混凝土結構中保護層厚度作用及質量控制分析

盧 松

(阜陽市建設工程質量檢測站，安徽阜陽 236000)

鋼筋混凝土結構中的鋼筋保護層厚度，一般是指結構構件鋼筋外包裹的那部分混凝土層的厚度，鋼筋保護層具有防止鋼筋銹蝕，粘結錨固，傳遞荷載，保證結構的耐火性和抗凍性等作用，它的質量控制關系到工程質量和結構使用壽命。

1 鋼筋保護層厚度所起的作用

1)保證混凝土結構受力性能。混凝土結構中鋼筋能夠承載受力是因為:混凝土與鋼筋之間的握裹力和摩擦力相互作用的結果(即粘結錨固作用)。這種粘結錨固作用很大程度上取決于鋼筋表面混凝土的厚薄，即保護層厚度。試驗研究表明，鋼筋在混凝土中的保護層必須具有一定的厚度，才能保證混凝土與鋼筋之間的握裹力。如果鋼筋保護層厚度過小，鋼筋過于靠近結構構件的外表面，容易造成露筋或鋼筋受力時外表面混凝土開裂、剝落，致使握裹力減小。另一方面，如果鋼筋保護層厚度過小，表層混凝土將隨著時間的推移而逐漸碳化，外邊緣鋼筋將失去保護作用而銹蝕，也會致使握裹力減小，使粘結錨固作用降低，嚴重時會導致整個結構體系的破壞、傾覆。因此，鋼筋具有一定厚度的保護層是其正常受力的基礎。2)保護鋼筋不銹蝕，確保結構的耐久性。鋼筋混凝土結構之所以經久耐用，這是由于鋼筋混凝土結構的耐久性能非常好。眾所周知，素混凝土結構抗壓性能與抗腐蝕性能較好，抗拉、折性能較差;而鋼筋抗拉、折性能良好，抗腐蝕性能就遠不如混凝土了，鋼筋混凝土復合結構恰恰就應用了這兩類材料各自的長處，混凝土提供了足夠的抗壓能力，同時混凝土的堿性環境包裹亦能夠保護混凝土結構中的鋼筋免遭大氣中的CO2和H2O銹蝕，而銹蝕后的鋼筋由于體積膨脹導致結構表面疏松，這樣又加速了混凝土的碳化，二者相互作用，則形成一個惡性循環鏈條，從而降低了結構中混凝土與鋼筋間的粘結錨固作用，使得結構承載力降低，而導致混凝土耐久性降低。實驗研究表明，碳化隨時間的變化快慢與鋼筋外表面混凝土的厚薄(即保護層厚度)有關，因此，保證結構中鋼筋具有一定厚度的混凝土保護層，是結構耐久性的需要。3)保證結構的耐火性和抗凍性。房屋建筑火災中結構受損的主要原因是結構中的鋼材受到高溫作用而導致強度降低，嚴重時能使結構喪失承載力而倒塌，如“911”事件的世貿中心雙子樓因高溫致使結構喪失承載力而倒塌。因此，結構中鋼筋外包裹一定厚度的混凝土保護層可以延緩鋼筋的升溫過程，以滿足結構構件的防火等級要求;冰凍或凍融也會引起表面混凝土凍脹開裂，嚴重時也會影響混凝土與鋼筋之間的粘結錨固。由于它們都是由表及里的破壞模式，所以增大保護層厚度是有效的防護措施。

2 保護層厚度的確定

1)在混凝土結構設計時，如果我們采用較大的鋼筋保護層厚度，從混凝土結構設計原理我們知道，這樣會造成截面有效高度的變小，可能使得鋼筋混凝土結構承載力降低，嚴重時可能導致結構的傾覆、破壞。然而從鋼筋混凝土的粘結錨固和結構的耐久性方面考慮，則應加大鋼筋混凝土結構中鋼筋保護層厚度，以得到足夠的錨固承載能力和耐久性。因此，在鋼筋混凝土結構設計和施工過程中，應綜合考慮粘結錨固、耐久性、截面有效高度三個因素。在確保粘結錨固和耐久性的條件下，盡可能取較小的保護層厚度，從而達到節約鋼材，降低資源能耗及建筑成本的效果。規范中規定的最小保護層厚度的取值，正是依此考慮的。2)最小保護層厚度取值確定。伴隨國民經濟飛速增長，各項建設事業雖然取得巨大成就，但是也付出了巨大的資源浪費和環境破壞的代價，現如今我們將面臨的是環境污染和資源枯竭的巨大挑戰，如酸雨、土地鹽堿化等。因此，為了促使節能減排，相關部門根據實際情況一方面嚴控、淘汰高能耗鋼材生產企業，推廣高強鋼筋的應用;另一方面在新版本的GB 50010-2010混凝土結構設計規范及11G101-1混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規則和構造詳圖圖集中，重新定義了保護層厚度，適當提高了保護層最小厚度的實際限值，增強結構防火性能及抗凍性能，以提高結構耐久性。

3 GB 50010-2010混凝土結構設計規范中鋼筋保護層最小厚度的基本值

1)給定了保護層厚度最低限度的要求。a.構件中受力鋼筋保護層厚度不應小于鋼筋的公稱直徑d;b.設計使用年限為50年的混凝土結構，最外層鋼筋的保護層厚度應符合表1的規定;設計使用年限為100年的混凝土結構，最外層鋼筋的保護層厚度不應小于表1中數值的1.4倍。

表1 混凝土保護層的最小厚度c mm

2)與GB 50010-2002混凝土結構設計規范比較。a.環境類別的劃分更加詳細，對當前結構構件所處的惡劣環境分類相對于原規范更加詳細，相應的保護層厚度也有所增大;b.根據混凝土碳化反應的差異，按平面構件(板、墻、殼)和桿狀構件(梁、柱、桿)分兩類確定保護層厚度，表中不再考慮強度等級的影響，C30及以上統一取值，C25及以下均增加5 mm;c.從當前混凝土結構實際考慮，不再以縱向受力鋼筋外邊緣，而以最外層鋼筋(包括箍筋、構造筋、分布筋等)的外邊緣計算保護層厚度。因此，修訂后保護層實際厚度比原規范實際厚度有所加大;d.考慮碳化隨時間增加的影響，使用年限為100年的結構，保護層厚度數值取表1中對應數值的1.4倍;e.為保證基礎鋼筋的耐久性，根據經驗基礎底面要求做墊層，基底保護層厚度仍取40 mm。

4 鋼筋保護層厚度的質量控制

混凝土結構鋼筋保護層的質量關系到混凝土結構的內在質量，因此為提升工程質量，加強對鋼筋保護層厚度質量控制，應從以下幾方面考慮:

1)設計人員應在結構圖中列出本結構構件在當前各自環境條件下的鋼筋保護層厚度取值，施工、監理單位亦應認真做好圖紙會審及對各施工班組的技術交底;2)提高相關技術人員專業知識和技術水平，技術人員在實際操作中不能僅憑經驗，應仔細認真查看圖紙及查閱相關資料。施工、監理單位應開展定期培訓，以提高相關技術人員的專業知識和技術水平，提升技術人員的質量意識;3)加強對標準墊塊的管控及使用工作，施工單位應加強對標準墊塊、支撐馬墩使用位置、使用數量的設計控制，避免墊塊的亂用、混用，施工、監理單位都要認真做好鋼筋工程中墊塊的隱蔽驗收;4)施工、監理單位應定時復查模板及支撐墊塊質量和數量，避免出現因模板及支撐質量偏差引起的鋼筋保護層過大或過小現象;5)混凝土澆筑過程應派專人統一指揮，規范操作，避免在已經綁扎驗收的鋼筋網上放置設備及亂踩亂踏。施工單位應做好對成型混凝土的養護及保護工作。

5 結語

混凝土結構中鋼筋保護層厚度質量既關系到結構耐久性能、耐火性能及抗凍性能，又關系到人民群眾的人身安全和切身利益。面對當前社會建設所帶來一系列的環境問題，相信人們在以后的設計和施工過程中定會重視鋼筋保護層厚度的作用。

［1］GB 50010-2010，混凝土結構設計規范［S］.

［2］GB 50204-2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.

［3］GB/T 50476-2008，混凝土結構耐久性設計規范［S］.