浅谈混凝土保护层对裂缝的影响

谭亚东

摘 要：近年来钢筋混凝土结构在房屋建设、市政等工程中广泛应用，其中混凝土保护层起着保护钢筋不被腐蚀等作用，直接影响到结构的耐久性与安全性。本文阐述了混凝土保护层的作用机理和开裂原因，并通过公式来进行分析保护层最大裂缝宽度的影响因素，也对钢筋混凝土结构保护层在施工中的质量控制进行了探讨。

关键词：混凝土保护层、裂缝宽度、厚度

1.引言

由于钢筋混凝土结构既具备混凝土材料的高抗压强度，也具备钢筋的高抗拉强度的优点，能够满足大多数结构的承载性能，所以我们通常使用这种结构作为大多数建筑物和构筑物的基本结构类型。不过随着时间的推移，部分钢筋混凝土结构仍会出现开裂、剥落等影响结构耐久性的问题。其中混凝土保护层设置不合理就是影响裂缝产生的主要原因之一。

5.12大地震之后，新版本的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）对钢筋混凝土保护层重新进行定义，旧版本规范中保护层厚度是指最外侧受力纵筋外边缘与对应混凝土表面之间的长度，而新版本规范则是指最外侧钢筋边缘与其对应的混凝土表面之间的长度。通常我们所说的最外侧钢筋一般为箍筋，所以新标准颁布后增加了保护层的厚度，因为相对于旧版本规范中所规定的增加了箍筋的直径。

2.混凝土保护层的作用

（1）保护层充分发挥了混凝土与钢筋各自物理性能，确保结构受力性能。钢筋和混凝土作为不同材质需要其共同作用，因其相互作用产生了良好的粘结力，在结构受到拉伸和压缩过程中，钢筋与混凝土同时受力，使混凝土的抗压性和钢筋的抗拉性有机结合，协调作用。

（2）保护层能够提高结构安全耐久性，使钢筋免受腐蚀，由于钢筋稳定性差，容易在露天环境下被氧化，尤其遇到腐蚀性条件更会加快其氧化速度，钢筋锈蚀会体积膨胀，造成保护层开裂甚至脱落。所以保护层能够隔绝空气，有效减少湿气对钢筋的氧化作用，提升其抗腐蚀性能，避免钢筋因受到过度腐蚀而对结构的承载能力产生不良影响，从而引发工程事故。

（3）保护层能够有效提升结构耐火性，虽然钢筋以及混凝土都不是燃烧体，但也要避免与火源的直接接触，因为钢筋熔点值并不高，如果受到高温辐射，钢筋的各项物理性能会急速下降，使结构发生破坏，此时混凝土保护层能够起到延缓破坏的作用，能够多争取一些时间用于疏散人员和物资。

3.保护层裂缝产生的原因

混凝土保护层产生裂缝会在结构构件的使用阶段对耐久性和承载性能产生影响，探究保护层裂缝产生的原因可以在实际工程中控制和减少裂缝提供一定的帮助。总起来说，可以从保护层材料本身、设计施工和其它外在因素等方面进行分析。

（1）混凝土保护层主要是水泥、砂子、石子和水的集合体，骨料级配不好、水的配比太高时都容易造成混凝土收缩量大，产生裂缝。水泥的等级越高，脆性越大，也容易产生裂缝。此外，不正确使用外加剂还也容易使保护层产生出裂缝。

（2）在结构的设计阶段，很可能由于钢筋数量布置太多或钢筋位置布置不合理等原因造成混凝土保护层厚度没有满足规范要求，同时在实际施工操作中造成保护层厚度太薄，钢筋甚至外露，造成钢筋腐蚀，都会对裂缝的产生造成影响，因此不管是在设计中还是在施工中，都应该对混凝土保护层加以重视。

（3）在钢筋混凝土结构的整个使用阶段，也会由于作用荷载的突然增大，周围环境中腐蚀性物质的大量存在，室内外温度变化所产生的热胀冷缩效应以及在地震过程中都会产生不同类型的裂缝。因此充分考虑各类外在环境对结构的影响，选择合理的保护层厚度，以达到控制裂缝的目的，提高结构构件的耐久性。

4.保护层最大裂缝宽度

通常预钢筋混凝土结构的保护层在受弯、受拉的情况下均会产生一定的裂隙，结构规范里将不同类型结构在不同环境下，以及不同的裂缝控制等级下的最大裂缝宽度的限制也进行了说明，如果裂缝控制等级越高，外部环境越差，它的最大裂缝宽度的限值就越小，就需要采取相应的措施来控制裂缝的产生。

为了定量的分析荷载作用下结构构件产生的裂縫宽度，《混凝土结构设计规范》第7.1.2条中也对保护层在荷载作用下能产生的最大裂缝宽度给出了相应的公式：

其中， cs- 最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区最外侧的距离

deq-受拉区纵向钢筋的等效直径

通过上面的公式得出，cs就是箍筋直径与保护层厚度之和，如果保护层厚度越大，那么相应的最大裂隙也越大；而受拉区纵向钢筋的等效直径越小，产生的最大裂缝则会较小。所以说在不考虑其他外部因影响的情况下，以及满足不同裂缝控制等级大前提下，控制和减少最大裂缝宽度行之有效的办法就是增加纵向钢筋数量，减小纵向钢筋的直径，并且在满足最小保护层厚度的条件下减小其厚度。

5.保护层在施工过程中采取的质量控制措施

（1）仔细做好图纸会审以及技术交底工作。

工程开工前，应根据图纸、规范中对保护层在不同部位、不同条件下的特殊要求，来确定正确的钢筋混凝土保护层的厚度，并选择合适的垫块。为确保工程质量，施工作业前需要对相关班组具体操作工人进行详尽的技术交底。

（2）合理安排各工种的施工顺序。

首先要做好钢筋骨架质量控制，要严格按照设计文件和规范要求加工制作钢筋，确保钢筋骨架结构稳定，焊接及绑扎符合要求，要对骨架定位及尺寸详细检查，确保无误，同时要合理安排施工顺序，以防保护层被钢筋挤占，还要固定得当，避免浇筑时造成移位。

此外还要加强模板制作及安装的质量控制，同样需要遵守规范，确保模板平整度、强度及刚度等条件符合规范要求，防止构件成型后对局部保护层产生误差，同时要将模板准确定位，固定牢靠，防止因尺寸偏差造成保护层超标。

（3）钢筋保护层垫块的分布与合理固定。

首先应该根据施工实际情况合理放置垫块，以防因垫块数量不足，造成钢筋下沉或垫块被压碎、变形，可根据具体情况适当减小垫块的间距。此外要避免垫块的不合理使用，垫块应合理、准确地固定在受力钢筋上，而不是非受力筋上，自重大的部位可适当增加垫块，且要牢固固定，以防在混凝土浇筑过程中发生错位和滑落。

（4）浇筑混凝土过程中采取有效措施。

在进行混凝土的浇筑时要注意文明施工，同时做好成品保护相关工作。施工单位应加强施工现场管理，例如在准备混凝土浇筑前时，安排专人监督管理，防止工人在已绑扎成型的钢筋网上随意走动，提醒工人尽量踩马墩支撑点通行，以防支撑马墩和垫块被压扁或踩倒，此外如果因踩踏造成钢筋弯曲变型或位移，需要尽快安排钢筋工进行修整复位，确保钢筋混凝土保护层厚度符合相关要求。

6.结论

钢筋混凝土保护层对结构工程非常重要，是一个容易被忽视的问题，既要加强设计过程中的质量控制，也要加强对施工作业人员的教育管理。本文阐述了混凝土保护层的作用，以及裂缝是如何产生的，并通过分析施工质量控制措施和最大裂隙宽度控制因素，充分认识到混凝土保护层对结构工程的重要性，合理的保护层厚度可以减小裂缝，确保结构正常使用，对钢筋混凝土结构工程提供一些参考。

参考文献：

[1] 混凝土结构设计规范（GB50010-2002），北京，中国建筑工业出版社

[2] 浅谈钢筋混凝土保护层厚度控制，蔡云，《中国科技信息 》