隨著溫度的升高而急劇下降，比強度的下降大得多。這一特性是因為板的厚度通常較小，升溫較快（火災升溫速度大約在150C/h），加上板的截面慣性矩小，往往使得標準荷載下的變形超出允許值而受到更大的破壞。

3、火災中，各種因素對鋼筋混凝土構件有不同程度的影響，應采取的措施增強火災中各種因素對鋼筋混凝土構件有不同程度的影響，主要采取的措施是：提高鋼筋混凝土構件的耐火極限，方法有以下幾方面：一是增加鋼筋混凝土構件的切面尺寸；二是增加鋼筋混泥土構件的鋼筋保護層厚度；三是預應力鋼筋混泥土圓孔樓板下面噴涂防火涂料。