淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋保護層的作用

王偉福

摘要：鋼筋保護層除對鋼筋防護作用外，其力學作用也是不容忽視的，鋼筋保護層過厚或過薄都對結(jié)構(gòu)的表面裂縫寬度、承載力的大小以及鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強度都有直接影響，日常施工中，部分施工管理人員和操作人員對鋼筋的保護層設置不重視，很容易導致鋼筋保護層過厚或過薄，從而造成結(jié)構(gòu)隱患，降低鋼筋保護層的功能。

關(guān)鍵詞：保護層；厚度；粘結(jié)力；作用

1、概述

在日常施工中，我們經(jīng)常碰到部分施工管理人員和操作人員對鋼筋的保護層設置極不重視的做法，如在澆筑樓板混凝土時，采用隨打隨提鋼筋網(wǎng)片或用石子墊置保護層厚度的方法，此類操作很容易導致鋼筋保護層過厚或過薄，從而造成結(jié)構(gòu)隱患，究其原因主要是由于施工人員對保護層的作用理解不深，沒有重視鋼筋保護層厚度所其的功能。

2、鋼筋保護層的作用

從字面上理解，鋼筋保護層的作用主要是對鋼筋起防護作用，避免鋼筋因暴露在自然條件下而產(chǎn)生銹蝕，降低其承載能力和耐久性。鋼筋保護層除以上作用外，其力學作用也是不容忽視的，鋼筋保護層過厚或過薄都對結(jié)構(gòu)的表面裂縫寬度、承載力的大小以及鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)強度都有直接影響，下面針對保護層厚度過厚和過薄兩種情況進行力學作用分析。

3、鋼筋保護層力學作用分析

3.1鋼筋保護層過厚

當保護層過厚時，將明顯減少構(gòu)件截面的有效高度h0，根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計原理可知，截面的有效高度與截面的承載力的關(guān)系為平方關(guān)系（如下式）：

從上式可以看出，h₀的減少會大大降低截面的承截力MP，下面舉例進行定量分析：

例如：單向受力板，板厚h=100mm，C20混凝土（混凝土彎曲抗壓設計強度值fcm=11N/mm²），板設計配筋為φ10底板筋。

計算：當保護層厚度為15mm時

其截面有效高度110=h-c-d÷2

=100-15-10÷2=80mm

1米寬板帶的最大承載力M_Pmax為：

M_Pmax==0.4bh₀²fcm

=0.4×1000×80²×11

=28.16×10⁶（N·mm）

當保護層厚度為25mm時：

其截面有效高度：ho=h-c-d÷2

=100-25-10÷2=70mm

1米寬板帶的最大承載力M_Pmax為：

M_Pmax=0.4bh₀²fcm

=0.4×1000×70²×11

=21.56×106（N·ram）

保護層厚度為25mm與保護層厚度為15mm時1米寬板帶的最大承載力之比應為：

（21.56+28.16）×100%=76.6%

也就是說，其承截力損失了23.4%。

由上可知，保護層厚度過厚會大大降低結(jié)構(gòu)的承截力。

3.2鋼筋保護層過薄

當保護層過薄是否就有利呢？如果按上述結(jié)果看，保護層減小'hO加大，能提高承截力，但從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成和受力特點來分析，保護層過薄也是不可取的。

大家知道，鋼筋混凝土是由抗壓不抗拉的非勻質(zhì)材料一混凝土和勻質(zhì)抗拉材料一鋼筋組成的，鋼筋與混凝土之所以能夠共同工作，其基本前提是使鋼筋與混凝土之間具有足夠的粘結(jié)強度，從而承受由于二者的相對變形（滑移）。這種在界面上產(chǎn)生的相對作用力被稱為粘結(jié)力。

鋼筋與混凝土之問的粘結(jié)力主要由以下三個組成部分：

（1）因混凝土收縮，將鋼筋緊緊握裹與混凝土而產(chǎn)生的摩擦力

（2）混凝土中水泥膠體與鋼筋表面的化學膠著力

（3）鋼筋表面粗糙產(chǎn)生的機械咬合作用。

鋼筋與混凝土的膠著力很小，發(fā)生相對滑移后，粘結(jié)力主要由摩擦力和咬合力所提供。當采用光圓鋼筋時，鋼筋表面粗糙產(chǎn)生的機械咬合作用較差，粘結(jié)力的大小主要取決于因混凝土收縮，將鋼筋緊緊握裹與混凝土而產(chǎn)生的摩擦力。

當結(jié)構(gòu)荷載逐漸增加時，在結(jié)構(gòu)的彎矩較大處，當拉應力超過混凝土的抗拉強度時，在薄弱處產(chǎn)生裂縫，裂縫兩側(cè)的鋼筋和混凝土之間就產(chǎn)生相對滑移，而粘結(jié)力產(chǎn)生的摩擦力會阻止這種滑移，從而控制裂縫的開展，確保其寬度不超過設計允許值，《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定受拉區(qū)混凝土的最大裂縫寬度允許值不超過0.4mm。

當保護層厚度不夠或鋼筋緊貼模板時，由于鋼筋與混凝土之間的握裹力不對稱（如圖1所示），使因混凝土收縮，將鋼筋緊緊握裹與混凝土而產(chǎn)生的摩擦力減少近半數(shù)，從而造成粘結(jié)力不足，這對結(jié)構(gòu)受力有很大的影響。

如果粘結(jié)力不足，隨著結(jié)構(gòu)荷載的逐漸增加，滑移范圍不斷擴大，而粘結(jié)力產(chǎn)生的摩擦力因其值過小而無法阻止這種滑移，裂縫就可能出現(xiàn)在一個較小的范圍內(nèi)，從而造成裂縫寬度超過設計允許值，降低了結(jié)構(gòu)的耐久性和防水性能，加快鋼筋的銹蝕，從而影響了構(gòu)件的結(jié)構(gòu)安全性。由此可見，保護層過薄也不可取的。

4、施工中應采取的措施

既然保護層過厚或過薄對結(jié)構(gòu)有這么大的影響，在施工中我們應采取相應的措施加以控制，根據(jù)GB50204-2015規(guī)范要求，保護層的允許誤差為±3mm。

施工中主要采取以下方法：方法一、現(xiàn)澆板鋼筋綁扎時下面加墊高強度等級的砂漿墊塊，厚度同設計值，墊塊間距為1.5米，呈梅花狀布置；梁、柱保護層墊塊制作材料同現(xiàn)澆板，僅制作砂漿墊塊時，在其內(nèi)部預埋22#鉛絲，便于與鋼筋綁扎，墊塊綁扎間距一般以1.5米為宜。

方法二、柱子鋼筋保護層可采用自制鋼筋限位器進行控制，即在模板上口用3mm定型卡具，其構(gòu)造形式如下圖所示：

從施工的情況來看，以上兩種方法能有效地控制鋼筋保護層的厚度，從而確保鋼筋混凝土構(gòu)件的施工質(zhì)量和安全度。