浅谈混凝土保护层的质量控制(DOC 76页)

内容摘要
1 严格混凝土保护层控制的重要性
混凝土结构中受力钢筋的位置准确与否，直接关系到混凝土结构的承载力，直接关到混凝土结构的耐久性。而受力钢筋的混凝土保护层厚度符合国家规范，则是准确控制钢筋设计位置所必须达到的最起码的要求。混凝土保护层严格控制除了可以保护钢筋不生锈外，还可以确保钢筋混凝土结构的受力性能、耐久性能和防火性能等。
1.1 确保混凝土结构受力性能
钢筋与混凝土之所以能共同工作，是因混凝土硬化并达到一定强度后，两者之间建立了足够的黏结强度，这种相互作用力称为握裹力。握裹力由 3 种力组成：一是黏结力，是混凝土颗粒的化学作用产生与钢筋之间的胶合力。二是摩擦力，是混凝土由浇注时的流动状态，凝固硬化在强度增长的过程中，混凝土收缩而紧握钢筋的表面，当结构处于受力状态时，混凝土与钢筋表面产生摩擦力。三是机械咬合力，是钢筋表面凹凸不平与混凝土接触面产生的一种咬合力。其中，以机械咬合力作用最大，约占总黏结力的 50%，采用螺纹钢筋或其他变形钢筋能增加咬合力，提高握裹力。正是由于握裹力的存在，为混凝土结构的各种性能和承载力的发挥奠定了坚实的基础。保护层必须具有一定的厚度，才能保证混凝土与钢筋之间的握裹力。用螺纹钢筋与混凝土作握裹力实验表明，钢筋拉拔时其周围混凝土产生拉应力形成拉力影响圈，拉力影响圈内部混凝土裂缝涉及范围大约为钢筋直径的两倍，以此作为主要依据推定混凝土保护层厚度应不小于受力钢筋直径。
1.2 保护钢筋不锈蚀，确保混凝土结构的耐久性和安全性
影响混凝土结构耐久性的因素很多，如化学物质、氯离子侵蚀，冻融破坏，混凝土不密实、裂缝，混凝土碳化，碱一集料反映等。在一定的环境条件下都能造成钢筋锈蚀使结构破坏。钢筋锈蚀后铁锈体积会膨胀 2~4 倍，致使混凝土保护层开裂，受到潮气或水分渗入，加快钢筋锈蚀，使钢筋直径由减小到锈断，导致房屋建筑破坏，直至倒塌。
混凝土保护层保护钢筋防止锈蚀作用是在内外条件无有害物质侵蚀下才有效，但混凝土结构表面的碳化对钢筋锈蚀影响很大，关系到混凝土结构的耐久性和安全性。本来混凝土用水泥的水化物碱性很高，在高碱环境使钢筋表面生成一层致密的钝化膜，从而防止锈蚀。但由于混凝土与大气中有害介质相互作用，产生酸碱中和化学反应，引起混凝土碳化（中性化），结果使混凝土中碱性逐渐减弱，PH 值降低会加快混凝土的碳化速度和深度，使钢筋表面钝化膜过早遭到破坏而锈蚀，混凝土保护层失去保护钢筋不锈蚀的作用。
保证保护层厚度，就相应地延缓了混凝土碳化深度到达钢筋表面的时间，推迟钢筋锈蚀。如果保护层过小就等于加快了混凝土碳化到钢筋表面的时间，使钢筋早锈蚀，缩短建筑物使用寿命。已有的实验资料（见表 1）说明，矿碴水泥混凝土的碳化速度比普通硅酸盐水泥的快，混凝土强度等级低比强度等级高的碳化快。采用普通硅酸盐水泥或较高的混凝土强度等级，能有效延缓混凝土碳化。梁钢筋的混凝土保护层要求是 25mm，如果施工失控减少了 10mm，就相当于使钢筋提前 10 年或 20 年锈蚀，相应地缩短了工程使用寿命。如果钢筋没有混凝土保护层，钢筋将会很快锈蚀，其后果不堪设想。有不少工程受力钢筋外露生锈严重，加固处理费工费时增加成本，使混凝土结构耐久性降低。
1.3 保护层有防火功能，防止结构急剧丧失承载力
混凝土结构在高温条件下或碰上火灾，因保护层有一定厚度，能保护钢筋不因受到高温影响使结构急剧丧失承载能力而倒塌，混凝土一般可耐高温 700℃。当发生火灾时环境温度急剧升高，钢筋的膨胀值加快、加大，逐渐大于混凝土的膨胀值，就会损伤和破坏混凝土与钢筋之间的握裹力；当钢筋温度从400℃上升到 700℃时，钢筋从屈服强度大幅度降低到钢筋晶格的核心突然膨胀，会影响或失去混凝土与钢筋共同工作的条件，导致结构破坏，直至建筑物倒塌。
钢筋在混凝土保护层的包裹之内，可以缓解温度急剧上升，保护层使建筑物有一定的耐火作用。近年来为提高结构耐火等级，对有些结构构件增加了混凝土保护层厚度的具体要求。
2 控制混凝土保护层厚度应满足新国家标准的强制性要求
根据科学实验成果，新国家标准 GB50010—2002《混凝土结构设计规范》在强制性条文中明确规定：纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层最小厚度（钢筋外边缘至混凝土表面距离）不应小于钢筋的公称直径，且应符合表 2 的规定。

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