水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用探究分析

沈葳

浙江省海寧市港航管理處

摘要：水運(yùn)工程鋼筋混凝土破損的原因之一為鋼筋腐蝕，而混凝土的保護(hù)層為重要的保護(hù)屏障，在保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)上發(fā)揮著重要的作用。因此，探究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用，對(duì)于提高水運(yùn)工程鋼筋混凝土機(jī)構(gòu)使用壽命有很大的意義。在本文中，筆者從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層概念、厚度控制和作用等方面做了探討分析。

關(guān)鍵詞：水運(yùn)工程；混凝土；結(jié)構(gòu)實(shí)體；保護(hù)層；作用

在海水環(huán)境中，水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體受化學(xué)反應(yīng)、物理力學(xué)等因素影響，結(jié)構(gòu)實(shí)體易出現(xiàn)腐蝕，而一旦出現(xiàn)腐蝕，則工程鋼筋混凝土便會(huì)遭到破壞[1]。為了預(yù)防鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)遭到破壞，設(shè)置實(shí)體保護(hù)層，為其提供屏障，對(duì)于提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，有著不可替代的作用[2]。筆者從鋼筋混凝土保護(hù)層的概念入手，探討了結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用。

一.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層簡(jiǎn)介

（一）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層定義

水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層為在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，具有一定厚度的混凝土層。通常而言，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度，為鋼筋外邊緣與混凝土外邊緣之間的最小距離。結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層詳見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出，主鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度為C1，而箍筋結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度為C2，而架立鋼筋結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度為C3。但是需要注意的是，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度通常為主鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度，但是后者一般情況下，不包含基體可能脫開(kāi)任何抹面層的厚度。

圖1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層圖

（二）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的技術(shù)特點(diǎn)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的技術(shù)特點(diǎn)，體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層材料物理特性角度來(lái)看，鋼筋的抗拉強(qiáng)度大于鋼筋的抗壓強(qiáng)度，混凝土的抗拉強(qiáng)度則小于混凝土的抗壓強(qiáng)度。而對(duì)于普通的梁板構(gòu)件來(lái)說(shuō)，在多種外力的作用下，各種梁板構(gòu)件的界面多處于受拉狀態(tài)，而其余構(gòu)件的界面則處于受壓狀態(tài)。因此，確定梁板構(gòu)件截面處于受拉狀態(tài)后，應(yīng)在受拉區(qū)域內(nèi)進(jìn)行鋼筋的配置，則混凝土開(kāi)裂后的拉力，全部由鋼筋來(lái)承擔(dān)，可大幅提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載側(cè)的承受能力。

（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，有兩種不同性質(zhì)的材料，即鋼筋與混凝土。由于兩者之間存在著較大的粘結(jié)力，因此，兩種材料可共同承擔(dān)外部荷載。而由于混凝土與鋼筋這兩中材料的膨脹系數(shù)相近，在環(huán)境溫度變化的情況下，兩種材料不因熱脹冷縮而導(dǎo)致粘結(jié)力下降。因此，兩種具有相近膨脹系數(shù)的材料，可承擔(dān)外部的荷載。

二、水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度

（一）合理確定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度

水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度的確定，應(yīng)綜合考慮技術(shù)指標(biāo)、鋼筋混凝土所處的環(huán)境和兩種材料的強(qiáng)度等級(jí)等。而工程實(shí)踐表明，在室內(nèi)環(huán)境中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度確定，主要依據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)體的使用壽命。在外部環(huán)境中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度的確定，主要依靠在設(shè)計(jì)時(shí)所確定的鋼筋混凝土的碳化深度。

此外，對(duì)梁、柱等結(jié)構(gòu)實(shí)體來(lái)說(shuō)，由于易沿縱向鋼筋產(chǎn)生裂縫，因此，可適當(dāng)增加保護(hù)層的厚度。

水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度的確定，應(yīng)考慮受力結(jié)構(gòu)實(shí)體的截面設(shè)計(jì)情況。我們知道，距離鋼筋受壓區(qū)越近，則結(jié)構(gòu)實(shí)體承受的外部荷載拉力越小，單位面積上承受的外部彎矩也越小，導(dǎo)致鋼筋無(wú)法發(fā)揮其作用。因此，梁、柱及其它結(jié)構(gòu)實(shí)體，為了切實(shí)發(fā)揮其作用，應(yīng)將構(gòu)架設(shè)置在受壓區(qū)域內(nèi)，并結(jié)合技術(shù)規(guī)范確定結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度。

但是，需要明確指出的是，結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度的確定，還應(yīng)考慮兩方面因素：對(duì)表面混凝土易脫落，導(dǎo)致露筋的結(jié)構(gòu)實(shí)體，應(yīng)適當(dāng)增加其厚度；二是由于受到碳化作用的影響，結(jié)構(gòu)實(shí)體失去作用，因此，對(duì)于容易碳化的結(jié)構(gòu)實(shí)體，應(yīng)適當(dāng)增加保護(hù)層厚度。

（二）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度控制

保護(hù)層的質(zhì)量是否可靠，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的安全性有著直接影響。因此，對(duì)于水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層，應(yīng)加強(qiáng)控制。

（1）保護(hù)層厚度誤差的控制。提高保護(hù)層厚度精度，應(yīng)按照工程實(shí)際，將誤差控制在允許范圍內(nèi)，這是控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度的有效措施之一，也是確保混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層與設(shè)計(jì)要求相符的重要措施。

（2）固定上層鋼筋。為防止結(jié)構(gòu)實(shí)體失穩(wěn)，在澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)搭設(shè)馬道，用于作業(yè)人員的保護(hù)，同時(shí)確保上層鋼筋的穩(wěn)定性。

（3）鋼筋負(fù)彎矩的控制。在鋼筋負(fù)彎矩處，可加用馬凳，長(zhǎng)度控制在10cm以上，從而使負(fù)彎矩具備良好的穩(wěn)定性，并做好保護(hù)層厚度控制的準(zhǔn)備工作。

三、水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用

（一）提高結(jié)構(gòu)抗力強(qiáng)度

在水運(yùn)工程中，鋼筋與混凝土共同承受外部荷載作用，而其之所以能夠承受來(lái)自外部的巨大荷載，是由于兩種材料之間有著較大的傳遞應(yīng)力粘接機(jī)制，也就是借助較大強(qiáng)度的粘接力實(shí)現(xiàn)[3]。兩者之間的這種粘接力，可防止其產(chǎn)生滑移，使其充分發(fā)揮其作用。而其中，混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層，可確保粘接力等結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)抗力強(qiáng)度，降低混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的承受力，使二者共同發(fā)揮作用。

（二）可延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的使用年限

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體中的混凝土，在水環(huán)境中，呈現(xiàn)的為多堿性狀態(tài)，在海水環(huán)境作用下，受到化學(xué)反應(yīng)、物理力學(xué)等各因素影響，對(duì)鋼筋的破壞性極大，可形成鈍化氧化層，最終使鋼筋發(fā)生腐蝕。而一旦鋼筋出現(xiàn)腐蝕，則容易破壞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，使混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的壽命縮短。同時(shí)，鋼筋腐蝕也是影響結(jié)構(gòu)耐久性與安全性的根本原因[4]。水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的保護(hù)層，可防止鋼筋表面氧化層遭到破壞，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)體的使用年限。

（三）預(yù)防和控制結(jié)構(gòu)實(shí)體表面出現(xiàn)裂縫

在水運(yùn)工程中，高效減水劑與礦物摻合料有了大量應(yīng)用，而高性能混凝土技術(shù)快速發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的耐久性得到了很大的提高。但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)壽命的延長(zhǎng)，并不如預(yù)期，原因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)實(shí)體表面裂縫[5]。

結(jié)構(gòu)實(shí)體表面裂縫的產(chǎn)生，影響了其使用壽命，而控制和預(yù)防裂縫的措施，一是適當(dāng)增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度，二是提高保護(hù)層處理技術(shù)。但同時(shí)，還需注意，由于結(jié)構(gòu)實(shí)體表面裂縫與保護(hù)層厚度存在一定的關(guān)系。因此，必須合理確定、嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的厚度，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用得以充分發(fā)揮，這是控制裂縫的有效措施之一。

結(jié)語(yǔ)：

水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用非常大，可提高結(jié)構(gòu)抗力強(qiáng)度、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)體的使用年限和防止結(jié)構(gòu)實(shí)體表面產(chǎn)生裂縫等。因此，這就要求重視混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體中保護(hù)層的作用探究，嚴(yán)格控制保護(hù)層的厚度，這是使其發(fā)揮作用的關(guān)鍵所在。本文從結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層概念、厚度控制與保護(hù)層的作用分析三方面做了總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高小建， 巴恒靜. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與裂縫控制中值得探討的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 混凝土， 2012，9（11）：12-14.

[2]高小建， 巴恒靜. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性與裂縫控制中值得探討的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，12（11）：12-13.

[3]李俊毅.水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度檢測(cè)的實(shí)踐[J].商品混凝土，2009，12（08）124-125.

[4]孫希文.水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用探究分析[J].中國(guó)水運(yùn)，2012.3（12）：230-231.

[5]張勇，盧秀敏，李曉明.對(duì)水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層作用的認(rèn)識(shí)[J].水運(yùn)工程，2010，4（14）：9-10.