鋼筋混凝土構件保護層厚度對耐久性的影響

王超

摘要：鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因是混凝土炭化（或稱中性化）和氯粒子侵蝕。在銹蝕的發生和發展過程中，鋼筋的位置，及保護層的厚度直接影響著鋼筋的起始銹蝕時間和銹蝕程度。人們基于對保護層的作用認識的加深，保護層厚度設計采用值已逐步趨于合理化，并有明確的設計、施工規范等。但很少有人重視實際存在的較大的施工誤差對鋼筋銹蝕的影響。在已建工程中不乏因保護層施工誤差偏差過大而導致結構耐久性下降。本文分析了保護層厚度對構件的承栽力、防銹蝕和防火等性能的影響，探討了對受力鋼筋的混凝土保護層厚度在施工中的控制提出建議，供同行參考。

關鍵詞：鋼筋混凝土 構件保護層厚度 耐久性 影響

對于鋼筋混凝土構件而言，受力鋼筋的混凝土保護層起著非常重要的作用。合適的保護層厚度既能保證混凝土有良好的粘結性、耐火性、耐久性，又可以充分發揮鋼筋的力學性能，保證構件的承載能力，從而保證結構的安全性。然而施工單位在施工過程中對混凝土結構中的受力鋼筋保護層厚度控制不嚴，造成鋼筋位置不準，再加上模板尺寸偏差較大等因素造成保護層厚度超標，但在混凝土澆筑、鋼筋隱蔽過程中，又不能直觀看到其內部結構，給工程質量帶來隱患。

一、從力學角度分析

鋼筋混凝土結構構件是由鋼筋和混凝土組成。從原材料的力學性能而言，鋼筋具有較強的抗拉強度；混凝土則具有較高的抗壓強度，而其抗拉強度卻很低。這種組合發揮了它們各自的優勢性能，共同承擔結構構件所承受的外部荷載。因此，一般在考慮鋼筋混凝土的受力條件時，著重考慮的是混凝土的受壓應力和鋼筋的受拉應力。而鋼筋混凝土結構構件中鋼筋的實際受拉應力是否能與設計計算應力相吻合，主要取決于鋼筋在結構中的位置是否正確。這也正是我們要求控制鋼筋保護層厚度的主要原因。一般來講，無論是梁還是板，受拉鋼筋總是應盡量靠近受拉一側混凝土構件的邊緣。如挑梁的受力筋應設在構件上部受拉區，如果鋼筋保護層厚度過大（保護層過大會導致混凝土受壓高度減少），輕則由于鋼筋不能有效發揮其應有抗拉作用，而使混凝土受拉應力超標產生裂縫，重則由于懸挑結構上部鋼筋所受拉力的力矩高度變小，而使鋼筋受拉應力超標發生結構斷裂。此類事故在建設史上并不少見。

二、從構件耐久性的分析

1.防銹蝕。保護層起著保護鋼筋不被銹蝕的作用，以確保鋼筋混凝土結構的耐久性。鋼筋混凝土結構耐久性年限可參考以下計算公式：t=to（D2/X2-1），式中：t為鋼筋混凝土結構的剩余壽命（年）；to為檢驗碳化深度時結構的齡期（年）；D為受力鋼筋的保護層厚度（mm）； 為檢驗時的碳化深度（mm）。從式可知保護層厚度對提高構件的耐久性起著至關重要的作用。原因是在一般使用條件下，主要考慮大氣的侵蝕而使鋼筋氧化生銹。而混凝土不密實、裂縫、保護層厚度偏小，都會加快鋼筋銹蝕速度，再加上混凝土碳化以及鋼筋的電化學反應等因素就會因此加速這種侵蝕過程。鋼筋氧化銹蝕又會導致體積膨脹，致使混凝土保護層開裂，更加快鋼筋銹蝕的進程，從而大大縮短建筑物的使用壽命。

2.耐火性。保護層對混凝土內部的鋼筋還具有一定的防火功能。當建筑結構發生火災時，環境溫度急劇升高，鋼筋與混凝土的熱膨脹系數是不同的。當鋼筋的膨脹值逐漸大于混凝土的膨脹值時，就會損傷和破壞混凝土與鋼筋之間的握裹力。此外，當鋼筋溫度上升到700℃時，鋼筋屈服強度大幅度降低，就會失去與混凝土共同工作的條件，而導致結構破壞。然而，混凝土是不良導熱體，它能保護鋼筋不會立即受到高溫影響，從而延緩結構喪失承載能力的時間，為消防救援贏得時間。一些特殊建筑或構筑物為提高其耐火等級，設計上還對一些結構構件增加混凝土保護層厚度的要求。

三、鋼筋混凝土保護層厚度的要求

現行規范不僅對鋼筋驗收時受力鋼筋的保護層厚度做出了具體要求，并且對混凝土的鋼筋保護層厚度提出了檢測的要求。通過近幾年的技術發展和檢測方法的進步，混凝土保護層厚度的無損檢測已在工程中廣泛應用并成為常規檢測方法之一，各地質量監督站也把對受力鋼筋的混凝土保護層厚度的檢測作為工程主體質量驗收前實體抽檢的一個重要內容。適當的保護層厚度既對建筑物的安全性有著積極的影響又能節約材料節省造價。但在一些施工單位往往在澆搗混凝土時，無人統一指揮與監督。已綁扎成型并經驗收的鋼筋網上施工人員毫無禁忌地亂踩亂踏，甚至將設備器具壓在上面，造成支撐馬墩和墊塊被壓扁或踩倒，以及混凝土內鋼筋彎曲變型或產生位移。這樣會使保護層厚度與設計的要求出現比較大的偏差。還有在混凝土澆搗過程中振搗無序，局部振搗過分或振動棒觸及鋼筋骨架，也會使鋼筋骨架變形、錯位，使保護層厚度不均。因此，在混凝土施工中，應做到規范操作，除了對易于偏位的鋼筋應作有效的固定外，應有專人指揮監督，嚴禁人員在鋼筋上隨意行走，振搗要按操作規范要求認真有序操作，振動捧不得隨意觸及鋼筋骨架。合理的設計保護層厚度和規范的施工二者缺一不可。

四、對保護層厚度的控制

施工中對保護層厚度的控制不嚴，不僅對結構的安全性造成隱患，而且直接影響到結構的耐久性。

1.注重鋼筋的下料工作。施工單位的下料人員應熟悉圖紙及規范的要求。下料時箍筋的下料尺寸要正確。對一些鋼筋密集，復雜的梁、柱交接處，主梁與次粱的交接處必須放實樣，合理安排各方向的主筋與附筋的位置。同時確保鋼筋在制作時的尺寸正確，給施工現場鋼筋安裝、綁扎節點創造條件。避免由于交接點處鋼筋密集無法安裝而造成鋼筋擠占保護層位置，從而發生露筋的情況。

2.模板的制作和安裝。模板制作的尺寸偏差也會導致保護層的超標，所以還要注意模板工程的制作和安裝。制作要規范，尺寸要精確，安裝要支撐牢固。縮模現象容易導致保護層厚度偏小甚至發生露筋的情況。

3.墊塊的施工。安放、綁扎固定混凝土保護層墊塊應作為鋼筋工程施工中的一個重要環節。有些施工單位不重視這個問題。一個是墊塊設置的數量不夠，導致鋼筋下沉或墊塊被壓碎、變形的情況屢有發生。一般要求是間距0.8-1.0m應設置一個墊塊，如果鋼筋直徑較小，則還應適當加密墊塊的間距；再一個比較普遍的問題就是墊塊的混用、亂用。梁、板受力鋼筋的混凝土保護層，即使是相同強度等級的構件，其保護層厚度要求也不相同。鋼筋工程屬于隱蔽工程，是混凝土結構工程施工質量監控的重點。施工單位和監理單位都要認真做好鋼筋工程的隱蔽驗收。

鋼筋混凝土保護層是一個在設計和施工方面容易被忽視，然而卻非常重要的問題。在很多出問題的建筑物中，樓板開裂、板底露筋泛銹等就是由于鋼筋保護層厚度等原因引起的。因此，既要加強在設計方面對保護層厚度設計嚴謹性又要使施工人員充分認識到鋼筋保護層厚度對工程結構的重要性。從設計、施工的每一個環節中，認真對待這個問題，并特別關注負彎矩鋼筋的保護層問題，以確保構件的正常使用，提高工程質量，使工程施工技術水平更上一個檔次。

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