浅谈水运工程钢筋混凝土保护层的作用

姚颢

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司　广东　广州　510000）

浅谈水运工程钢筋混凝土保护层的作用

姚颢

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司广东广州510000）

随着社会的发展，水工建筑钢筋混凝土耐久性、耐腐蚀性要求的提高，钢筋保护层越来越重要。钢筋腐蚀是造成水运工程钢筋混凝土破损的主要原因之一，水运工程钢筋混凝土结构实体保护层主要作用在海水环境中，由于化学和物理学原理产生的影响引起的水运工程的腐蚀现象，对水运工程中的钢筋混凝土结构造成了严重的破坏力。因此，混凝土保护层成为了保证钢筋延迟开始腐蚀的重要屏障。本文通过对钢筋混凝土结构持久性问题的探讨，对其保护层的工程作用进行分析，认识保护层的主要作用，对提高水运工程混凝土结构使用寿命具有重要意义。

水运工程；钢筋混凝土；结构；实体保护层

1　引言

随着城市化进程的加快，现代化的工程材料不断的应用更新，其中应用最广泛的就是钢筋混凝土的结构实体，钢筋混凝土结构最重要的特点之一就是钢筋与混凝土能够很好地共同工作，充分发挥各自的优点。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，抗拉强度却很低，在这方面，钢筋混凝土保护层起着不可忽视的重要作用，钢筋混凝土结构中钢筋保护层厚度，对钢筋混凝土结构的承载能力和耐久性有非常大的影响，钢筋混凝土构件是现代建筑主要承重构件，在建筑结构设计与施工过程中，正确理解与应用钢筋混凝土结构保护层，对保证工程质量及结构的耐久性、耐火性有着极其重要的作用与意义。然而，在设计和施工中，常常由于对保护层不够重视、对钢筋混凝土结构中钢筋保护层厚度的控制问题认识不清等，导致在施工过程中钢筋保护层厚度的控制不严，而钢筋保护层厚度是否满足混凝土结构设计规范要求，将直接影响钢筋混凝土结构的使用寿命及其耐久性，从而影响到结构承载力，甚至减少结构的使用寿命，在港口水工建筑物中，这样的影响尤为突出。因此，正确认识保护层作用，在设计和施工阶段都要严格执行有关规定，保证混凝土保护层的必要厚度和密实度，提高混凝土的耐腐蚀性，对确保结构承载能力、耐久性及延长建筑物使用寿命有着不可低估的重要意义。

2　水运工程中的钢筋混凝土结构的实体保护层概念

在水运工程中的钢筋混凝土的结构实体的保护层主要是指工程中使用的钢筋混凝土的结构实体表面，根据国家的相关工程所规定的一种指标性混凝土保护层，对于工程钢筋混凝土的工程结构实体保护层厚度也有一定的要求。混凝土保护层厚度是指受力钢筋外边缘至混凝土构件表面的距离，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。此外，还要注意一般所规定的保护层厚度应不包括与基体可能脱开或将会脱开的任何抹面层，钢筋混凝土保护层质量对钢筋混凝土结构的受力性能、耐久性和耐火性能等都具有很大影响，符合要求的混凝土保护层能够保证钢筋与混凝土之间具有足够的握裹力，能够在一定程度上防止钢筋因受高温影响而急剧丧失承载力，也能够在一定条件下保护钢筋不受腐蚀，直接关系到建筑物的安全和使用寿命，这就是混凝土保护层的主要作用。因此，在施工过程中必须高度重视并加强质量控制。

3　钢筋混凝土构件的工作原理

钢筋混凝土结构，顾名思义就是有钢筋和混凝土共同组成的结构体，从钢筋混凝土材料的物理力学性能来讲，钢筋混凝土的结构中的钢筋和混凝土之间是有着不同的性质，钢筋具有较强的抗拉、抗压强度。钢筋混凝土中钢筋和混凝土能共同抵抗外力，混凝土和钢筋之间必须存在着传递应力的粘结机制，这种粘结机制能防止混凝土和钢筋的相对滑移，这种钢筋与混凝土之间的相互作用力可以称之为握裹力，握裹力只要是由钢筋与混凝土之间的摩擦力、粘结力以及机械咬合力三部分组成。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，一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。

4　水运工程中钢筋混凝土的结构实体保护层的设计

在水运工程混凝土结构实体保护层的具体施工过程中，要根据具体的工程需求和特点进行施工。在水运工程中钢筋混凝土结构实体保护层的设计中，应该注意以下两个方面的问题：①根据钢筋混凝土的结构规范，混凝土抗拉强度是要低于标准的工程抗压强度，然而在水运工程的结构实体保护层施工中，钢筋混凝土的结构实体保护层的材料物理特性根据水运工程特点，其钢筋抗拉强度是要求高于抗压强度；②在梁板构件的选择过程中，在，水运工程中钢筋混凝土结构实体保护层的设计要充分考虑对外界作用力承受状态的因素，如果梁板构件的界面的一半属于受拉状态，那么另一半就属于受压的状态。

因此，为了尽可能的提高水运工程中使用的钢筋混凝土的结构构件的承受荷载，在设计过程中，应该根据梁板构件界面受拉状态的区域范围，按照混凝土开裂之后拉力的状态设计出与之相适应的区域钢筋，以满足设计中荷载的要求。

5　混凝土保护层施工质量的控制要求

结构实体的保护层质量会影响这个水运工程的混凝土的结构设计，由于保护层质量是钢筋混凝土的结构实体安全性与耐久性能的重要指标。因此，在水运工程中的钢筋混凝土的结构实体的保护层实施严格的规范，需要从以下四个方面入手：①规范对混凝土保护层厚度的施工误差提出规定，根据水运工程项目特点对保护层的厚度进行误差规范，可以有效的保护结构实体的厚度的精确性，同时也规范了水运工程施工技术标准；②钢筋负弯矩的控制工作；③为了有效的增强钢筋结构实体的稳定性能，提高保护层厚度，要求对钢筋进行固定；④有些钢筋的结构以及形状比较复杂，因此在工程开工之前应该提供实样，可以与施工阶段施工的结构实体的厚度与尺寸的标准性进行对比。

6　水运工程钢筋混凝土结构实体保护层的作用

6.1防止钢筋混凝土中钢筋的腐蚀

在钢筋混凝土构件中，保护层的主要作用就是防止钢筋锈蚀，这是因为钢筋的主要成份是铁，铁在常温下很容易氧化，更别说在非常潮湿的水运工程环境中。大部分钢筋混凝土建筑物均能够持续地按照其设计性能发挥作用，并提供一种低维护的解决方案。值得注意的是，在钢筋混凝土结构中，钢筋被包裹在混凝土构件中，水泥在水化状态所呈现的碱性可导致在钢筋的表面上形成钝态氧化层，不与外界接触时，这种氧化层能有效地降低钢筋腐蚀到可忽略不计的水平，但是如果钢筋保护层厚度过小，也就是钢筋过分靠近受拉区一侧，加上混凝土本身的有限渗透性可允许腐蚀物的渗入，一方面容易造成钢筋露筋或钢筋受力时表面混凝土剥落，另一方面随着时间的推移，表面的混凝土将逐渐碳化，用不了多久，钢筋外混凝土就失去保护作用，从而导致保护性的钝化层遭到破坏，并最终使钢筋遭到腐蚀，断面减小，强度降低，钢筋与混凝土之间失去粘结力，整体构件性受到破坏，严重时还会导致整个结构体系破坏。在海水环境中导致钢筋腐蚀的最主要的过程是氯化物侵蚀，而钢筋保护层就是防备钢筋锈蚀的屏障。由此可见，水运工程钢筋混凝土结构实体保护层可以有效地防止钢筋混凝土中钢筋的腐蚀，保证保护层厚度在设计及规范规定范围之内，就能最大程度的保护钢筋免受锈蚀，延缓混凝土碳化深度到达钢筋表面的时间，确保结构的使用年限。

6.2适当厚度的保护层能提高混凝土的结构强度

钢筋与混凝土二者是共同作用承受外界的载荷作用的，所以，通过二者之间的极大强度的传递应力粘接机制有效的实现这一作用，适当厚度的保护层能充分发挥钢筋和混凝土的共同载荷。钢筋混凝土的结构实体保护层作为实体结构一部分，保障了结构抗力强度，并且在一定程度上降低了钢筋与混凝土的结构实体荷载承受力度，使二者能够正常工作，充分发挥混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能，从而提高混凝土结构的强度。

7　结语

目前，我国的水运工程得到了快速发展的空间，尤其大型深水码头和外海工程的飞速发展，增强钢筋混凝土的耐腐蚀性，延长和保证建筑结构实体使用寿命是工程建设者们不断追求和研究的目标，百年大计，容不得忽视。所以，在水运工程设计和施工过程中，应重视对钢筋混凝土材料性能研究、规范施工和验收，重视对钢筋混凝土保护层的合格性检查，对于提高工程质量有很大的促进作用。

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TV544

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1673-0038（2015）30-0326-02

2015-7-8

姚颢（1979-），男，工程师，本科，主要从事港口航道与海岸工程管理方面的工作。