做好钢筋混凝土构件的保护层，提高其构件耐火极限

张小勤

[摘要]现代建筑、结构物已离不开钢筋混凝土构件，钢筋混凝土构件的力学性能及寿命直接关系到建筑物的使用年限。钢筋混凝土构件的力学性能及寿命除原材料外，很重要的方面，就是钢筋混凝土构件的保护层及火灾对钢筋混凝土构件的危害所采取措施

[关键词]钢筋混凝土构件；保护层；耐火极限

[中图分类号]T037

[文献标识码]A

[文章编号]1672—5158（2013）05—0201—01

钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土组成。从原材料的力学性能而言，钢筋有较强的抗拉、抗压强度，但混凝土只有较高的抗压强度，抗拉强度很低，抗拉强度大约只有抗压强度的十分之一。然而两者的弹性模量比较接近，还有较好的化学胶合力、机械咬合力和销栓力（钢筋和混凝土之间的粘合力是由混凝土凝固时体积收缩而将钢筋紧紧地握裹住而产生的）。这样既发挥了各自的受力性能，又能很好地协调工作，共同承担结构构件所承受的外部荷载，形成的构件有较大的强度和刚度。在结构计算时，钢筋混凝土构件是作为一个整体来承受外力的；又由于混凝土的抗拉强度很低，为简化计算，—般混凝土只考虑承受压应力，而拉应力则全部由钢筋来承担。

一、钢筋混凝土构件保护层

1、钢筋混凝土构件保护层厚度的确定

对于受力钢筋混凝土构件截面设计来讲，受拉的钢筋离受压区越远，其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大，这样钢筋发挥的力学效能也就越高。所以一般来讲钢筋混凝土构件受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如果钢筋混凝士构件的钢筋位置放置错误或者钢筋的保护层过大，轻则降低了钢筋混凝土构件的承载能力，重则会发生重大事故。然而当钢筋混凝土构件的受拉钢筋越靠近钢筋混凝土构件的边缘时：

a.钢筋混凝土构件中钢筋的主要成分铁在常温下很容易被氧化，尤其在高温或潮湿的环境中。

b.钢筋混凝土构件的保护层过小容易在施工时造成钢筋露筋或钢筋混凝土构件受力时表面混凝土剥落。混凝土内部的钢筋如果锈蚀，其钢筋会因锈蚀体积膨胀，膨张体积是钢筋体积的6倍。

c.随着时间的推移，钢筋混凝土构件表面的混凝土将逐渐碳化，在钢筋混凝土构件工作寿命内保护层混凝土失去了保护作用，从而导致钢筋锈蚀，有效截面减小，力学效能降低，钢筋与混凝土之间失去粘结力。这样构件整体性会受到破坏，甚至还会导致整个钢筋混凝土构件的破坏。

2、桥墩及桥台保护层控制措施

a.桥墩保护层控制措施

钢筋在桥墩混凝土中主要起抗拉受力作用，用来抵抗荷载所产生的弯矩，防止混凝土面收缩和温差裂缝的发生，而这一个作用均需钢筋在设置合理的保护层前提下才能发挥。在实际施工中，桥墩的护面筋的保护层比较容易正确控制。在实际施工中都有专为保护层做的混凝土垫块，用绑丝按照一定的间距绑扎到主筋但在混凝土浇筑时人工振捣可能会影响到保护层的大小；在绑扎墩柱钢筋筋时应按照设计的最小保护层4cm进行下料绑扎。

b.桥台施工中保护层的控制措施：

在施工过程中桥台的体积比较大，表面积也大，要控制好桥台的各个面的保护层有点难度。台身的护面钢筋有坡度，在支垫混凝土垫块的同时在不同位置要进行外拉（因钢筋自重大钢筋面向里倒，保护层过大。）其它面的钢筋保护层按照设计中的要求进行支撑钢筋达到最小保护层的要求。

桥台施工中的人行道板保护层要注意，人行道板是悬挑结构，保护层问题会影响钢筋和混凝土的工作问题，最终会影响结构物的质量和使用寿命。在桥台的顶面钢筋网片预留钢筋保护层时要将网片吊起，因为在施工过程中工人在上面行走的频率还是很高的。所以要采取措施，减小人为的对保护层的影响。在浇筑混凝土时要派专人进行检查和修整保护层。

二、火灾中火对钢筋混凝土的影响

火对钢筋混凝土的影响和损伤可以分为两种类型，一种是单个构件受到火的直接灼烧，产生损伤；如构件表面混凝土爆裂脱落和烧伤层产生细微裂逢；另一种是梁柱组成的整体结构由于升温不同，产生很大的结构温度应力而引起构件的损伤，例如：许多钢筋混凝土构件受到火灾后，表面粉刷层基本剥落，梁和柱混凝土表面产生大面积龟裂，局部混凝土爆落和主筋外露，混凝土表面呈现红色、灰色、黄色均有，预应力圆孔板的混凝土保护层剥落露筋，钢筋失去性能等现象发生，这些现象都明显地表明了火灾现场温度，是火灾原因调查分析的依据。

1、火灾中温度对钢材的影响

钢材的物理性质：钢材在正温范围内，温度约在200C以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化，总的趋势是强度降低、塑性增大；温度在2500C左右，钢材的抗拉强度略有提高，而塑性却降低，因而钢材呈现瞻性，在此区域对钢材再加热，钢材可能产生裂逢。此外，当温度达到250-3500C范围内时。钢材将产生徐变现象，钢材的性能受到不同程度的损伤。据一些专家对钢材进行温度试验分析，当钢材在升温th，恒温加热1小时后进行检测，结果是有屈服台阶的16Mn钢筋在9000C以下时的强度和延伸率变化很小，温度达到1000oC时，钢材强度下降10%；无屈服台阶的冷拔低碳钢丝经过2h升温至600。C以下，则强度受到影响不大；而温度在6000C以上时的极限强度下降达40qo。据有关专家对大多数火灾事故现场中构件钢筋的测试结果表明，混凝土保护层爆落的预应力板钢丝受热温度超过600C，梁柱构件钢筋温度低于6000C，因而，在一般情况下，火灾对钢筋的影响较比混凝土小，对于I、II级钢筋在温度达到900C以上时才有明显的影响，由于钢筋构件混凝土保护层的作用，通常构件中的钢筋温度低于此值，可以说火灾一般对I、II级钢筋的影响不很大。但是，在600C以上的高温却使冷却后的冷拔低碳钢丝强度大幅下降40%左右，从中可以说明火灾对预应力钢筋混凝土板的影响较大，由于建筑荷载大部分承重在板上，从而破坏结构的整体性，造成更大的危害。

2、火场温度对钢筋混凝土构件板的影响

温度对钢筋混凝土构件板的影响，按板的损坏或大致的温度范围可以分为三种情况。

a.种是混凝土表面颜色变化不大，粉刷层完好或基本完好（粉刷层熏黑）或者粉刷层部分脱落，混凝土表面熏黑，此时混凝土表面温度大致在300qC以下。

b.种钢筋混凝土粉刷层基本剥落，混凝土表面颜色为浅红或红灰，无横向裂逢或纵向裂逢，此时混凝土表面温度大致在300 5000C范围。

c.种是钢筋混凝土粉刷层全部剥落，混凝土表面颜色灰黄或浅黄，有纵横裂缝，自重下板的挠度明显大于L400（L为板的净跨长度），或者混凝土保护层爆落露筋，混凝土表面温度在500-600CC以上。为了进一步确定板的刚度和强度，根据有关资料对一些火灾后板的试验分析表明：不大的温差对板的刚度有非常明显的影响，板的刚度（即混凝土弹性模量）随着温度的升高而急剧下降，比强度的下降大得多。这一特性是因为板的厚度通常较小，升温较快（火灾升温速度大约在150C/h），加上板的截面惯性矩小，往往使得标准荷载下的变形超出允许值而受到更大的破坏。

3、火灾中，各种因素对钢筋混凝土构件有不同程度的影响，应采取的措施增强火灾中各种因素对钢筋混凝土构件有不同程度的影响，主要采取的措施是：提高钢筋混凝土构件的耐火极限，方法有以下几方面：一是增加钢筋混凝土构件的切面尺寸；二是增加钢筋混泥土构件的钢筋保护层厚度；三是预应力钢筋混泥土圆孔楼板下面喷涂防火涂料。