浅谈钢筋混凝土构件保护层

作者简介：孙秀红 女 土木工程系

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孙秀红 刘红霞

[文章摘要] 钢筋混凝土构件的保护层厚度直接影响着构件的耐久性和承载能力，所以在钢筋混凝土构件设计和施工中应采取有效控制措施，保证保护层厚度的准确性。 [关 键 词] 钢筋混凝土构件，保护层，承载力，耐久性，控制措施

0 引言

混凝土保护层被完全碳化通常是钢筋锈蚀的重要前提,而碳化所需时间同其厚度成正比，构件的耐久年限主要取决于混凝土保护层完全被碳化所需要的时间。从这个角度来讲,增加混凝土保护层厚度,可以保证结构的使用寿命。但试验证明[1]

，过厚的保护层会降低受弯构件开裂弯矩,当试验荷载处于破坏荷载的15%～20%时,构件就开始出现裂缝。同时，过厚的保护层容易在构件表面出现较大的收缩及温度裂缝,在受外力碰撞后容易破碎缺损,对结构耐久性有不利影响。所以，可以针对使用年限、大气环境、水灰比等参数对混凝土保护层厚度进行耐久性优化设计[2]

，并在此基础上，采取有效的施工控制措施，确保钢筋混凝土构件保护层位置的正确。

1 钢筋混凝土构件保护层厚度的确定 1.1 钢筋混凝土构件的工作原理

钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土组成。就原材料的力学性能而言，钢筋有较强的抗拉、抗压强度，但混凝土只有较强的抗压强度，而抗拉强度却很低。但两者弹性模量接近，有较好的化学胶结力、摩擦力和机械咬合力，所以二者结合，既能发挥各自的材料强度，大大提高构件的承载力，又能很好地协调工作，改善混凝土的脆性。结构计算时，由于混凝土的抗拉强度很低，为简化计算，一般混凝土只考虑承受压应力，而拉应力则全部由钢筋来承担。为防止钢筋锈蚀和保证钢筋与混凝土的紧密粘

结，梁、板、墙、柱都应具有足够的保护层（受力钢筋外边缘到混凝土外边缘的最小距离称为保护层厚度）。

1.2 保护层对混凝土结构承载力的影响

钢筋混凝土构件截面承载力设计时，从受弯构件的正截面承载力计算式：M ≤ Mu = α1*fcbh 02*αs [3]可以看出，混凝土开裂后拉力完全由钢筋承担，弯矩M 与截面的有效高度h 02成正比。即h 0(受拉钢筋合力作用点到混凝土受压区边缘的距离)越大，其受拉钢筋离受压区越远，其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大，这样钢筋发挥的力学效能也就越高。

保护层过厚时，会使截面的有效高度h 0减小，削弱构件的承载能力，特别是对那些截面高度较小的构件，这种情况更明显、更危险；然而保护层如过小，即受拉钢筋靠近钢筋混凝土构件的边缘时，则会产生以下后果：钢筋周围由于粘结滑移所引起的裂缝很容易发展到构件表面，形成沿纵向钢筋的裂缝，使保护层混凝土发生劈裂破坏，而且难以抵御外界氯离子及其他介质侵入结构内部，导致钢筋、混凝土腐蚀破坏及形成应力腐蚀,直接影响结构的耐久性，甚至还会导致整个构件的破坏。 1.3 保护层对混凝土结构耐久性的影响

在钢筋混凝土结构中，保护层作用体现在两个方面：一是物理保护：混凝土紧紧包裹在钢筋表面，保护钢筋免受外力和环境中有害物质的直接侵害；二是化学保护，水泥水化时析出大量的Ca (OH) 2 ，

混凝土的初始碱度较高(pH > 12)，钢筋表面形成一种致密的钝化膜,可避免钢筋锈蚀，所以影响保护层作用机理的主要是材料本身性能和保护层的厚度，提高混凝土密实性、合理设置保护层的厚度是抑制混凝土结构钢筋腐蚀、提高结构耐久性的有效措施。

1.4 保护层厚度的影响因素

规范[4]对钢筋保护层的厚度作了规定，如表1所示。由表1可以看出，影响混凝土保护层大小的因素有：环境类别、构件类型及混凝土强度、钢筋直径等。

规范[4]规定，对梁、柱中纵向受力钢筋保护层厚度大于40mm时，应采取有效防裂构造措施，通常是在混凝土保护层中离构件表面一定距离处全面增设由细钢筋制成的构造钢筋网片。而且只对受弯构件梁、板进行钢筋保护层厚度的实体检验，并且强调悬臂构件应作为检查的重点。这是因为钢筋移位（保护层变化）对受弯构件的结构性能有着直接而重要影响的缘故。所以钢筋的保护层厚度必须从设计和施工角度严格设置，以保证构件的承载力、耐久性要求。

2 钢筋混凝土构件保护层厚度的设计控制措施

钢筋混凝土构件设计时，对于保护层厚度确定，应综合考虑耐久性、粘结锚固以及截面有效高度3个因素；根据耐久性要求，混凝土保护层最小厚度限值必须严格按照设计使用年限、环境类别、构件类型、混凝土强度等级选用，且不得小于钢筋直径（满足粘结锚固要求），并以此下限值为基础，另外还要考虑施工尺寸负偏差的不利影响，确定混凝土保护层厚度的设计值。

在钢筋混凝土梁设计中，主次梁钢筋交叉处，一般主梁的上部钢筋设置在上层（否则会导致支座处主梁上部裂缝加宽、加深，同时增加了此处板面的上部裂缝）。垂直于主梁方向的板面钢筋，无论是计算设置还是附加设置，施工时主梁两侧都需要设置支撑将板面钢筋撑起，而不能简单的搁置。

在钢筋混凝土板设计中，在梁与柱、梁与梁、板与梁相交处须给予专门考虑，以保证各部钢筋能互相避开而仍保持正确的保护层。为防止混凝土碳化，延缓钢筋锈蚀，保证耐久性，板面钢筋的混凝土保护层厚度必须达到规范规定值要求。而另一方面,为保证板面钢筋的抗弯承载力，以及防止板面混凝土收缩和冷缩而产生拉应力进而可以导致混凝土开裂，板面钢筋设计应选择较细直径，且施工应设置足够的支撑将钢筋撑起靠近板面。所以板面钢筋的设置必须妥善协调构造，充分发挥其作用。

3钢筋混凝土构件保护层厚度的施工控制措施

3.1钢筋混凝土构件施工中保护层常见质量问题

对于钢筋混凝土梁、柱、墙构件来说，由保护层厚度不当引起的质量问题有漏筋或截面有效高度不够。前者原因是当垫块太小或漏放时，保护层太小或振捣棒撞击钢筋或踩踏钢筋，使钢筋移位外露（混凝土内部主筋、副筋或箍筋局部裸露在结构构件的表面），这会导使钢筋锈蚀，构件承载力和耐久性均会降低。保护层厚度过大时，梁的有效高度h0降低，截面承载力会降低（弯矩M与h0成正比），柱、墙的构件核心面积减小，也会降低构件的受压承载力，而且过厚的保护层容易在构件表面出现较大的收缩及温度裂缝,在受外力碰撞后容易破碎缺损,对结构耐久性也有不利影响。

混凝土板中的钢筋起着抵抗外荷载所产生的弯矩和防止混凝土收缩和温差裂缝发生的双重作用，而这一双重作用均需钢筋处在上下合理的保护层