淺談混凝土保護層對裂縫的影響

譚亞東

摘 要：近年來鋼筋混凝土結構在房屋建設、市政等工程中廣泛應用，其中混凝土保護層起著保護鋼筋不被腐蝕等作用，直接影響到結構的耐久性與安全性。本文闡述了混凝土保護層的作用機理和開裂原因，并通過公式來進行分析保護層最大裂縫寬度的影響因素，也對鋼筋混凝土結構保護層在施工中的質量控制進行了探討。

關鍵詞：混凝土保護層、裂縫寬度、厚度

1.引言

由于鋼筋混凝土結構既具備混凝土材料的高抗壓強度，也具備鋼筋的高抗拉強度的優(yōu)點，能夠滿足大多數結構的承載性能，所以我們通常使用這種結構作為大多數建筑物和構筑物的基本結構類型。不過隨著時間的推移，部分鋼筋混凝土結構仍會出現開裂、剝落等影響結構耐久性的問題。其中混凝土保護層設置不合理就是影響裂縫產生的主要原因之一。

5.12大地震之后，新版本的《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）對鋼筋混凝土保護層重新進行定義，舊版本規(guī)范中保護層厚度是指最外側受力縱筋外邊緣與對應混凝土表面之間的長度，而新版本規(guī)范則是指最外側鋼筋邊緣與其對應的混凝土表面之間的長度。通常我們所說的最外側鋼筋一般為箍筋，所以新標準頒布后增加了保護層的厚度，因為相對于舊版本規(guī)范中所規(guī)定的增加了箍筋的直徑。

2.混凝土保護層的作用

（1）保護層充分發(fā)揮了混凝土與鋼筋各自物理性能，確保結構受力性能。鋼筋和混凝土作為不同材質需要其共同作用，因其相互作用產生了良好的粘結力，在結構受到拉伸和壓縮過程中，鋼筋與混凝土同時受力，使混凝土的抗壓性和鋼筋的抗拉性有機結合，協(xié)調作用。

（2）保護層能夠提高結構安全耐久性，使鋼筋免受腐蝕，由于鋼筋穩(wěn)定性差，容易在露天環(huán)境下被氧化，尤其遇到腐蝕性條件更會加快其氧化速度，鋼筋銹蝕會體積膨脹，造成保護層開裂甚至脫落。所以保護層能夠隔絕空氣，有效減少濕氣對鋼筋的氧化作用，提升其抗腐蝕性能，避免鋼筋因受到過度腐蝕而對結構的承載能力產生不良影響，從而引發(fā)工程事故。

（3）保護層能夠有效提升結構耐火性，雖然鋼筋以及混凝土都不是燃燒體，但也要避免與火源的直接接觸，因為鋼筋熔點值并不高，如果受到高溫輻射，鋼筋的各項物理性能會急速下降，使結構發(fā)生破壞，此時混凝土保護層能夠起到延緩破壞的作用，能夠多爭取一些時間用于疏散人員和物資。

3.保護層裂縫產生的原因

混凝土保護層產生裂縫會在結構構件的使用階段對耐久性和承載性能產生影響，探究保護層裂縫產生的原因可以在實際工程中控制和減少裂縫提供一定的幫助?？偲饋碚f，可以從保護層材料本身、設計施工和其它外在因素等方面進行分析。

（1）混凝土保護層主要是水泥、砂子、石子和水的集合體，骨料級配不好、水的配比太高時都容易造成混凝土收縮量大，產生裂縫。水泥的等級越高，脆性越大，也容易產生裂縫。此外，不正確使用外加劑還也容易使保護層產生出裂縫。

（2）在結構的設計階段，很可能由于鋼筋數量布置太多或鋼筋位置布置不合理等原因造成混凝土保護層厚度沒有滿足規(guī)范要求，同時在實際施工操作中造成保護層厚度太薄，鋼筋甚至外露，造成鋼筋腐蝕，都會對裂縫的產生造成影響，因此不管是在設計中還是在施工中，都應該對混凝土保護層加以重視。

（3）在鋼筋混凝土結構的整個使用階段，也會由于作用荷載的突然增大，周圍環(huán)境中腐蝕性物質的大量存在，室內外溫度變化所產生的熱脹冷縮效應以及在地震過程中都會產生不同類型的裂縫。因此充分考慮各類外在環(huán)境對結構的影響，選擇合理的保護層厚度，以達到控制裂縫的目的，提高結構構件的耐久性。

4.保護層最大裂縫寬度

通常預鋼筋混凝土結構的保護層在受彎、受拉的情況下均會產生一定的裂隙，結構規(guī)范里將不同類型結構在不同環(huán)境下，以及不同的裂縫控制等級下的最大裂縫寬度的限制也進行了說明，如果裂縫控制等級越高，外部環(huán)境越差，它的最大裂縫寬度的限值就越小，就需要采取相應的措施來控制裂縫的產生。

為了定量的分析荷載作用下結構構件產生的裂縫寬度，《混凝土結構設計規(guī)范》第7.1.2條中也對保護層在荷載作用下能產生的最大裂縫寬度給出了相應的公式：

其中， cs- 最外層縱向受拉鋼筋外邊緣到受拉區(qū)最外側的距離

deq-受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑

通過上面的公式得出，cs就是箍筋直徑與保護層厚度之和，如果保護層厚度越大，那么相應的最大裂隙也越大；而受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑越小，產生的最大裂縫則會較小。所以說在不考慮其他外部因影響的情況下，以及滿足不同裂縫控制等級大前提下，控制和減少最大裂縫寬度行之有效的辦法就是增加縱向鋼筋數量，減小縱向鋼筋的直徑，并且在滿足最小保護層厚度的條件下減小其厚度。

5.保護層在施工過程中采取的質量控制措施

（1）仔細做好圖紙會審以及技術交底工作。

工程開工前，應根據圖紙、規(guī)范中對保護層在不同部位、不同條件下的特殊要求，來確定正確的鋼筋混凝土保護層的厚度，并選擇合適的墊塊。為確保工程質量，施工作業(yè)前需要對相關班組具體操作工人進行詳盡的技術交底。

（2）合理安排各工種的施工順序。

首先要做好鋼筋骨架質量控制，要嚴格按照設計文件和規(guī)范要求加工制作鋼筋，確保鋼筋骨架結構穩(wěn)定，焊接及綁扎符合要求，要對骨架定位及尺寸詳細檢查，確保無誤，同時要合理安排施工順序，以防保護層被鋼筋擠占，還要固定得當，避免澆筑時造成移位。

此外還要加強模板制作及安裝的質量控制，同樣需要遵守規(guī)范，確保模板平整度、強度及剛度等條件符合規(guī)范要求，防止構件成型后對局部保護層產生誤差，同時要將模板準確定位，固定牢靠，防止因尺寸偏差造成保護層超標。

（3）鋼筋保護層墊塊的分布與合理固定。

首先應該根據施工實際情況合理放置墊塊，以防因墊塊數量不足，造成鋼筋下沉或墊塊被壓碎、變形，可根據具體情況適當減小墊塊的間距。此外要避免墊塊的不合理使用，墊塊應合理、準確地固定在受力鋼筋上，而不是非受力筋上，自重大的部位可適當增加墊塊，且要牢固固定，以防在混凝土澆筑過程中發(fā)生錯位和滑落。

（4）澆筑混凝土過程中采取有效措施。

在進行混凝土的澆筑時要注意文明施工，同時做好成品保護相關工作。施工單位應加強施工現場管理，例如在準備混凝土澆筑前時，安排專人監(jiān)督管理，防止工人在已綁扎成型的鋼筋網上隨意走動，提醒工人盡量踩馬墩支撐點通行，以防支撐馬墩和墊塊被壓扁或踩倒，此外如果因踩踏造成鋼筋彎曲變型或位移，需要盡快安排鋼筋工進行修整復位，確保鋼筋混凝土保護層厚度符合相關要求。

6.結論

鋼筋混凝土保護層對結構工程非常重要，是一個容易被忽視的問題，既要加強設計過程中的質量控制，也要加強對施工作業(yè)人員的教育管理。本文闡述了混凝土保護層的作用，以及裂縫是如何產生的，并通過分析施工質量控制措施和最大裂隙寬度控制因素，充分認識到混凝土保護層對結構工程的重要性，合理的保護層厚度可以減小裂縫，確保結構正常使用，對鋼筋混凝土結構工程提供一些參考。

參考文獻：

[1] 混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002），北京，中國建筑工業(yè)出版社

[2] 淺談鋼筋混凝土保護層厚度控制，蔡云，《中國科技信息 》