钢筋混凝土构件保护层厚度对耐久性的影响

王超

摘要：钢筋混凝土中钢筋锈蚀的主要原因是混凝土炭化（或称中性化）和氯粒子侵蚀。在锈蚀的发生和发展过程中，钢筋的位置，及保护层的厚度直接影响着钢筋的起始锈蚀时间和锈蚀程度。人们基于对保护层的作用认识的加深，保护层厚度设计采用值已逐步趋于合理化，并有明确的设计、施工规范等。但很少有人重视实际存在的较大的施工误差对钢筋锈蚀的影响。在已建工程中不乏因保护层施工误差偏差过大而导致结构耐久性下降。本文分析了保护层厚度对构件的承栽力、防锈蚀和防火等性能的影响，探讨了对受力钢筋的混凝土保护层厚度在施工中的控制提出建议，供同行参考。

关键词：钢筋混凝土 构件保护层厚度 耐久性 影响

对于钢筋混凝土构件而言，受力钢筋的混凝土保护层起着非常重要的作用。合适的保护层厚度既能保证混凝土有良好的粘结性、耐火性、耐久性，又可以充分发挥钢筋的力学性能，保证构件的承载能力，从而保证结构的安全性。然而施工单位在施工过程中对混凝土结构中的受力钢筋保护层厚度控制不严，造成钢筋位置不准，再加上模板尺寸偏差较大等因素造成保护层厚度超标，但在混凝土浇筑、钢筋隐蔽过程中，又不能直观看到其内部结构，给工程质量带来隐患。

一、从力学角度分析

钢筋混凝土结构构件是由钢筋和混凝土组成。从原材料的力学性能而言，钢筋具有较强的抗拉强度；混凝土则具有较高的抗压强度，而其抗拉强度却很低。这种组合发挥了它们各自的优势性能，共同承担结构构件所承受的外部荷载。因此，一般在考虑钢筋混凝土的受力条件时，着重考虑的是混凝土的受压应力和钢筋的受拉应力。而钢筋混凝土结构构件中钢筋的实际受拉应力是否能与设计计算应力相吻合，主要取决于钢筋在结构中的位置是否正确。这也正是我们要求控制钢筋保护层厚度的主要原因。一般来讲，无论是梁还是板，受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如挑梁的受力筋应设在构件上部受拉区，如果钢筋保护层厚度过大（保护层过大会导致混凝土受压高度减少），轻则由于钢筋不能有效发挥其应有抗拉作用，而使混凝土受拉应力超标产生裂缝，重则由于悬挑结构上部钢筋所受拉力的力矩高度变小，而使钢筋受拉应力超标发生结构断裂。此类事故在建设史上并不少见。

二、从构件耐久性的分析

1.防锈蚀。保护层起着保护钢筋不被锈蚀的作用，以确保钢筋混凝土结构的耐久性。钢筋混凝土结构耐久性年限可参考以下计算公式：t=to（D2/X2-1），式中：t为钢筋混凝土结构的剩余寿命（年）；to为检验碳化深度时结构的龄期（年）；D为受力钢筋的保护层厚度（mm）； 为检验时的碳化深度（mm）。从式可知保护层厚度对提高构件的耐久性起着至关重要的作用。原因是在一般使用条件下，主要考虑大气的侵蚀而使钢筋氧化生锈。而混凝土不密实、裂缝、保护层厚度偏小，都会加快钢筋锈蚀速度，再加上混凝土碳化以及钢筋的电化学反应等因素就会因此加速这种侵蚀过程。钢筋氧化锈蚀又会导致体积膨胀，致使混凝土保护层开裂，更加快钢筋锈蚀的进程，从而大大缩短建筑物的使用寿命。

2.耐火性。保护层对混凝土内部的钢筋还具有一定的防火功能。当建筑结构发生火灾时，环境温度急剧升高，钢筋与混凝土的热膨胀系数是不同的。当钢筋的膨胀值逐渐大于混凝土的膨胀值时，就会损伤和破坏混凝土与钢筋之间的握裹力。此外，当钢筋温度上升到700℃时，钢筋屈服强度大幅度降低，就会失去与混凝土共同工作的条件，而导致结构破坏。然而，混凝土是不良导热体，它能保护钢筋不会立即受到高温影响，从而延緩结构丧失承载能力的时间，为消防救援赢得时间。一些特殊建筑或构筑物为提高其耐火等级，设计上还对一些结构构件增加混凝土保护层厚度的要求。

三、钢筋混凝土保护层厚度的要求

现行规范不仅对钢筋验收时受力钢筋的保护层厚度做出了具体要求，并且对混凝土的钢筋保护层厚度提出了检测的要求。通过近几年的技术发展和检测方法的进步，混凝土保护层厚度的无损检测已在工程中广泛应用并成为常规检测方法之一，各地质量监督站也把对受力钢筋的混凝土保护层厚度的检测作为工程主体质量验收前实体抽检的一个重要内容。适当的保护层厚度既对建筑物的安全性有着积极的影响又能节约材料节省造价。但在一些施工单位往往在浇捣混凝土时，无人统一指挥与监督。已绑扎成型并经验收的钢筋网上施工人员毫无禁忌地乱踩乱踏，甚至将设备器具压在上面，造成支撑马墩和垫块被压扁或踩倒，以及混凝土内钢筋弯曲变型或产生位移。这样会使保护层厚度与设计的要求出现比较大的偏差。还有在混凝土浇捣过程中振捣无序，局部振捣过分或振动棒触及钢筋骨架，也会使钢筋骨架变形、错位，使保护层厚度不均。因此，在混凝土施工中，应做到规范操作，除了对易于偏位的钢筋应作有效的固定外，应有专人指挥监督，严禁人员在钢筋上随意行走，振捣要按操作规范要求认真有序操作，振动捧不得随意触及钢筋骨架。合理的设计保护层厚度和规范的施工二者缺一不可。

四、对保护层厚度的控制

施工中对保护层厚度的控制不严，不仅对结构的安全性造成隐患，而且直接影响到结构的耐久性。

1.注重钢筋的下料工作。施工单位的下料人员应熟悉图纸及规范的要求。下料时箍筋的下料尺寸要正确。对一些钢筋密集，复杂的梁、柱交接处，主梁与次粱的交接处必须放实样，合理安排各方向的主筋与附筋的位置。同时确保钢筋在制作时的尺寸正确，给施工现场钢筋安装、绑扎节点创造条件。避免由于交接点处钢筋密集无法安装而造成钢筋挤占保护层位置，从而发生露筋的情况。

2.模板的制作和安装。模板制作的尺寸偏差也会导致保护层的超标，所以还要注意模板工程的制作和安装。制作要规范，尺寸要精确，安装要支撑牢固。缩模现象容易导致保护层厚度偏小甚至发生露筋的情况。

3.垫块的施工。安放、绑扎固定混凝土保护层垫块应作为钢筋工程施工中的一个重要环节。有些施工单位不重视这个问题。一个是垫块设置的数量不够，导致钢筋下沉或垫块被压碎、变形的情况屡有发生。一般要求是间距0.8-1.0m应设置一个垫块，如果钢筋直径较小，则还应适当加密垫块的间距；再一个比较普遍的问题就是垫块的混用、乱用。梁、板受力钢筋的混凝土保护层，即使是相同强度等级的构件，其保护层厚度要求也不相同。钢筋工程属于隐蔽工程，是混凝土结构工程施工质量监控的重点。施工单位和监理单位都要认真做好钢筋工程的隐蔽验收。

钢筋混凝土保护层是一个在设计和施工方面容易被忽视，然而却非常重要的问题。在很多出问题的建筑物中，楼板开裂、板底露筋泛锈等就是由于钢筋保护层厚度等原因引起的。因此，既要加强在设计方面对保护层厚度设计严谨性又要使施工人员充分认识到钢筋保护层厚度对工程结构的重要性。从设计、施工的每一个环节中，认真对待这个问题，并特别关注负弯矩钢筋的保护层问题，以确保构件的正常使用，提高工程质量，使工程施工技术水平更上一个档次。

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