混凝土保护层的作用与控制

王彬彬

摘要:本文通过钢筋与混凝土两种材料共同受力原理的分析,简要介绍了混凝土保护层在钢筋混凝土结构中的作用,也提出了几项控制混凝土保护层的技术措施。

Abstract: The thesis analyzes the common force principles of steel and concrete, and the function of the concrete cover in the reinforced concrete construction is introduced. Some technological measures are also given to control the concrete cover.

关键词:混凝土保护层;作用;控制

Key words: concrete cover; function; control

中图分类号:TU528 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0232-01

0引言

目前,国内外的建筑,无论是工业建筑还是民用建筑大多采用钢筋混凝土结构,因为钢筋是被包裹在混凝土内与混凝土共同受力,协调工作的,所以就会涉及钢筋的混凝土保护层问题。

1钢筋混凝土构件的受力分析

钢筋和混凝土是两种力学性能迥然不同的材料,为什么能够组合成钢筋混凝土构件共同受力呢?从材料的物理力学性能来讲,钢筋具有较强的抗拉、抗压强度,而混凝土具有较强的抗压强度,抗拉强度却很低,但是它们的弹性模量比较接近,热膨胀系数基本相同,还有混凝土硬化后,钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力,这样既发挥了各自的受力性能,又能很好的协调工作,可以共同来承担结构构件所承受的外部荷载。

由于钢筋与混凝土两种材料之间具有良好的粘结力,,所以我们在结构计算中是把钢筋混凝土构件作为一个整体来研究的。因为混凝土的抗拉强度很低,为简化计算只考虑混凝土的抗压强度,而拉力完全由钢筋来承担。对于受力构件截面设计来讲,受拉钢筋离混凝土受压区越远,其单位面积的钢筋所能承受的弯矩就越大,钢筋发挥的效率也就越高,所以无论是梁还是板,受拉钢筋总是应尽量靠近受拉区混凝土边缘。雨篷、悬挑梁等构件受力钢筋布置在上部受拉区;普通梁、板等构件布置在下部受拉区。但是纵向受力钢筋也不是越靠边越好,从构件的耐久性方面考虑,钢筋外表面到截面边缘要有一定的垂直距离,称为混凝土保护层厚度。

2混凝土保护层的作用

(1)保护纵向钢筋不被锈蚀,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。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。

(2)在火灾等情况下,使钢筋的温度上升缓慢,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。

(3)使纵向钢筋与混凝土有较好的粘结。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,二是摩擦力,三是机械咬合力。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。

3混凝土保护层厚度的控制方法

在混凝土结构施工中,为了保证混凝土保护层厚度的施工质量,一般可以采取下列方法来加以控制:一是认真做好施工前的各项准备工作;二是抓好施工过程中的要素控制;三是及时做好施工后的检测验收工作。

(1)认真做好施工前的各项准备工作。在施工前做好技术交底工作是十分关键的。因为混凝土结构的各个构件,保护层的厚度并非千篇一律,应该根据结构中各种构件的类型及其环境条件确定其环境类别;再根据其环境类别、混凝土强度等级确定混凝土保护层的厚度。(2)抓好施工过程中的要素控制。在施工过程中,往往是钢筋绑扎时位置都很正确,一到混凝土浇捣时情况就变了样,不是人踩踏,就是机具压放,由此造成钢筋弯曲变形,保护层的厚度也就得不到保证。所以在施工过程中,重点是做到按规范操作,特别是在混凝土现浇板浇捣过程中,尤其需要重视;要认真执行“三检”制度,加强过程控制,经常检查,发现问题及时解决。(3)做好施工后的检测验收工作。施工结束后,应根据GB 50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定,对涉及结构安全的重要部位进行实体检验。混凝土保护层厚度检验的结构部位,应由监理(建设)、施工等各方根据结构构件的重要性共同审定。钢筋保护层厚度的检验方法有局部破损检测和非破损检测两种。目前在结构实体检验中,可采用两者相结合的方法,用非破损检测方法检验,并用局部破损检测方法进行校核,这样可以较好地保证检测工作的抽样率和测试精度。

4结语

混凝土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,所产生的危害却是不容忽视的。加强对钢筋保护层厚度的质量控制需要设计与施工两方面的相互合作,但是在具体工程项目实施中往往会出现两难问题。例如,在结构设计中,有些局部钢筋及楼板中线管累计厚度超过板厚,梁柱节点处主次梁钢筋直径较大,纵横向钢筋相互交叉,造成钢筋保护层厚度超差;板的负弯矩筋多采用直径细、刚度小的l级钢筋,施工时容易被踩弯。在施工时,根据GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定,混凝土实心板粗骨料粒经的最大粒经不宜超过板厚的1/3,且不得超过40mm,但在实际施工中,自拌混凝土的粗骨料粒经大多为20-40mm,如果严格控制板面负弯矩区钢筋保护层厚度以15mm为基准,则意味着负筋上部的混凝土以浮浆为主,级配变差,很难保证保护层的有效作用。上述诸多问题,是我们在日常工作中经常遇到的,希望与广大同行共同探讨,找出最好的解决方案。

参考文献:

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]GB 50204-2002,混凝土结构工程质量验收规范[S].