探讨钢筋保护层的重要性(定稿)

探讨钢筋保护层的重要性【摘要】钢筋的混凝土保护层关系到结构承载能力、耐久性及防火性能等。通过对与混凝土保护层相关的设计、施工、实体检测、不合格情况的处理等多个方面进行论述，指出：设计者应根据地区环境的差异及工程所处实际环境的要求进行有针对性的保护层厚度设计；施工方应以有效的控制方式、构件整体的保护层控制意识严格施工并兼顾厚度与保护层混凝土本身的质量；对保护层实体检测，应研究并区分一定条件下钢筋间的电磁干扰现象并合理避开一些不利检测位置，以免误判。因此，只有通过综合性控制才能确保混凝土保护层工作的质量，继而加强结构耐久性等性能。【关键词】结构安全和耐久性、钢筋商品混凝土保护层、控制措施保护层在保证钢筋商品混凝土的耐久性能方面具有重要意义。钢筋商品混凝土结构中钢筋保护层厚度,对钢筋商品混凝土结构的承载能力和耐久性有非常大的影响。由于对钢筋商品混凝土结构中钢筋保护层厚度的控制问题认识不清,在施工过程中就导致了钢筋保护层厚度的控制不严。而钢筋保护层厚度是否满足GB500102002商品混凝土结构设计规范要求,将直接影响钢筋商品混凝土结构的使用寿命及其耐久性。 钢筋商品混凝土保护层在保证结构受力性能、结构安全和持久性、结构耐火性能等方面具有重要作用。钢筋商品混凝土保护层质量对钢筋商品混凝土结构的受力性能、耐久性和耐火性能等都具有很大影响，直接关系到建筑物的安全和使用寿命。在施工过程中必须高度重视并加强质量控制。 一、钢筋商品混凝土保护层的功能和作用 1、保证商品混凝土与钢筋共同工作，确保结构力性能 商品混凝土与钢筋共同工作，是保证结构构件承载能力和结构性能的基本条件。商品混凝土是抗压性能较好的脆性材料，钢筋是抗拉性能较好的延性材料。这两种材料各以其抗压、抗拉性能优势相结合，就构成了具有抗压抗弯抗剪抗扭等结构性能的各种结构形式的建筑物或结构物。 商品混凝土与钢筋共同工作的保证条件，是依靠商品混凝土与钢筋之间有足够的握裹力。由粘着力、摩擦力、咬合力这三种力构成的握裹力，直接关系到钢筋商品混凝土结构的性能和承载能力。保证商品混凝土与钢筋之间的握裹力，就要求保护层要有一定的厚度。如果保护层厚度过小，则商品混凝土与钢筋之间不能发挥握裹力的作用。因此规范规定商品混凝土保护层厚度的最小尺寸，不应小于受力钢筋的一个直径。 2、保护钢筋不锈蚀，确保结构安全和耐久性 影响钢筋商品混凝土结构耐久性，造成其结构破坏的因素很多，如氯离子侵蚀、冻融破坏；商品混凝土不密实，裂缝；商品混凝土碳化，碱集反应，在一定环境条件下都能造成钢筋锈蚀引起结构破坏。 钢筋锈蚀后，铁锈体积膨胀，体积一般增加到24倍，致使商品混凝土保护层开裂，潮气或水分渗入，加快和加重钢筋继续锈蚀，使钢筋锈短，导致建筑物破坏。 商品混凝土保护层对防止钢筋锈蚀具有保护作用。这种保护作用在无有害物质侵蚀下才能有效。但是，保护层商品混凝土的碳化，给钢筋锈蚀提供了外部条件。因此，商品混凝土碳化对钢筋锈蚀有很大影响，关系到结构耐久性和安全性。保护钢筋不应受高温（火灾）影响，使结构急剧丧失承载力。保护层具有一定厚度，可以使建筑物的结构在高温条件下或遇有火灾时，保护钢筋不因受到高温影响，使结构急剧丧失承载力而倒塌。因此保护层的厚度与建筑物耐火性有关。 二、商品混凝土保护层质量存在的问题 （1） 施工中商品混凝土超出设计选定的保护层厚度，会使有效厚度H0减小，影响结构承载能力，造成结构裂缝，影响耐久性。 （2） 施工所用垫块不规范，摆放点快的方法随意性很大。 （3） 检验工作跟不上，质量责任不落实。 三、对钢筋商品混凝土结构保护层厚度控制的重要性分析 1、从力学角度分析 钢筋商品混凝土结构构件是由钢筋和商品混凝土组成。从原材料的力学性能而言，钢筋具有较强的抗拉强度；商品混凝土则具有较高的抗压强度，而其抗拉强度却很低。这种组合发挥了它们各自的优势性能，共同承担结构构件所承受的外部荷载。因此，一般我们在考虑钢筋商品混凝土的受力条件时，着重考虑的是商品混凝土的受压应力和钢筋的受拉应力。而钢筋商品混凝土结构构件中钢筋的实际受拉应力是否能与设计计算应力相吻合，主要取决于钢筋在结构中的位置是否正确。这也正是我们要求控制钢筋保护层厚度的主要原因。 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商品混凝土构件的边缘。如挑梁的受力筋应设在构件上部受拉区，如果钢筋保护层厚度过大，轻则由于钢筋不能有效发挥其应有的抗拉作用，而使商品混凝土受拉应力超标产生裂缝，重则由于悬挑结构上部钢筋所受拉力的力矩高度（h0）变小，而使钢筋受拉应力超标发生结构断裂，会出现商品混凝土裂缝、刚度下降，甚至倒塌。此类事故在建设史上并不少见。比如，大面积的现浇板，下排钢筋如果垫得过高，保护层过大，在外加荷载作用下，商品混凝土下部受拉应力超标，也会产生板底裂缝。钢筋保护层也不能过小，我们知道钢筋的主要成分是铁，铁在常温下就很容易氧化，在潮湿的环境中容易锈蚀。钢筋被包裹在商品混凝土构件中形成钝化保护膜，不与外界接触相对还比较安全。但如果钢筋保护层厚度过小，也就是钢筋过分靠近受拉区一侧，一方面容易造成钢筋露筋或钢筋受力时表面商品混凝土剥落，另一方面随着时间的推移，表面的商品混凝土将逐渐碳化，用不了多久，钢筋外商品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，钢筋与商品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。 2、从钢筋与商品混凝土的粘结力分析 钢筋与商品混凝土之所以能共同工作，是因商品混凝土硬化并达到一定强度后，两者之间建立了足够的粘结强度，这种相互作用力称为握裹力。钢筋在商品混凝土中的保护层必须具有一定的厚度，才能保证商品混凝土与钢筋之间的握裹力。如果钢筋保护层厚度过小，钢筋过分靠近结构构件的边缘，容易造成钢筋露筋或钢筋受力时表面商品混凝土剥落，直接导致握裹力的减小。另外，钢筋保护层过小，表层商品混凝土将随着时间的推移而逐渐碳化，边缘钢筋失去保护作用而导致钢筋锈蚀，钢筋与商品混凝土之间也会失去粘结力，从而使构件的承载力降低，严重时还会导致整个结构体系的破坏。因为钢筋与商品混凝土之间存在足够的粘结力，在结构计算时，钢筋商品混凝土构件是作为一个整体来承受外力的；又由于商品混凝土的抗拉强度很低，为简化计算，一般商品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商品混凝土构件的边缘。如挑梁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，轻则降低了梁的承载能力，重则会发生重大事故。 3、从构件的耐久性分析 保护层的作用除上所述之外，顾名思义还起着保护钢筋不被锈蚀的作用，以确保钢筋商品混凝土结构的耐久性。影响钢筋商品混凝土结构耐久性的因素很多，除了特殊的外界因素以外，在一般使用条件下，主要考虑大气的侵蚀而使钢筋氧化生锈。而商品混凝土不密实、裂缝、钢筋保护层偏小，再加上商品混凝土碳化以及钢筋的电化学反应等因素就会因此加速这种侵蚀过程。钢筋氧化锈蚀又会导致体积膨胀，致使商品混凝土保护层开裂造成恶性循环，更加加快钢筋锈蚀进程，从而大大缩短建筑物的使用寿命。因此，保证保护层厚度在设计及规范规定范围之内，就能最大程度的保护钢筋免受锈蚀，延缓商品混凝土碳化深度到达钢筋表面的时间，确保结构的使用年限。 对一些特殊环境下的建筑物，如处于腐蚀气体环境下的建筑结构，设计上对商品混凝土结构的钢筋保护层还要作一些专门的规定，以确保建筑结构的耐久性。 4、从商品混凝土的防火要求分析 保护层对商品混凝土内部的钢筋还具有一定的防火功能。 当建筑结构发生火灾时，环境温度急剧升高，钢筋与商品混凝土的热膨胀系数是不同的。当钢筋的膨胀值逐渐大于商品混凝土的膨胀值时，就会损伤和破坏商品混凝土与钢筋之间的握裹力；此外，当钢筋温度上升到 700时，钢筋屈服强度大幅度降低，就会失去与商品混凝土共同工作的条件，而导致结构破坏。然而，商品混凝土是不良导热体，它能保护钢筋不会立即受到高温影响，从而延缓结构丧失承载能力的时间，为消防救援赢得时间。对一些特殊建筑或构筑物为提高其耐火等级，设计上还对有些结构构件增加商品混凝土保护层厚度的具体要求。 四、对钢筋商品混凝土保护层的施工质量控制措施 1、认真做好图纸会审，技术交底，特别是施工单位对施工班组的交底。设计人员通常在施工图纸说明中列出了钢筋保护层大小，但在施工前，施工人员应熟悉施工图纸，根据不同的工程部位、不同的环境有关系，正确的选择钢筋保护层的大小。在有的设计图纸中，对保护层的厚度会根据情况有不同的要求。比如现浇板和梁的保护层厚度，当商品混凝土强度不同时，其要求的厚度是不一样的。而基础的迎水面保护层厚度通常为 5cm，有时甚至要求达到10cm，这都要根据图纸的要求来绑扎钢筋。熟悉施工图纸后，商品混凝土工程在每工序施工前，对操作者的技术交底中必须明确各个部位的钢筋保护层厚度，要让操作者知道纵向受力钢筋的保护层厚度的允许偏差，对梁类构件为+10mm、-7mm；板类构件为+8mm、-5mm；不合格点的最大偏差不应大于允许偏差的1.5倍。以及要求主筋保护层用专用垫块，合理的商品混凝土浇注方案，禁止操作人员任意踩踏钢筋等。但我们在实际工作中，经常发现钢筋操作工不看结构图纸总说明而仅凭经验操作。不使用相应的标准垫块，有时为图省事乱用垫块或少用垫块而导致保护层偏差。这些现象都与施工单位不重视技术交底、施工管理不严有关。这些都是人为因素，应该可以完全杜绝的。 2、注重钢筋的翻样工作。施工单位的翻样人员应熟悉图纸及规范的要求。翻样时箍筋的翻样尺寸要正确。对一些钢筋密集，复杂的梁、柱交接处，主梁与次梁的交接处必须放实样，合理安排各方向的主筋与副筋位置。同时确保钢筋在制作时的尺寸正确，给施工现场钢筋安装、绑扎节点创造条件。避免由于交接点处钢筋密集无法安装而造成钢筋挤占保护层位置，从而发生露筋的情况。 3、模板制作的尺寸偏差也会导致保护层的超标，所以还要注意模板工程的制作和安装。制作要规范、尺寸要精确，特别是缩模现象很容易导致钢筋保护层偏小甚至发生露筋现象。 4、重视钢筋的绑扎成型工序。绑扎时要按图纸、规范操作。保证钢筋骨架各部分尺寸及精度，确保主筋位置的安放准确，是避免出现钢筋保护层偏差的前提。 对一些复杂的梁板结构，以及纵横交错的梁柱交接点应在认真交底的基础上，合理安插主、次梁结构主钢筋的位置，并注意施工顺序，避免出现钢筋挤占保护层的情况。 5、安放、绑扎固定钢筋保护层垫块应作为钢筋工程施工中的一个重要环节。苏州地区几年前就已经推广使用塑料垫块或卡撑式定位件等作为确保钢筋保护层的措施，现在在建筑工程上应用已比较广泛，但在我们的工作中还发现不少施工单位不重视这个问题。一个是垫块设置的数量不够，导致钢筋下沉或垫块被压碎、变形的情况屡有发生。我们一般要求是间距0.81m应设置一只垫块，如果钢筋直径较小，则还应适当加密垫块的间距。再一个比较普遍的问题就是垫块的混用、乱用，梁、板商品混凝土的钢筋保护层，即使是相同标号的，其保护层要求也不相同，但在施工现场，有的工人将梁的垫块用作板筋的垫块，而将板筋的垫块用作梁的垫块。在我们一般检测中常发现的问题就是楼板负弯矩钢筋或双层双向钢筋的上排筋保护层偏大，以及悬挑梁上部负弯矩钢筋保护层偏大等问题，应作为钢筋绑扎成型中关注的重点。钢筋工程属于隐蔽工程，是商品混凝土结构工程施工质量监控的重点。施工单位和监理单位都要认真做好钢筋工程的隐蔽验收。 6、在商品混凝土浇捣过程中提倡文明施工，注意成品保护。有一些施工单位往往在浇捣商品混凝土时，无人统一指挥与监督。已绑扎成型并经验收的钢筋网上施工人员毫无禁忌地乱踩乱踏，甚至将设备器具压在上面，造成支撑马墩和垫块