淺談水運(yùn)工程鋼筋混凝土保護(hù)層的作用

姚顥

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司　廣東　廣州　510000）

淺談水運(yùn)工程鋼筋混凝土保護(hù)層的作用

姚顥

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司廣東廣州510000）

隨著社會(huì)的發(fā)展，水工建筑鋼筋混凝土耐久性、耐腐蝕性要求的提高，鋼筋保護(hù)層越來(lái)越重要。鋼筋腐蝕是造成水運(yùn)工程鋼筋混凝土破損的主要原因之一，水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層主要作用在海水環(huán)境中，由于化學(xué)和物理學(xué)原理產(chǎn)生的影響引起的水運(yùn)工程的腐蝕現(xiàn)象，對(duì)水運(yùn)工程中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的破壞力。因此，混凝土保護(hù)層成為了保證鋼筋延遲開(kāi)始腐蝕的重要屏障。本文通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)持久性問(wèn)題的探討，對(duì)其保護(hù)層的工程作用進(jìn)行分析，認(rèn)識(shí)保護(hù)層的主要作用，對(duì)提高水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命具有重要意義。

水運(yùn)工程；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)；實(shí)體保護(hù)層

1　引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，現(xiàn)代化的工程材料不斷的應(yīng)用更新，其中應(yīng)用最廣泛的就是鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最重要的特點(diǎn)之一就是鋼筋與混凝土能夠很好地共同工作，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。鋼筋混凝土構(gòu)件由鋼筋和混凝土組成，從原材料的力學(xué)性能而言，鋼筋有較強(qiáng)的抗拉、抗壓強(qiáng)度，但混凝土只有較高的抗壓強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度卻很低，在這方面，鋼筋混凝土保護(hù)層起著不可忽視的重要作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋保護(hù)層厚度，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性有非常大的影響，鋼筋混凝土構(gòu)件是現(xiàn)代建筑主要承重構(gòu)件，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，正確理解與應(yīng)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層，對(duì)保證工程質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的耐久性、耐火性有著極其重要的作用與意義。然而，在設(shè)計(jì)和施工中，常常由于對(duì)保護(hù)層不夠重視、對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋保護(hù)層厚度的控制問(wèn)題認(rèn)識(shí)不清等，導(dǎo)致在施工過(guò)程中鋼筋保護(hù)層厚度的控制不嚴(yán)，而鋼筋保護(hù)層厚度是否滿(mǎn)足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，將直接影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命及其耐久性，從而影響到結(jié)構(gòu)承載力，甚至減少結(jié)構(gòu)的使用壽命，在港口水工建筑物中，這樣的影響尤為突出。因此，正確認(rèn)識(shí)保護(hù)層作用，在設(shè)計(jì)和施工階段都要嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，保證混凝土保護(hù)層的必要厚度和密實(shí)度，提高混凝土的耐腐蝕性，對(duì)確保結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性及延長(zhǎng)建筑物使用壽命有著不可低估的重要意義。

2　水運(yùn)工程中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)體保護(hù)層概念

在水運(yùn)工程中的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體的保護(hù)層主要是指工程中使用的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體表面，根據(jù)國(guó)家的相關(guān)工程所規(guī)定的一種指標(biāo)性混凝土保護(hù)層，對(duì)于工程鋼筋混凝土的工程結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層厚度也有一定的要求?；炷帘Ｗo(hù)層厚度是指受力鋼筋外邊緣至混凝土構(gòu)件表面的距離，對(duì)于受力鋼筋混凝土構(gòu)件截面設(shè)計(jì)來(lái)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。此外，還要注意一般所規(guī)定的保護(hù)層厚度應(yīng)不包括與基體可能脫開(kāi)或?qū)?huì)脫開(kāi)的任何抹面層，鋼筋混凝土保護(hù)層質(zhì)量對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能、耐久性和耐火性能等都具有很大影響，符合要求的混凝土保護(hù)層能夠保證鋼筋與混凝土之間具有足夠的握裹力，能夠在一定程度上防止鋼筋因受高溫影響而急劇喪失承載力，也能夠在一定條件下保護(hù)鋼筋不受腐蝕，直接關(guān)系到建筑物的安全和使用壽命，這就是混凝土保護(hù)層的主要作用。因此，在施工過(guò)程中必須高度重視并加強(qiáng)質(zhì)量控制。

3　鋼筋混凝土構(gòu)件的工作原理

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，顧名思義就是有鋼筋和混凝土共同組成的結(jié)構(gòu)體，從鋼筋混凝土材料的物理力學(xué)性能來(lái)講，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)中的鋼筋和混凝土之間是有著不同的性質(zhì)，鋼筋具有較強(qiáng)的抗拉、抗壓強(qiáng)度。鋼筋混凝土中鋼筋和混凝土能共同抵抗外力，混凝土和鋼筋之間必須存在著傳遞應(yīng)力的粘結(jié)機(jī)制，這種粘結(jié)機(jī)制能防止混凝土和鋼筋的相對(duì)滑移，這種鋼筋與混凝土之間的相互作用力可以稱(chēng)之為握裹力，握裹力只要是由鋼筋與混凝土之間的摩擦力、粘結(jié)力以及機(jī)械咬合力三部分組成。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(lái)承受外力的，又由于混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，為簡(jiǎn)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(lái)承擔(dān)。

4　水運(yùn)工程中鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的設(shè)計(jì)

在水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的具體施工過(guò)程中，要根據(jù)具體的工程需求和特點(diǎn)進(jìn)行施工。在水運(yùn)工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注意以下兩個(gè)方面的問(wèn)題：①根據(jù)鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)規(guī)范，混凝土抗拉強(qiáng)度是要低于標(biāo)準(zhǔn)的工程抗壓強(qiáng)度，然而在水運(yùn)工程的結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層施工中，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的材料物理特性根據(jù)水運(yùn)工程特點(diǎn)，其鋼筋抗拉強(qiáng)度是要求高于抗壓強(qiáng)度；②在梁板構(gòu)件的選擇過(guò)程中，在，水運(yùn)工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的設(shè)計(jì)要充分考慮對(duì)外界作用力承受狀態(tài)的因素，如果梁板構(gòu)件的界面的一半屬于受拉狀態(tài)，那么另一半就屬于受壓的狀態(tài)。

因此，為了盡可能的提高水運(yùn)工程中使用的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承受荷載，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)梁板構(gòu)件界面受拉狀態(tài)的區(qū)域范圍，按照混凝土開(kāi)裂之后拉力的狀態(tài)設(shè)計(jì)出與之相適應(yīng)的區(qū)域鋼筋，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)中荷載的要求。

5　混凝土保護(hù)層施工質(zhì)量的控制要求

結(jié)構(gòu)實(shí)體的保護(hù)層質(zhì)量會(huì)影響這個(gè)水運(yùn)工程的混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于保護(hù)層質(zhì)量是鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體安全性與耐久性能的重要指標(biāo)。因此，在水運(yùn)工程中的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體的保護(hù)層實(shí)施嚴(yán)格的規(guī)范，需要從以下四個(gè)方面入手：①規(guī)范對(duì)混凝土保護(hù)層厚度的施工誤差提出規(guī)定，根據(jù)水運(yùn)工程項(xiàng)目特點(diǎn)對(duì)保護(hù)層的厚度進(jìn)行誤差規(guī)范，可以有效的保護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)體的厚度的精確性，同時(shí)也規(guī)范了水運(yùn)工程施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；②鋼筋負(fù)彎矩的控制工作；③為了有效的增強(qiáng)鋼筋結(jié)構(gòu)實(shí)體的穩(wěn)定性能，提高保護(hù)層厚度，要求對(duì)鋼筋進(jìn)行固定；④有些鋼筋的結(jié)構(gòu)以及形狀比較復(fù)雜，因此在工程開(kāi)工之前應(yīng)該提供實(shí)樣，可以與施工階段施工的結(jié)構(gòu)實(shí)體的厚度與尺寸的標(biāo)準(zhǔn)性進(jìn)行對(duì)比。

6　水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層的作用

6.1防止鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕

在鋼筋混凝土構(gòu)件中，保護(hù)層的主要作用就是防止鋼筋銹蝕，這是因?yàn)殇摻畹闹饕煞菔氰F，鐵在常溫下很容易氧化，更別說(shuō)在非常潮濕的水運(yùn)工程環(huán)境中。大部分鋼筋混凝土建筑物均能夠持續(xù)地按照其設(shè)計(jì)性能發(fā)揮作用，并提供一種低維護(hù)的解決方案。值得注意的是，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋被包裹在混凝土構(gòu)件中，水泥在水化狀態(tài)所呈現(xiàn)的堿性可導(dǎo)致在鋼筋的表面上形成鈍態(tài)氧化層，不與外界接觸時(shí)，這種氧化層能有效地降低鋼筋腐蝕到可忽略不計(jì)的水平，但是如果鋼筋保護(hù)層厚度過(guò)小，也就是鋼筋過(guò)分靠近受拉區(qū)一側(cè)，加上混凝土本身的有限滲透性可允許腐蝕物的滲入，一方面容易造成鋼筋露筋或鋼筋受力時(shí)表面混凝土剝落，另一方面隨著時(shí)間的推移，表面的混凝土將逐漸碳化，用不了多久，鋼筋外混凝土就失去保護(hù)作用，從而導(dǎo)致保護(hù)性的鈍化層遭到破壞，并最終使鋼筋遭到腐蝕，斷面減小，強(qiáng)度降低，鋼筋與混凝土之間失去粘結(jié)力，整體構(gòu)件性受到破壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系破壞。在海水環(huán)境中導(dǎo)致鋼筋腐蝕的最主要的過(guò)程是氯化物侵蝕，而鋼筋保護(hù)層就是防備鋼筋銹蝕的屏障。由此可見(jiàn)，水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層可以有效地防止鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕，保證保護(hù)層厚度在設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi)，就能最大程度的保護(hù)鋼筋免受銹蝕，延緩混凝土碳化深度到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間，確保結(jié)構(gòu)的使用年限。

6.2適當(dāng)厚度的保護(hù)層能提高混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

鋼筋與混凝土二者是共同作用承受外界的載荷作用的，所以，通過(guò)二者之間的極大強(qiáng)度的傳遞應(yīng)力粘接機(jī)制有效的實(shí)現(xiàn)這一作用，適當(dāng)厚度的保護(hù)層能充分發(fā)揮鋼筋和混凝土的共同載荷。鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體保護(hù)層作為實(shí)體結(jié)構(gòu)一部分，保障了結(jié)構(gòu)抗力強(qiáng)度，并且在一定程度上降低了鋼筋與混凝土的結(jié)構(gòu)實(shí)體荷載承受力度，使二者能夠正常工作，充分發(fā)揮混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

7　結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)的水運(yùn)工程得到了快速發(fā)展的空間，尤其大型深水碼頭和外海工程的飛速發(fā)展，增強(qiáng)鋼筋混凝土的耐腐蝕性，延長(zhǎng)和保證建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體使用壽命是工程建設(shè)者們不斷追求和研究的目標(biāo)，百年大計(jì)，容不得忽視。所以，在水運(yùn)工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，應(yīng)重視對(duì)鋼筋混凝土材料性能研究、規(guī)范施工和驗(yàn)收，重視對(duì)鋼筋混凝土保護(hù)層的合格性檢查，對(duì)于提高工程質(zhì)量有很大的促進(jìn)作用。

[1]吳畏，范衛(wèi)國(guó).海港碼頭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕破壞與維護(hù)方案淺析[J].水運(yùn)工程，2013（7）：117～119.

[2]吳瑾，吳勝興.海洋環(huán)境下混凝土中鋼筋表面氯離子濃度的隨機(jī)模型[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014（1）：38～41.

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1673-0038（2015）30-0326-02

2015-7-8

姚顥（1979-），男，工程師，本科，主要從事港口航道與海岸工程管理方面的工作。