淺談鋼筋混凝土保護(hù)層的控制

關(guān)興春

【摘 要】鋼筋混凝土保護(hù)層的控制，決定著鋼筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能，進(jìn)而決定著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命，本文分析了鋼筋保護(hù)層的意義和作用，概括施工中保護(hù)層厚度的控制的問題和措施。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；保護(hù)層；控制措施

由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用13益普遍，鋼筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能決定著建筑物的耐久性和使用壽命，而鋼筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能好壞及壽命長短的決定因素除原材料外，很重要的一方面就是構(gòu)件的保護(hù)層。

1.鋼筋和混凝土的工作原理

從鋼筋和混凝土的材料力學(xué)催能而言，鋼筋是柔性材料，具有較高的抗拉強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度較低；混凝土是剛性材料，抗壓強(qiáng)度較高，抗拉強(qiáng)度卻非常低。但由于混凝土的凝結(jié)作用以及混凝土與表面粗糙的或表面帶肋紋的鋼筋之間的機(jī)械咬合作用使混凝土在鋼筋表面形成了一定程度的粘結(jié)力，使鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)面具有一定的受剪承載力。在受壓狀態(tài)下，這種粘結(jié)作用能保證鋼筋和混凝土協(xié)調(diào)變形、共同工作直到接近破壞。在受拉狀態(tài)下，這種粘結(jié)作用雖然在拉力較高時(shí)會(huì)局部失效，但從總體來看依然可以保證這兩種材料的協(xié)調(diào)變形，并且能使混凝土承受有限的一部分拉力；而且鋼筋和混凝土具有幾乎相同的溫度線膨脹系數(shù)（鋼材為1.2×10-5/℃；混凝土為1.0×10-5/℃，適用于溫度在0～100℃內(nèi)），所以，即使溫度變化時(shí)，在這兩種材料內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)制應(yīng)力，也不會(huì)產(chǎn)生可能削弱這兩種材料之間的粘結(jié)強(qiáng)度的強(qiáng)制剪應(yīng)力。因此，鋼筋和混凝土可以形成有機(jī)的整體，共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的外部荷載。

2.鋼筋混凝土保護(hù)層

2.1鋼筋保護(hù)層的意義

鋼筋混凝土保護(hù)層是指從受力縱筋的外邊緣到構(gòu)件混凝土的外邊緣之間的距離，對(duì)鋼筋起保護(hù)作用，使鋼筋不被銹蝕。它是根據(jù)能同時(shí)滿足耐久性和鋼筋粘結(jié)錨固這兩方面的要求規(guī)定的。它直接涉及到混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)承載力、耐久性和防火性。現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度按環(huán)境類別、構(gòu)件類型、混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別做出了規(guī)定。一般來說受力鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度應(yīng)符合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的規(guī)定，且不應(yīng)小于受力鋼筋的直徑d（d為受力鋼筋中最大的鋼筋直徑）?，F(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體鋼筋保護(hù)層厚度檢驗(yàn)也專門做出規(guī)定，這充分說明保護(hù)層在混凝土結(jié)構(gòu)中極其重要的地位。

2.2鋼筋保護(hù)層施工中存在的問題

對(duì)于受力鋼筋混凝土構(gòu)件截面設(shè)計(jì)來講，受拉的鋼筋離受壓區(qū)越遠(yuǎn)，其單位面積的鋼筋所能承受的外部彎矩也越大，這樣鋼筋發(fā)揮的力學(xué)效能也就越高。所以一般來講鋼筋混凝土構(gòu)件受拉鋼筋總是應(yīng)盡量靠近受拉一側(cè)混凝土構(gòu)件的邊緣。在實(shí)際施工過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生保護(hù)層厚度不合理的問題。

2.2.1保護(hù)層過厚

由于鋼筋與混凝土之間存在足夠的粘結(jié)力，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，鋼筋混凝土構(gòu)件是作為一個(gè)整體來承受外力的；又由于混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，為簡化計(jì)算，一般混凝土只考慮承受壓應(yīng)力，而拉應(yīng)力則全部由鋼筋來承擔(dān)。對(duì)于受力構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)來講，鋼筋保護(hù)層越厚，則鋼筋混凝土構(gòu)件受壓區(qū)的有效高度就越小，導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度；而且鋼筋保護(hù)層過厚使結(jié)構(gòu)下部離受力筋遠(yuǎn)的混凝土由于粘結(jié)錨固作用的降低，其抗拉強(qiáng)度下降反而易開裂引起鋼筋銹蝕，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就必然降低，結(jié)構(gòu)存在安全隱患。

2.2.2保護(hù)層過薄

鋼筋保護(hù)層過薄，是施工中更為常見的一種質(zhì)量通病。它對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

第一，影響了混凝土與受力縱筋共同作用產(chǎn)生粘結(jié)力進(jìn)而降低承載力。從理論上講保護(hù)層過薄增大了有效高度值，片面地說有利于結(jié)構(gòu)承載力，實(shí)際上是削弱了承載能力。因?yàn)槌休d能力是靠混凝土與鋼筋共同作用來保證的，這與鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力有關(guān)，而粘結(jié)力主要由鋼筋和混凝土的接觸面經(jīng)化學(xué)作用而產(chǎn)生膠著力、混凝土硬化收縮時(shí)對(duì)鋼筋產(chǎn)生的摩擦力和握裹力以及鋼筋表面粗糙不平，在接觸面引起的咬合力組成。從粘結(jié)力的組成可以看出。保護(hù)層過薄可能使鋼筋外圍混凝土因產(chǎn)生徑向劈裂而使粘結(jié)力降低，從而削弱承載力。但因粘結(jié)破壞機(jī)理復(fù)雜，影響因素多，受力情況多樣，至今尚未建立較完整的計(jì)算理論，只能通過試驗(yàn)得出基本粘結(jié)力。試驗(yàn)證明：保護(hù)層厚度影響到結(jié)構(gòu)的內(nèi)在質(zhì)量，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有著明顯的影響。

第二，容易使鋼筋發(fā)生銹蝕，影響結(jié)構(gòu)工程的合理使用壽命。包裹在鋼筋外面的混凝土由于其所具有的堿性性質(zhì)而起著保護(hù)鋼筋不生銹的作用。實(shí)驗(yàn)觀測發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空氣中的碳酸根侵入混凝土內(nèi)部時(shí)，混凝土將從表面開始向內(nèi)逐步失去堿性，這種現(xiàn)象稱為混凝土的“碳化”。一旦碳化深度達(dá)到鋼筋表面，混凝土保護(hù)層就不再對(duì)鋼筋起保護(hù)作用，所以保護(hù)層厚度影響到混凝土的碳化時(shí)間和結(jié)構(gòu)的耐久性。

第三，從建筑防火角度說，高溫影響下可使構(gòu)件迅速破壞。眾所周知，混凝土是良好的防火材料，而鋼筋遇高溫會(huì)急劇膨脹加大，屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度急劇下降，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件破壞。從防火角度來看，也需要保證保護(hù)層的厚度，并且滿足現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJl6-1987）的規(guī)定，所以保護(hù)層厚度影響到構(gòu)件中的耐火極限。

3.樓板及墻柱保護(hù)層控制措施

3.1樓板保護(hù)層控制措施

鋼筋在樓面混凝土板中主要起抗拉受力作用用來抵抗荷載所產(chǎn)生的彎矩和防止混凝土板面收縮和溫差裂縫的發(fā)生，而這一作用均需鋼筋在上下設(shè)置合理的保護(hù)層前提下才能發(fā)揮。在實(shí)際施工中，樓板底筋的保護(hù)層比較容易正確控制。但當(dāng)樓板底筋的保護(hù)層間距放大到1.0米以上時(shí)，局部樓板底筋的保護(hù)層厚度就無法得到保障，所以縱橫向的保護(hù)層間距控制在1米左右為宜。

樓板面層鋼筋的保護(hù)層一直是施工中的一大難題。分析其原因?yàn)椋喊宓纳蠈愉摻钜话爿^細(xì)較軟，受到人員踩踏后就立即彎曲、變形、下墜；鋼筋離樓層模板的高度較大，無法受到模板的依托保護(hù)；各工種交叉作業(yè)，造成施工人員眾多、行走十分頻繁，無處落腳后難免被大量踩踏；上層鋼筋網(wǎng)的鋼筋支撐設(shè)置間距過大，甚至不設(shè)（僅依靠樓面梁上部鋼筋擱置和分離式配筋的拐腳支撐）。

3.2墻、柱保護(hù)層控制措施

墻柱保護(hù)層一般比較容易控制，主要有以下幾個(gè)方面控制措施：

a、墻柱保護(hù)層縱橫向間距一般控制在lm左右（且不少于2列），切忌數(shù)量太少。

b、墻、柱拉鉤的加工尺寸準(zhǔn)確。

c、墻、柱水平筋或箍筋的加工尺寸準(zhǔn)確。

d、盡量采用新工藝、新產(chǎn)品如采用塑料墊塊或使用卡撐式定位件等。

e、模板施工時(shí)切忌將墻柱保護(hù)層破壞。

4.結(jié)束語

綜上所述，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋保護(hù)層厚度的控制是非常重要的，而且在施工中是最容易被忽視而產(chǎn)生較大質(zhì)量和安全隱患的。我們在實(shí)際工程中，必須時(shí)刻注意對(duì)保護(hù)層厚度的控制，以保證鋼筋混凝土的材料可靠性和結(jié)構(gòu)安全性。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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