做好鋼筋混凝土構(gòu)件的保護(hù)層，提高其構(gòu)件耐火極限

張小勤

[摘要]現(xiàn)代建筑、結(jié)構(gòu)物已離不開(kāi)鋼筋混凝土構(gòu)件，鋼筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能及壽命直接關(guān)系到建筑物的使用年限。鋼筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能及壽命除原材料外，很重要的方面，就是鋼筋混凝土構(gòu)件的保護(hù)層及火災(zāi)對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件的危害所采取措施

[關(guān)鍵詞]鋼筋混凝土構(gòu)件；保護(hù)層；耐火極限

[中圖分類號(hào)]T037

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1672—5158（2013）05—0201—01

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)度很低，抗拉強(qiáng)度大約只有抗壓強(qiáng)度的十分之一。然而兩者的彈性模量比較接近，還有較好的化學(xué)膠合力、機(jī)械咬合力和銷栓力（鋼筋和混凝土之間的粘合力是由混凝土凝固時(shí)體積收縮而將鋼筋緊緊地握裹住而產(chǎn)生的）。這樣既發(fā)揮了各自的受力性能，又能很好地協(xié)調(diào)工作，共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的外部荷載，形成的構(gòu)件有較大的強(qiáng)度和剛度。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，—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)。

一、鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層

1、鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度的確定

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。所以一般來(lái)講鋼筋混凝土構(gòu)件受拉鋼筋總是應(yīng)盡量靠近受拉一側(cè)混凝土構(gòu)件的邊緣。如果鋼筋混凝士構(gòu)件的鋼筋位置放置錯(cuò)誤或者鋼筋的保護(hù)層過(guò)大，輕則降低了鋼筋混凝土構(gòu)件的承載能力，重則會(huì)發(fā)生重大事故。然而當(dāng)鋼筋混凝土構(gòu)件的受拉鋼筋越靠近鋼筋混凝土構(gòu)件的邊緣時(shí)：

a.鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的主要成分鐵在常溫下很容易被氧化，尤其在高溫或潮濕的環(huán)境中。

b.鋼筋混凝土構(gòu)件的保護(hù)層過(guò)小容易在施工時(shí)造成鋼筋露筋或鋼筋混凝土構(gòu)件受力時(shí)表面混凝土剝落。混凝土內(nèi)部的鋼筋如果銹蝕，其鋼筋會(huì)因銹蝕體積膨脹，膨張?bào)w積是鋼筋體積的6倍。

c.隨著時(shí)間的推移，鋼筋混凝土構(gòu)件表面的混凝土將逐漸碳化，在鋼筋混凝土構(gòu)件工作壽命內(nèi)保護(hù)層混凝土失去了保護(hù)作用，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，有效截面減小，力學(xué)效能降低，鋼筋與混凝土之間失去粘結(jié)力。這樣構(gòu)件整體性會(huì)受到破壞，甚至還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞。

2、橋墩及橋臺(tái)保護(hù)層控制措施

a.橋墩保護(hù)層控制措施

鋼筋在橋墩混凝土中主要起抗拉受力作用，用來(lái)抵抗荷載所產(chǎn)生的彎矩，防止混凝土面收縮和溫差裂縫的發(fā)生，而這一個(gè)作用均需鋼筋在設(shè)置合理的保護(hù)層前提下才能發(fā)揮。在實(shí)際施工中，橋墩的護(hù)面筋的保護(hù)層比較容易正確控制。在實(shí)際施工中都有專為保護(hù)層做的混凝土墊塊，用綁絲按照一定的間距綁扎到主筋但在混凝土澆筑時(shí)人工振搗可能會(huì)影響到保護(hù)層的大小；在綁扎墩柱鋼筋筋時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)的最小保護(hù)層4cm進(jìn)行下料綁扎。

b.橋臺(tái)施工中保護(hù)層的控制措施：

在施工過(guò)程中橋臺(tái)的體積比較大，表面積也大，要控制好橋臺(tái)的各個(gè)面的保護(hù)層有點(diǎn)難度。臺(tái)身的護(hù)面鋼筋有坡度，在支墊混凝土墊塊的同時(shí)在不同位置要進(jìn)行外拉（因鋼筋自重大鋼筋面向里倒，保護(hù)層過(guò)大。）其它面的鋼筋保護(hù)層按照設(shè)計(jì)中的要求進(jìn)行支撐鋼筋達(dá)到最小保護(hù)層的要求。

橋臺(tái)施工中的人行道板保護(hù)層要注意，人行道板是懸挑結(jié)構(gòu)，保護(hù)層問(wèn)題會(huì)影響鋼筋和混凝土的工作問(wèn)題，最終會(huì)影響結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量和使用壽命。在橋臺(tái)的頂面鋼筋網(wǎng)片預(yù)留鋼筋保護(hù)層時(shí)要將網(wǎng)片吊起，因?yàn)樵谑┕み^(guò)程中工人在上面行走的頻率還是很高的。所以要采取措施，減小人為的對(duì)保護(hù)層的影響。在澆筑混凝土?xí)r要派專人進(jìn)行檢查和修整保護(hù)層。

二、火災(zāi)中火對(duì)鋼筋混凝土的影響

火對(duì)鋼筋混凝土的影響和損傷可以分為兩種類型，一種是單個(gè)構(gòu)件受到火的直接灼燒，產(chǎn)生損傷；如構(gòu)件表面混凝土爆裂脫落和燒傷層產(chǎn)生細(xì)微裂逢；另一種是梁柱組成的整體結(jié)構(gòu)由于升溫不同，產(chǎn)生很大的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力而引起構(gòu)件的損傷，例如：許多鋼筋混凝土構(gòu)件受到火災(zāi)后，表面粉刷層基本剝落，梁和柱混凝土表面產(chǎn)生大面積龜裂，局部混凝土爆落和主筋外露，混凝土表面呈現(xiàn)紅色、灰色、黃色均有，預(yù)應(yīng)力圓孔板的混凝土保護(hù)層剝落露筋，鋼筋失去性能等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象都明顯地表明了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度，是火災(zāi)原因調(diào)查分析的依據(jù)。

1、火災(zāi)中溫度對(duì)鋼材的影響

鋼材的物理性質(zhì)：鋼材在正溫范圍內(nèi)，溫度約在200C以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和彈性模量都有變化，總的趨勢(shì)是強(qiáng)度降低、塑性增大；溫度在2500C左右，鋼材的抗拉強(qiáng)度略有提高，而塑性卻降低，因而鋼材呈現(xiàn)瞻性，在此區(qū)域?qū)︿摬脑偌訜幔摬目赡墚a(chǎn)生裂逢。此外，當(dāng)溫度達(dá)到250-3500C范圍內(nèi)時(shí)。鋼材將產(chǎn)生徐變現(xiàn)象，鋼材的性能受到不同程度的損傷。據(jù)一些專家對(duì)鋼材進(jìn)行溫度試驗(yàn)分析，當(dāng)鋼材在升溫th，恒溫加熱1小時(shí)后進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果是有屈服臺(tái)階的16Mn鋼筋在9000C以下時(shí)的強(qiáng)度和延伸率變化很小，溫度達(dá)到1000oC時(shí)，鋼材強(qiáng)度下降10%；無(wú)屈服臺(tái)階的冷拔低碳鋼絲經(jīng)過(guò)2h升溫至600。C以下，則強(qiáng)度受到影響不大；而溫度在6000C以上時(shí)的極限強(qiáng)度下降達(dá)40qo。據(jù)有關(guān)專家對(duì)大多數(shù)火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)中構(gòu)件鋼筋的測(cè)試結(jié)果表明，混凝土保護(hù)層爆落的預(yù)應(yīng)力板鋼絲受熱溫度超過(guò)600C，梁柱構(gòu)件鋼筋溫度低于6000C，因而，在一般情況下，火災(zāi)對(duì)鋼筋的影響較比混凝土小，對(duì)于I、II級(jí)鋼筋在溫度達(dá)到900C以上時(shí)才有明顯的影響，由于鋼筋構(gòu)件混凝土保護(hù)層的作用，通常構(gòu)件中的鋼筋溫度低于此值，可以說(shuō)火災(zāi)一般對(duì)I、II級(jí)鋼筋的影響不很大。但是，在600C以上的高溫卻使冷卻后的冷拔低碳鋼絲強(qiáng)度大幅下降40%左右，從中可以說(shuō)明火災(zāi)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板的影響較大，由于建筑荷載大部分承重在板上，從而破壞結(jié)構(gòu)的整體性，造成更大的危害。

2、火場(chǎng)溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件板的影響

溫度對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件板的影響，按板的損壞或大致的溫度范圍可以分為三種情況。

a.種是混凝土表面顏色變化不大，粉刷層完好或基本完好（粉刷層熏黑）或者粉刷層部分脫落，混凝土表面熏黑，此時(shí)混凝土表面溫度大致在300qC以下。

b.種鋼筋混凝土粉刷層基本剝落，混凝土表面顏色為淺紅或紅灰，無(wú)橫向裂逢或縱向裂逢，此時(shí)混凝土表面溫度大致在300 5000C范圍。

c.種是鋼筋混凝土粉刷層全部剝落，混凝土表面顏色灰黃或淺黃，有縱橫裂縫，自重下板的撓度明顯大于L400（L為板的凈跨長(zhǎng)度），或者混凝土保護(hù)層爆落露筋，混凝土表面溫度在500-600CC以上。為了進(jìn)一步確定板的剛度和強(qiáng)度，根據(jù)有關(guān)資料對(duì)一些火災(zāi)后板的試驗(yàn)分析表明：不大的溫差對(duì)板的剛度有非常明顯的影響，板的剛度（即混凝土彈性模量）隨著溫度的升高而急劇下降，比強(qiáng)度的下降大得多。這一特性是因?yàn)榘宓暮穸韧ǔ］^小，升溫較快（火災(zāi)升溫速度大約在150C/h），加上板的截面慣性矩小，往往使得標(biāo)準(zhǔn)荷載下的變形超出允許值而受到更大的破壞。

3、火災(zāi)中，各種因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件有不同程度的影響，應(yīng)采取的措施增強(qiáng)火災(zāi)中各種因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件有不同程度的影響，主要采取的措施是：提高鋼筋混凝土構(gòu)件的耐火極限，方法有以下幾方面：一是增加鋼筋混凝土構(gòu)件的切面尺寸；二是增加鋼筋混泥土構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度；三是預(yù)應(yīng)力鋼筋混泥土圓孔樓板下面噴涂防火涂料。