淺談混凝土保護(hù)層對裂縫的影響

譚亞東

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

關(guān)鍵詞：混凝土保護(hù)層、裂縫寬度、厚度

1.引言

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)既具備混凝土材料的高抗壓強(qiáng)度，也具備鋼筋的高抗拉強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足大多數(shù)結(jié)構(gòu)的承載性能，所以我們通常使用這種結(jié)構(gòu)作為大多數(shù)建筑物和構(gòu)筑物的基本結(jié)構(gòu)類型。不過隨著時間的推移，部分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)仍會出現(xiàn)開裂、剝落等影響結(jié)構(gòu)耐久性的問題。其中混凝土保護(hù)層設(shè)置不合理就是影響裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。

5.12大地震之后，新版本的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）對鋼筋混凝土保護(hù)層重新進(jìn)行定義，舊版本規(guī)范中保護(hù)層厚度是指最外側(cè)受力縱筋外邊緣與對應(yīng)混凝土表面之間的長度，而新版本規(guī)范則是指最外側(cè)鋼筋邊緣與其對應(yīng)的混凝土表面之間的長度。通常我們所說的最外側(cè)鋼筋一般為箍筋，所以新標(biāo)準(zhǔn)頒布后增加了保護(hù)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(hù)層的作用

（1）保護(hù)層充分發(fā)揮了混凝土與鋼筋各自物理性能，確保結(jié)構(gòu)受力性能。鋼筋和混凝土作為不同材質(zhì)需要其共同作用，因其相互作用產(chǎn)生了良好的粘結(jié)力，在結(jié)構(gòu)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(jī)結(jié)合，協(xié)調(diào)作用。

（2）保護(hù)層能夠提高結(jié)構(gòu)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(hù)層開裂甚至脫落。所以保護(hù)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(jié)構(gòu)的承載能力產(chǎn)生不良影響，從而引發(fā)工程事故。

（3）保護(hù)層能夠有效提升結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，此時混凝土保護(hù)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(hù)層裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土保護(hù)層產(chǎn)生裂縫會在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用階段對耐久性和承載性能產(chǎn)生影響，探究保護(hù)層裂縫產(chǎn)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。總起來說，可以從保護(hù)層材料本身、設(shè)計施工和其它外在因素等方面進(jìn)行分析。

（1）混凝土保護(hù)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(chǎn)生裂縫。水泥的等級越高，脆性越大，也容易產(chǎn)生裂縫。此外，不正確使用外加劑還也容易使保護(hù)層產(chǎn)生出裂縫。

（2）在結(jié)構(gòu)的設(shè)計階段，很可能由于鋼筋數(shù)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(hù)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(hù)層厚度太薄，鋼筋甚至外露，造成鋼筋腐蝕，都會對裂縫的產(chǎn)生造成影響，因此不管是在設(shè)計中還是在施工中，都應(yīng)該對混凝土保護(hù)層加以重視。

（3）在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(zhì)的大量存在，室內(nèi)外溫度變化所產(chǎn)生的熱脹冷縮效應(yīng)以及在地震過程中都會產(chǎn)生不同類型的裂縫。因此充分考慮各類外在環(huán)境對結(jié)構(gòu)的影響，選擇合理的保護(hù)層厚度，以達(dá)到控制裂縫的目的，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性。

4.保護(hù)層最大裂縫寬度

通常預(yù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層在受彎、受拉的情況下均會產(chǎn)生一定的裂隙，結(jié)構(gòu)規(guī)范里將不同類型結(jié)構(gòu)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(jìn)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(yīng)的措施來控制裂縫的產(chǎn)生。

為了定量的分析荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生的裂縫寬度，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第7.1.2條中也對保護(hù)層在荷載作用下能產(chǎn)生的最大裂縫寬度給出了相應(yīng)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(cè)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(hù)層厚度之和，如果保護(hù)層厚度越大，那么相應(yīng)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(chǎn)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(shù)量，減小縱向鋼筋的直徑，并且在滿足最小保護(hù)層厚度的條件下減小其厚度。

5.保護(hù)層在施工過程中采取的質(zhì)量控制措施

（1）仔細(xì)做好圖紙會審以及技術(shù)交底工作。

工程開工前，應(yīng)根據(jù)圖紙、規(guī)范中對保護(hù)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(hù)層的厚度，并選擇合適的墊塊。為確保工程質(zhì)量，施工作業(yè)前需要對相關(guān)班組具體操作工人進(jìn)行詳盡的技術(shù)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(zhì)量控制，要嚴(yán)格按照設(shè)計文件和規(guī)范要求加工制作鋼筋，確保鋼筋骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，焊接及綁扎符合要求，要對骨架定位及尺寸詳細(xì)檢查，確保無誤，同時要合理安排施工順序，以防保護(hù)層被鋼筋擠占，還要固定得當(dāng)，避免澆筑時造成移位。

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

（3）鋼筋保護(hù)層墊塊的分布與合理固定。

首先應(yīng)該根據(jù)施工實際情況合理放置墊塊，以防因墊塊數(shù)量不足，造成鋼筋下沉或墊塊被壓碎、變形，可根據(jù)具體情況適當(dāng)減小墊塊的間距。此外要避免墊塊的不合理使用，墊塊應(yīng)合理、準(zhǔn)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(dāng)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(jìn)行混凝土的澆筑時要注意文明施工，同時做好成品保護(hù)相關(guān)工作。施工單位應(yīng)加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理，例如在準(zhǔn)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(wǎng)上隨意走動，提醒工人盡量踩馬墩支撐點(diǎn)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(jìn)行修整復(fù)位，確保鋼筋混凝土保護(hù)層厚度符合相關(guān)要求。

6.結(jié)論

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

參考文獻(xiàn)：

[1] 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)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(hù)層厚度控制，蔡云，《中國科技信息 》