鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度對耐久性的影響

王超

摘要：鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因是混凝土炭化（或稱中性化）和氯粒子侵蝕。在銹蝕的發(fā)生和發(fā)展過程中，鋼筋的位置，及保護(hù)層的厚度直接影響著鋼筋的起始銹蝕時(shí)間和銹蝕程度。人們基于對保護(hù)層的作用認(rèn)識的加深，保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)采用值已逐步趨于合理化，并有明確的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范等。但很少有人重視實(shí)際存在的較大的施工誤差對鋼筋銹蝕的影響。在已建工程中不乏因保護(hù)層施工誤差偏差過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性下降。本文分析了保護(hù)層厚度對構(gòu)件的承栽力、防銹蝕和防火等性能的影響，探討了對受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度在施工中的控制提出建議，供同行參考。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土 構(gòu)件保護(hù)層厚度 耐久性 影響

對于鋼筋混凝土構(gòu)件而言，受力鋼筋的混凝土保護(hù)層起著非常重要的作用。合適的保護(hù)層厚度既能保證混凝土有良好的粘結(jié)性、耐火性、耐久性，又可以充分發(fā)揮鋼筋的力學(xué)性能，保證構(gòu)件的承載能力，從而保證結(jié)構(gòu)的安全性。然而施工單位在施工過程中對混凝土結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋保護(hù)層厚度控制不嚴(yán)，造成鋼筋位置不準(zhǔn)，再加上模板尺寸偏差較大等因素造成保護(hù)層厚度超標(biāo)，但在混凝土澆筑、鋼筋隱蔽過程中，又不能直觀看到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，給工程質(zhì)量帶來隱患。

一、從力學(xué)角度分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件是由鋼筋和混凝土組成。從原材料的力學(xué)性能而言，鋼筋具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度；混凝土則具有較高的抗壓強(qiáng)度，而其抗拉強(qiáng)度卻很低。這種組合發(fā)揮了它們各自的優(yōu)勢性能，共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的外部荷載。因此，一般在考慮鋼筋混凝土的受力條件時(shí)，著重考慮的是混凝土的受壓應(yīng)力和鋼筋的受拉應(yīng)力。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際受拉應(yīng)力是否能與設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)力相吻合，主要取決于鋼筋在結(jié)構(gòu)中的位置是否正確。這也正是我們要求控制鋼筋保護(hù)層厚度的主要原因。一般來講，無論是梁還是板，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。如挑梁的受力筋應(yīng)設(shè)在構(gòu)件上部受拉區(qū)，如果鋼筋保護(hù)層厚度過大（保護(hù)層過大會導(dǎo)致混凝土受壓高度減少），輕則由于鋼筋不能有效發(fā)揮其應(yīng)有抗拉作用，而使混凝土受拉應(yīng)力超標(biāo)產(chǎn)生裂縫，重則由于懸挑結(jié)構(gòu)上部鋼筋所受拉力的力矩高度變小，而使鋼筋受拉應(yīng)力超標(biāo)發(fā)生結(jié)構(gòu)斷裂。此類事故在建設(shè)史上并不少見。

二、從構(gòu)件耐久性的分析

1.防銹蝕。保護(hù)層起著保護(hù)鋼筋不被銹蝕的作用，以確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性年限可參考以下計(jì)算公式：t=to（D2/X2-1），式中：t為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的剩余壽命（年）；to為檢驗(yàn)碳化深度時(shí)結(jié)構(gòu)的齡期（年）；D為受力鋼筋的保護(hù)層厚度（mm）； 為檢驗(yàn)時(shí)的碳化深度（mm）。從式可知保護(hù)層厚度對提高構(gòu)件的耐久性起著至關(guān)重要的作用。原因是在一般使用條件下，主要考慮大氣的侵蝕而使鋼筋氧化生銹。而混凝土不密實(shí)、裂縫、保護(hù)層厚度偏小，都會加快鋼筋銹蝕速度，再加上混凝土碳化以及鋼筋的電化學(xué)反應(yīng)等因素就會因此加速這種侵蝕過程。鋼筋氧化銹蝕又會導(dǎo)致體積膨脹，致使混凝土保護(hù)層開裂，更加快鋼筋銹蝕的進(jìn)程，從而大大縮短建筑物的使用壽命。

2.耐火性。保護(hù)層對混凝土內(nèi)部的鋼筋還具有一定的防火功能。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，環(huán)境溫度急劇升高，鋼筋與混凝土的熱膨脹系數(shù)是不同的。當(dāng)鋼筋的膨脹值逐漸大于混凝土的膨脹值時(shí)，就會損傷和破壞混凝土與鋼筋之間的握裹力。此外，當(dāng)鋼筋溫度上升到700℃時(shí)，鋼筋屈服強(qiáng)度大幅度降低，就會失去與混凝土共同工作的條件，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。然而，混凝土是不良導(dǎo)熱體，它能保護(hù)鋼筋不會立即受到高溫影響，從而延緩結(jié)構(gòu)喪失承載能力的時(shí)間，為消防救援贏得時(shí)間。一些特殊建筑或構(gòu)筑物為提高其耐火等級，設(shè)計(jì)上還對一些結(jié)構(gòu)構(gòu)件增加混凝土保護(hù)層厚度的要求。

三、鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的要求

現(xiàn)行規(guī)范不僅對鋼筋驗(yàn)收時(shí)受力鋼筋的保護(hù)層厚度做出了具體要求，并且對混凝土的鋼筋保護(hù)層厚度提出了檢測的要求。通過近幾年的技術(shù)發(fā)展和檢測方法的進(jìn)步，混凝土保護(hù)層厚度的無損檢測已在工程中廣泛應(yīng)用并成為常規(guī)檢測方法之一，各地質(zhì)量監(jiān)督站也把對受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度的檢測作為工程主體質(zhì)量驗(yàn)收前實(shí)體抽檢的一個(gè)重要內(nèi)容。適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層厚度既對建筑物的安全性有著積極的影響又能節(jié)約材料節(jié)省造價(jià)。但在一些施工單位往往在澆搗混凝土?xí)r，無人統(tǒng)一指揮與監(jiān)督。已綁扎成型并經(jīng)驗(yàn)收的鋼筋網(wǎng)上施工人員毫無禁忌地亂踩亂踏，甚至將設(shè)備器具壓在上面，造成支撐馬墩和墊塊被壓扁或踩倒，以及混凝土內(nèi)鋼筋彎曲變型或產(chǎn)生位移。這樣會使保護(hù)層厚度與設(shè)計(jì)的要求出現(xiàn)比較大的偏差。還有在混凝土澆搗過程中振搗無序，局部振搗過分或振動棒觸及鋼筋骨架，也會使鋼筋骨架變形、錯(cuò)位，使保護(hù)層厚度不均。因此，在混凝土施工中，應(yīng)做到規(guī)范操作，除了對易于偏位的鋼筋應(yīng)作有效的固定外，應(yīng)有專人指揮監(jiān)督，嚴(yán)禁人員在鋼筋上隨意行走，振搗要按操作規(guī)范要求認(rèn)真有序操作，振動捧不得隨意觸及鋼筋骨架。合理的設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度和規(guī)范的施工二者缺一不可。

四、對保護(hù)層厚度的控制

施工中對保護(hù)層厚度的控制不嚴(yán)，不僅對結(jié)構(gòu)的安全性造成隱患，而且直接影響到結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.注重鋼筋的下料工作。施工單位的下料人員應(yīng)熟悉圖紙及規(guī)范的要求。下料時(shí)箍筋的下料尺寸要正確。對一些鋼筋密集，復(fù)雜的梁、柱交接處，主梁與次粱的交接處必須放實(shí)樣，合理安排各方向的主筋與附筋的位置。同時(shí)確保鋼筋在制作時(shí)的尺寸正確，給施工現(xiàn)場鋼筋安裝、綁扎節(jié)點(diǎn)創(chuàng)造條件。避免由于交接點(diǎn)處鋼筋密集無法安裝而造成鋼筋擠占保護(hù)層位置，從而發(fā)生露筋的情況。

2.模板的制作和安裝。模板制作的尺寸偏差也會導(dǎo)致保護(hù)層的超標(biāo)，所以還要注意模板工程的制作和安裝。制作要規(guī)范，尺寸要精確，安裝要支撐牢固?？s?，F(xiàn)象容易導(dǎo)致保護(hù)層厚度偏小甚至發(fā)生露筋的情況。

3.墊塊的施工。安放、綁扎固定混凝土保護(hù)層墊塊應(yīng)作為鋼筋工程施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。有些施工單位不重視這個(gè)問題。一個(gè)是墊塊設(shè)置的數(shù)量不夠，導(dǎo)致鋼筋下沉或墊塊被壓碎、變形的情況屢有發(fā)生。一般要求是間距0.8-1.0m應(yīng)設(shè)置一個(gè)墊塊，如果鋼筋直徑較小，則還應(yīng)適當(dāng)加密墊塊的間距；再一個(gè)比較普遍的問題就是墊塊的混用、亂用。梁、板受力鋼筋的混凝土保護(hù)層，即使是相同強(qiáng)度等級的構(gòu)件，其保護(hù)層厚度要求也不相同。鋼筋工程屬于隱蔽工程，是混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量監(jiān)控的重點(diǎn)。施工單位和監(jiān)理單位都要認(rèn)真做好鋼筋工程的隱蔽驗(yàn)收。

鋼筋混凝土保護(hù)層是一個(gè)在設(shè)計(jì)和施工方面容易被忽視，然而卻非常重要的問題。在很多出問題的建筑物中，樓板開裂、板底露筋泛銹等就是由于鋼筋保護(hù)層厚度等原因引起的。因此，既要加強(qiáng)在設(shè)計(jì)方面對保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)性又要使施工人員充分認(rèn)識到鋼筋保護(hù)層厚度對工程結(jié)構(gòu)的重要性。從設(shè)計(jì)、施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，認(rèn)真對待這個(gè)問題，并特別關(guān)注負(fù)彎矩鋼筋的保護(hù)層問題，以確保構(gòu)件的正常使用，提高工程質(zhì)量，使工程施工技術(shù)水平更上一個(gè)檔次。

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