浅谈钢筋混凝土保护层的重要性及控制.docx
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浅谈钢筋混凝土保护层的重要性及控制
浅谈钢筋混凝土保护层的重要性
摘要
混凝土保护层有着极为重要的地位，可以说在一般环境下解决钢筋锈蚀的问题就是控制混凝土保护层的质量问题，进而也就是解决了钢筋混凝土结构的耐久性问题。
所以规范上明确规定了钢筋保护层在相应混凝土等级和对应环境下钢筋保护层的最小值。
然而保护层偏厚也并非好事，本文分别阐述了钢筋的混凝土保护层偏厚和偏薄对构件的影响，得出了要采用适当的保护层厚度的重要性。
在此基础上分析了钢筋保护层厚度施工质量不高的原因。
总结了施工中控制保护层厚度的技术难点及心态上不重视会给施工质量带来的影响，并结合质检站检测保护层厚度实例反应我国现在混凝土保护层施工质量存在的一些问题，并提出一些相应的控制及补救措施。
[关键词]钢筋混凝土保护层；锈蚀；质量控制；耐久性；承载力
第2节钢筋混凝土保护层的重要性6
绪论
全国各地房价居高不下，建筑浪潮风起云涌，购房用于居住或用于投资，已经成为人们生活中的一大开销，房屋质量方面的投诉和纠纷也越来越多，而这些投诉还多是一些我们能够看到的问题，一些看不到的问题往往引起的后果更加严重。
建筑物的寿命需要基于一系列技术指标的保证，这其中既包括理论的支持，也要有设计的要求，更依赖于施工材料和方法的保证。
现代建筑已离不开钢筋混凝土构件，无论是单层工业厂房还是高达数百米的摩天大楼，要是没有钢筋与混凝土，很难想象将会是一个什么样的后果。
根据有关资料统计显示：
混凝土结构因钢筋锈蚀导致的结构安全事故，其严重程度已远过于因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害。
钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性问题的主要原因之一，对钢筋锈蚀进行研究在混凝土结构耐久性研究中占有举足轻重的地位。
对锈蚀钢筋混凝土结构进行耐久性修复可以延长结构的使用寿命，提高结构的安全性和耐久性。
第1节钢筋混凝土保护层要求和作用
1.1筋混凝土保护层定义
钢筋混凝土保护层是指混凝土构件中，起到保护钢筋避免钢筋直接裸露的那一部分混凝土，从混凝土表面到最外层钢筋外边缘之间的最小距离。
保护层最小厚度的规定是为了使混凝土结构构件满足的耐久性要求和对受力钢筋有效锚固的要求。
1.2钢筋的锈蚀
1.2.1钢筋锈蚀机理
混凝土中的钢筋，从热力学上看处于高能量状态，是不稳定的，当它在环境介质作用下，力图恢复为较稳定的氧化状态，钢筋这种被氧化的过程称为钢筋锈蚀。
由于在许多环境介质中含有电解质溶液，常温下钢筋在这种电解质溶液中容易发生锈蚀。
由于混凝土孔溶液对钢筋的碱性保护作用，使钢筋表面容易形成一层致密的钝化膜。
当钢筋钝化膜遭到破坏（即“去钝化”）时，如果混凝土中具有适当的湿度和氧，即使环境介质对混凝土无侵蚀破坏作用，混凝土中的钢筋也会开始锈蚀。
因此可以认为钢筋“去钝化”是钢筋锈蚀的先决条件。
混凝土中钢筋的去钝化原因有两种：
混凝土中性化和氯化物侵蚀。
酸性气体和氯化物对混凝土本身都没有严重破坏作用，但是这两种环境介质都是使混凝土中钢筋钝化膜破坏的重要又最常遇到的环境介质。
1.2.2混凝土中钢筋锈蚀的原因
在一栋建筑中，钢筋和混凝土的结合物是支撑起全身重量的骨架，钢筋在空气中遇到水，加上钢筋材质中的一些“杂质”，因此很容易锈蚀，为了在混凝土中避免这种情况的发生，外边要加混凝土保护层。
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）在构造规定中，对设计使用年限为50年的结构受力钢筋的混凝土最小保护层厚度有明确规定;例如：
在室内正常环境中，混凝土强度等级在C25-C45之间的板、墙混凝土最小保护层厚度为15毫米;梁为25毫米;柱为30毫米。
换句话说，只有包裹在钢筋外边的混凝土不小于规定的厚度，50年后钢筋才开始锈蚀。
如果保护层厚度不足，里面的钢筋就会提前锈蚀。
另外，国家有关部门也加强了对建筑物中钢筋保护层厚度的监管力度，在2002年发布的《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中，将结构实体钢筋保护层厚度检测列为施工质量验收的必检项目。
钢筋混凝土中的裂缝对钢筋的锈蚀有极大的影响。
一般认为混凝土只要达到设计强度等级的要求就可以了，对混凝土存在的开裂却认识不足。
虽然在《混凝土结构设计规范》中对混凝土的裂缝宽度有明确的要求，设计单位在设计时也已经加以考虑，但在一些施工过程和我们的使用过程中却往往被忽视了。
有些单位在施工过程中不负责任，模板拼缝不严造成漏浆，模板拆除后就会出现蜂窝麻面，甚至露筋的现象，补救措施也多是用砂浆补平罢了，而原有混凝土是否密实，抹面砂浆和混凝土结合得是否紧密，二者间是否会因为收缩不同而造成“两层皮”的现象就很少有人关心了，由此可能会造成混凝土中局部出现空洞，进而使得钢筋过早的锈蚀。
说到使用过程中裂缝的产生，其实绝大多数是因为使用者擅自改变房屋的使用功能或加大了动、静载，使得实际荷载大大超过了设计荷载，比如：
将住宅楼改做仓库使用，或在里面使用振动较大的仪器设备，自家楼房装修时，在楼地面上集中堆积过高的装修材料等，都会使得混凝土受拉区不堪重负，早早产生裂缝，引起钢筋锈蚀。
1.3钢筋混凝土保护层的作用
1.3.1保护钢筋不受腐蚀，提高钢筋混凝土结构安全和耐久性：
钢筋稳定性差在常温中也容易被氧化，暴露在空气中会由于盐害、冻害、和碳化等多种劣化因子作用而造成钢筋锈蚀。
钢筋锈蚀会引发一系列工程事故。
钢筋锈蚀后直接就会导致钢筋面积削弱、承载力下降，并且锈蚀之后体积会膨胀，钢筋锈蚀体积膨胀系数为1.79～2.56，导致混凝土保护层开裂甚至脱落。
保护层开裂脱落，钢筋失去了保护的屏障，水分潮气会很容易侵入将进一步锈蚀。
这样钢筋锈蚀和混凝土保护层问题就形成了恶性循环，其直接危害就是构件失稳破坏。
1.3.2保证钢筋和混凝土能够共同工作，确保结构受力性能：
钢筋和混凝土是由两种不同性质的材料组成的，确保他们能共同工作是基本首要的事情。
混凝土能够发挥较好的抗压性能是典型的脆性材料，钢筋是抗拉性能较好的延性材料。
这两种材料各自带了自己的优势，就组合成了具有抗压、抗拉、抗剪等结构性能俱全的各种形式的建筑物和构筑物。
1.3.3增强结构的耐火性能：
混凝土与钢筋都属于非燃烧体，用砂石作为骨料的混凝土一般可以耐高温700℃左右。
火灾温度都很高，远远非700℃，钢筋混凝土材料不能直接接触到火源，同时也应避免高温辐射。
在火灾高温的情况下，钢筋温度很快就会上升，他的屈服点、弹性模量、抗拉强度都急剧下降。
温度一旦达600℃时,强度几乎接近于零，导致结构破坏。
有一层保护层就可以起到一定的拖延保护作用。
在灾害面前能多一秒就可以多挽救一些生命财产。
若是由于某些原因造成保护层过小，一旦建筑物发生了火灾，就会造成建筑物耐火等级或耐火极限减小。
这些因素在设计时均应考虑，钢筋混凝土保护层应该按建筑物耐火等级规范规定的厚度设计，遇有火灾可保护结构、延缓结构破坏时间，可为人口疏散和物资转移提供一定的缓冲时间。
1.4钢筋混凝土保护层厚度要求
规范中有很多关于保护层的规定，《混凝土结构设计规范》9.2.1条，规定纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层厚度（钢筋外边缘至混凝土表面的距离）不应小于钢筋的公称直径，且应符合下表的规定。
混凝土保护层的最小厚度（mm）
环境类别
板、墙
梁、柱
一
15
20
二a
20
25
二b
25
35
三a
30
40
三b
40
50
注：
1、表中混凝土保护层厚度指最外层钢筋外边缘至混凝土表面的距离，适用于设计使用年限为50年的混凝土结构。
2、设计使用年限为100年的混凝土结构，一类环境中，最外层钢筋的保护层厚度不小于表中数值的1.4倍，二、三类环境中，应采取专门的有效措施。
3、混凝土强度等级不大于c25时，表中保护层厚度数值应增加5mm。
环境类别
条件
一
室内干燥环境
二a
室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；
二b
干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
三a
严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境
三b
盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境
第2节钢筋混凝土保护层的重要性
2.1钢筋混凝土保护层的重要性
如果钢筋保护层厚度过小，一方面容易造成钢筋露筋或钢筋受力时表面混凝土剥落，另一方面随着时间的推移，表面的混凝土将逐渐碳化，用不了多久，钢筋外层混凝土就失去了保护作用，从而导致钢筋锈蚀，断面减小，强度降低，钢筋与混凝土之间失去粘结力，构件整体性受到破坏，严重时还会导致整个结构体系的破坏。
如果钢筋保护层厚度过大，除在表面容易出现较大的收缩裂缝和温度裂缝之外，轻则会直接削弱构件的承载能力，重则会发生重大质量事故。
因为钢筋与混凝土之间存在足够的粘结力，在结构计算时，钢筋混凝土构件是作为一个整体来承受外力的；由于混凝土的抗拉强度很低，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。
对于受力构件截面设计来讲，受拉的钢筋离受压区越远，其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大，这样钢筋发挥的效率也就越高。
所以一般来讲，无论是梁还是板，受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。
如悬挑板的受力筋应设在构件上部受拉区。
如果放置错误或者钢筋保护层过大，轻则降低了板的承载能力，重则会发生重大事故。
但是，钢筋保护层厚度对单项工程质量并不是起决定作用的，但如果不重视它，所产生的危害也是不容忽视的。
我们要在正确了解钢筋及混凝土的受力机理的前提下，充分认识到合理的钢筋保护层厚度对工程结构的重要性。
只有防微杜渐，才能使我们的工程施工技术水平更上一个台阶。
2.2保护层厚度偏差可能的原因
2.2.1设计考虑不周。
使用电脑计算并出图，图纸表达方式趋于简化，很少考虑钢筋位置的布置形式及保护层厚度等，这对于现场施工人员来说，保证钢筋位置和钢筋保护层是很困难的。
2.2.2施工操作中的问题。
操作人员施工时钢筋下料、制作的尺寸不准或钢筋的相互间位置关系考虑不周，导致钢筋出现贴模、移动等情况；混凝土浇筑时标高控制不准，导致浇筑面过厚；成品保护意识差，施工过程中任意踩踏钢筋使其变形；有时图方便只是在钢筋下面垫以适当厚度的石子或是随手取得的混凝土碎块，这样的钢筋位置将无法控制；有时即使垫块位置正确，由于振捣不规范，导致垫块损坏或位移，这在混凝土浇筑后难以发现，直接影响工程的施工质量，甚至会成为工程事故的隐患。
第3节施工过程中保护层厚度的控制
3.1施工过程中保护层质量控制
3.1.1混凝土浇筑前，应制定严格的混凝土施工方案，做好技术交底，规范工人操作。
浇筑混凝土时必须搭设马道，工人应站在马道上操作，禁止工人踩踏钢筋。
3.1.2对于板底、梁底、梁侧保护层垫块，可选用市场上现成的保护层垫块或工地现成加工的砂浆垫块，砂浆垫块的强度和密实度应满足使用要求，并且保证与钢筋固定牢固，数量适当间距均匀；加强对板负弯矩筋的固定，保证不落底，马凳筋固定牢，不倾倒；
3.1.3应加强钢筋下料、制作管理，对于形状复杂的钢筋应预先放出实样，准确控制钢筋成型尺寸；
3.1.4混凝土在浇筑前，应在柱钢筋上标出50CM控制线，拉线控制混凝土上表面标高，防止混凝土过厚；
第4节总结
混凝土保护层的质量是结构耐久性的一个重要指标。
混凝土中的钢筋因种种原因而发生锈蚀后，钢筋的有效断面会减小，钢筋与混凝土间的粘结力会下降，结构的承载能力会降低，钢筋锈蚀后体积膨胀，使得混凝土产生胀裂，甚至导致保护层开裂、剥落，钢筋混凝土结构受到破坏，进而需要维修加固，甚至拆除重建。
因此，研究钢筋锈蚀的预防措施具有重大的技术、经济和安全意义，需引起工程界的普遍重视。
参考文献
[1]谭平、吕娜、张瑞红《建筑材料》，北京，北京理工大学出版社，2009.5，74-202页。
[2]混凝土结构设计规范（GB50010－2002），北京，中国建筑工业出版社，2002，78-165页。
[3]混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204－2002），北京，中国建筑工业出版社，2002，25-30页。
[4]高志强《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》（11G101-3），北京，中国计划出版社，2011年版，55页。
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