试论钢筋混凝土保护层的重要性及控制.doc

目 录 目 录1 摘要1 ABSTRACT2 1.钢筋混凝土发展现状及工作机理3 1.1 国外混凝土工程的发展概况3 1.2 我国商品混凝土的发展概况3 1.3 物质是基础4 1.3.1 混凝土.4 1.3.2 配筋及增强材料.5 2.钢筋混凝土保护层的作用与要求.8 2.1 混凝土保护层的作用8 2.2 规范对混凝土保护层的要求9 3.钢筋混凝土保护层厚度偏厚或偏薄对构件的影响.11 3.1 混凝土保护层厚度偏厚的影响11 3.2 混凝土保护层厚度偏薄的影响12 4.钢筋混凝土施工方法及混凝土保护层施工质量控制研究.15 4.1 保护层质量偏差可能的原因15 4.1.1 规范方面的原因.15 4.1.2 设计方面的原因.15 4.1.3 施工方面的原因.15 4.1.4 有关建筑结构参考资料方面的原因.16 4.2 施工控制保护层质量16 4.2.1 混凝土质量的控制.16 4.2.2 施工操作上控制保护层质量.19 5.钢筋混凝土保护层施工实践与应用.21 5.1 某实际工程保护层厚度检测状况及补救措施21 5.2 控制保护层厚度一些措施建议23 5.3 施工技术难点25 6.总结与展望.28 参考文献29 致 谢30 附录 英文翻译31 附录 英文原文.38 试论钢筋混凝土保护层的重要性及控制试论钢筋混凝土保护层的重要性及控制 摘要摘要 混凝土保护层有着极为重要的地位，可以说在一般环境下解决钢筋锈蚀问题就是控制混 凝土保护层质量问题也就是解决了钢筋混凝土结构耐久性问题。所以规范上明确规定了钢筋保护层 在相应混凝土等级和对应环境下钢筋保护层的最小值。然而保护层偏厚也并非好事，本文分别阐述 了钢筋的混凝土保护层偏厚和偏薄对构件的影响，得出了要采用适当的保护层厚度的重要性。在此 基础上分析了钢筋保护层厚度施工质量不高的原因，这是可能由多方面原因造成的，主要原因归结 为施工方的责任。总结了施工上控制保护层厚度的技术难点及心态上不重视会给施工质量带来的影 响，并结合质检站检测保护层厚度实例反应我国现在混凝土保护层施工质量存在一些问题，并提出 一些相应的控制及补救措施。 关键词关键词 钢筋混凝土保护层；偏薄；偏厚；锈蚀；质量控制；耐久性；承载力；垫块 commenting on armoured concrete protective layer significance and control （School of Naval Architecture and Civil Engineering, Zhejiang Ocean University, Zhoushan, Zhejiang 316004） AbstractAbstract The concrete protective layer plays a significant role,we can say that the problem resolving a reinforced bar under general environment rusting a problem being the mass controlling the concrete protective layer also be just the problem having resolved reinforced concrete structure durability. Therefore on the norm make minimum value issuing the reinforced bar protective layer in corresponding concrete grade and corresponding environment having stipulated the reinforced bar protective layer clear. But the protective layer insists to favor also not meddlesome, The concrete protective layer having set forth a reinforced bar respectively insists to favor with the effect insisting to despise pair of components the main body of a book, have reached the significance needing to adopt appropriate protective layer thickness. Have analyzed no high cause of reinforced bar protective layer thickness construction mass on the basis here, this is that many-sided possible reason cause brings about , main cause is summed up as the square responsibility being under construction. The technology having summed up construction upper under the control of protective layer thickness does not take effect that can give construction mass to bring about seriously on difficult point and psychology, inspects up corresponding controlling and remedial measure there existing some problems in station detecting protective layer thickness example reaction our country concrete now protective layer construction mass, and bringing forward some combining with and quality. Key Words Armoured concrete protective layer；Insist to despise；Insist to favor；Get rusty；Mass under the control of；Durability；Bear the weight of a force；Heel block. 1.1.钢筋混凝土发展现状及工作机理钢筋混凝土发展现状及工作机理 1.11.1 国外混凝土工程的发展概况国外混凝土工程的发展概况 自从 18 世纪初期水泥的问世，即诞生了水泥混凝土，它随着科学技术的发展和材料科学 的进步，以及伴随着建设工程的需要而经历了四个阶段，由低强度混凝土逐步发展到高性能混 凝土，第一阶段为钢筋混凝土，它的强度低、流动度大。自 18 世纪 50 年代开始，经历了 78 年。第二阶段是 1928 年的预应力钢筋混凝土的出现由于预应力对混凝土结构产生预压应力， 应而对混凝土强度要求高，所采用的水灰比要低，使混凝土向干硬性和半干硬性方向弯化。第 三阶段是外加剂的出现，它标志混凝土技术的新飞跃和革命，混凝土的组份由四种发展到五种。 自 1962 年开始，目本、德国、苏联等研制成功商效减水剂，减水率可达到 20%，水灰比可降 至 0.25-0.30，可节约水泥或改变混凝土工作性能，于是混凝土向塑性或滚动性方向发展，使 高强度混凝土应用于建设工程。第四阶段是聚合物混凝土是使用有机或无机复合胶结材和高分 子有机胶结材的新阶段。 1.21.2 我国商品混凝土的发展概况我国商品混凝土的发展概况 1903 年德国有了第一家商品混凝土工厂，二次世界大战后受到各国的重视，得到迅速的 发展，80 年代初发展到了最高峰，在发达国家预拌混凝土的供应量，已达到全部混凝土量的 6080%，我国的商品混凝土施工技术是 80 年代初在常州、上海开始，发展速度较快的是北京 和东南沿海城市，各地政府及建设行政主管部门采取了一系列扶植政策和措施，使城市的预拌 混凝土产量每年以 15%的幅度递增。1994 后建设部的建筑重点推广应用 10 项新技术中把 推广预拌混凝土和散装水泥应用技术列为重点推广项目，1996 年又专门发布了加快预拌混 凝土发展的几点意见 。杭州是全国三个重点发展商品混凝土城市之一。 随着近年来随着科学技术的迅猛发展,工程中大量灵活应用了一些新型材料,但钢筋混凝土这种 复合材料作为建筑行业的基础性材料,在工程上还是一直被大量应用，现代建筑已离不开钢筋混凝 土构件，上至几百米的摩天大楼下至普通工民建、单层工业厂房，如若离开了钢筋混凝土,很难想 象会是怎样一番景象。混凝土作为现代工程结构的主材料之一，我国每年混凝土用量约为 10 亿立 方米，钢筋用量也有约 2500 万吨，在规模和耗资上均居世界前列。不难预见，钢筋混凝土将作为 我国乃至世界今后相当长时期内一种无可替代的结构工程材料。 1.31.3 物质是基础物质是基础 钢筋和混凝土本是两种风马牛不相及的材料。钢筋比重比较大，既能承受张力；又能承受压力， 而混凝土比重较小，而且只能承受压力，却不能承受张力。若是全用钢铁造大楼，不但造价昂贵、 保暖性能差，而且大地也承受不住如此巨大的压力；如若全用混凝土材料盖大楼，虽然价格便宜， 但不坚固，安全性低。但是如若在混凝土中加进钢筋组合成钢筋混凝土结构，大楼不但造价相对便 宜，而且安全耐久性高保温性能也较好。此复合材料正是把两材料的优点都利用起来。正是因为优 点的组合缺点的弥补让钢筋混凝土在建筑界有着不可逾越的地位。 随着人口发展需要，现在的楼越造越高，世界第一高楼的记录不断被刷新；也随着科技的发展 污染的严重，地质灾害越来越频繁，建筑的坚固性要求，对抗风、抗地震能力的要求也愈来愈高， 普通的钢筋混凝土越来越不能适应形势的要求了。于是工程研发人员就不断创新根据实际工程需要 研究出一系列新型的钢筋和混凝土。1 1.3.11.3.1 混凝土混凝土 作为钢筋混凝土主要材料之一的混凝土的发展方向是轻质、高强、耐久（抗冻融、抗磨损、抗 渗） 、抗灾（风、火、地震） 、抗爆等。 现在国内国外不断在研发新的混凝土以适应这个已经比较承载力降低、地质灾害频发的地球环 境。 (1) 高性能混凝土（HPC） 高性能混凝土是现在国际上发展混凝土材料发展的一个很重要的方向。强度大于 C50 的就属于 高强度混凝土，它的高性能主要体现在高耐久性、高强度、流动性高等多方面。研发高强度混凝土 正是为了适应这个越来越拥挤的地球，建筑物平均高度不断升高，提高混凝土的强度是发展高耸结 构、高层建筑物和大跨度结构的重要举措。 (2) 活性微粉混凝土（RPC） 活性微粉混凝土是一种超高强的混凝土，强度可以高达 C200C800，抗拉强度和断裂能都很大， 而且密度很大，尽可能的压缩混凝土，提高了混凝土的均匀性，最大程度地发挥了强度。 (3) 轻质混凝土 轻质材料就是利用一些轻质材料或也可以利用一些工业废渣制备轻质混凝土，这样既可以变废 为宝，也可以降低混凝土的重量，一举两得。 (4)自密实混凝土（self-compacting concrete） 自密实混凝土顾名思义就是不用任何机械来振捣只是依靠自身重力使混凝土达到密实状态。这 种混凝土可以防止离析。它的优点是现场劳动量可以减少，施工速度可以大大变快；施工时间可以 随意安排，无振动噪音即使夜间施工也不要经；该材料还无毒，不会对工人的健康造成困扰。 (5) 纤维增强混凝土 在混凝土中加入一些纤维可以改善混凝土延性差、抗拉性能差等缺点。目前研究的一些纤维混 凝土有碳纤维、耐碱玻璃纤维、钢纤维等混凝土。 (6) 智能混凝土（smart concrete） 用掺量为百分之 25 的预湿轻骨料来代替骨料，然后在混凝土内部就形成一个蓄水器。这种方 法使混凝土可以得到持续的潮湿养护。这种加入预湿骨料使之变成了智能混凝土，可以使混凝土的 收缩大大降低，有效地减少了微细裂缝。 (7) 预填骨料升浆混凝土 这也是这种大胆的尝试，在预填的骨料层中布置了压浆孔从中注入砂浆，从而形成了所谓的预 填骨料升降混凝土。这种工艺缩短了工期，经济效益上也有不错的反应。 (8) 碾压混凝土 碾压混凝土是近几年发张比较快的一批混凝土之一，主要用于大体积混凝土和路桥方面的施工 现场。这种混凝土性能还在不断研发之中，还会有一些更大的突破。 (9) 再生骨料混凝土 现在建筑大厦变化日新月异，不断有高楼拆了又造，基准期到了的一些建筑物必定要重新盖。 拆楼之后会留下很多废弃的混凝土，这些混凝土里面的粗骨料如果能循环利用，不仅能节约资源还 能改善环境。现在一些研发人员正朝着这一发展方向去研究。 钢筋是主要的受力材料，钢筋的重要性不言而喻。研发新型的配筋及增强材料不仅能该改善钢 筋的受力性能、提高承载力还能减轻自重。 1.3.21.3.2 配筋及增强材料配筋及增强材料 (1) 纤维筋 钢筋混凝土结构中的配筋材料，主要指的是最近在国际上研究较多的预应力混凝土结构的非金 属配筋树脂及粘结的纤维筋作馄凝土，常用的纤维筋有树脂粘结的碳纤维筋、玻璃纤维筋及芳纶纤 维筋国外研究指出，这几种纤维筋的强度都很高，只是玻璃纤维筋的抗碱化性能较差。纤维筋的突 出优点是高强度、抗腐蚀，此外，还具有大的弹性变形能力、高电阻及低磁导性、良好的抗疲劳性 能，其缺点是断裂应变性能较脆、较差、热膨胀系数较大、徐变（松弛）值较大。 (2) 双钢筋 就是为了减少构件的变形和减小裂缝宽度，采用焊成梯格形状的双钢筋，在构件内竖放或平放 布置。 (3) 冷轧变形钢筋 因为要节约钢材的用量，我们国家引进的国外设备或自制的设备，用光圆的钢筋，通过冷轧， 轧成了带肋且直径小于母材直径的这种钢筋，就称为冷轧带肋钢筋。还有一种类似的钢筋，它是用 I 级光圆钢筋冷轧然后扭转成型，称为冷轧扭钢筋或冷轧变形用筋。这两种冷轧钢筋抗拉强度标准 值和设计值都会比母材有大大的提高，同时混凝土的粘结强度也将得到提高，但是直径会比较小。 它们主要用作梁、柱构件的箍筋、预应力筋或板式构件的受力钢筋。因为强度的提高，就可以节约 材料的用量，获得更大的经济效益。对于这两种钢筋，国内己经制订了相应规程。为将这种柱的受 力钢筋、小直径钢筋的用途扩展到梁构件，也可采用三筋或双筋的并筋，只是需要适当增大它们的 锚固长度。 (4) 环氧树脂涂敷钢筋 在有腐蚀性介质环境（氯气浓度高、盐含量高）或者海洋的环境中，钢筋锈蚀问题是影响结构 耐久性的很重要的一个原因。本来为了防止钢筋锈蚀，可以用不锈钢来制造钢筋，但是价格很昂贵。 还有一个比较适用的途径是再表面用环氧树脂涂敷钢筋，形成了防锈的涂层，也可以防止钢筋生锈， 这种方法在日本和美国应用较多。钢筋在工厂中先校直然后加热再喷涂树脂粉末，就可以形成防护 薄膜，冷却后若是经检验合格，就可以用于有严格防锈蚀要求的工程，从而可使结构的耐久性大大 的提高。 (5) 预应力混凝土用螺旋肋钢丝和预应力混凝土用钢棒 在传统材料预应力混凝土的钢绞线、钢丝、热处理钢筋基础上，从国外引进了生产线，己生产 出了直径达到 12.6mm、抗拉强度可达 1570MPa 的预应力混凝土用的带螺旋肋的钢棒，以及直径达 12.0mm、抗拉强度高达 1570MPa 的带螺旋肋的钢丝。这个新产品的特点是：低松弛、高强度，易墩 粗，可盘卷，与混凝土的粘结强度好，可点焊等。这对激发我国开展这种新材料的生产与应用具有 很大的意义。 (6) 纤维条、纤维布、纤维板 国内在加固钢筋混凝土结构时，经常使用的一种技术就是对钢板粘结加固技术，不过钢板质量 重、运送也不便，剪切成型就会比较复杂。 最近在国内外研发并应用了以易于加工、质量很轻、单向抗拉强度很高的纤维条、纤维板、纤 维布等代替钢板对构件进行加固，实践中取得了良好的效果。 有些国家在用碳纤维条或碳纤维布时，会利用不同的弹模碳纤维来优化组合，从而降低造价。 除了碳纤维和竹纤维外，也有用玻璃纤维和芳纶纤维制成的产品。不得不得指出的是，国际桥梁与 结构工程学会曾经集中报道了一些欧美日发达国家在研发使用这些新型材料方面的经验，能很大程 度地激发我国研发此类新型材料的决心同时也可以作为借鉴。2 这些新型材料的研发大大提高了钢筋混凝土结构的性能，随着它的性能和制作工艺不断的改善 和提高使得钢筋混凝土结构用的更加广泛。 目前最广泛使用钢筋混凝土结构的工程领域有建筑工程、桥梁和交通工程、水利和海港工程、 地下工程、特殊结构。钢筋混凝土结构的应用范围如此之广泛，形式可以根据需要灵活变化，其内 在的必然性是混凝土和钢筋两种材料优缺互补，各自优越性能充分发挥。混凝土作为结构材料的主 体，有着能就地取材、价格便宜、制作工艺简单等一些显著优点;但是它的抗拉强度较低，质地脆 且容易短裂，只有再加入适当形式和数量的配筋后，才能提高结构的承载力及延性，保证其安全性、 耐久性及适用材料。与此同时钢筋的一些缺点，如环境稳定性差易腐蚀，耐火性能差等，当钢筋埋 入混凝土内后，受到混凝土保护而克服。钢筋和混凝土这两种材料有效组合形成了整体性稳定、刚 度大承载力强、耐火、抗腐蚀和适应性非常广的工程结构材料。 但是这种重要的结构的钢筋和混凝土到底是如何工作的？他们究竟是什么样的关系？ 从原材料的力学性能而言，钢筋有较强的抗拉、抗压强度，但混凝土只有较高的抗压强度，抗 拉强度却很低。然而两者的弹性模量比较接近，另外还有很好的粘结力。钢筋和混凝土之前的粘结， 是保证钢筋和混凝土这两种力学性能截然不同的材料在结构中共同工作的基本前提。粘结力包含了 水泥胶体对钢筋的粘着力、钢筋与混凝土之前的摩擦力、钢筋表面凹凸不平与混凝土的机械咬合作 用、钢筋端部在混凝土内的锚固作用。粘结力让钢筋和混凝土这两种材料既发挥了各自的受力性能, 又能很好地协调工作, 共同承担结构构件所承受的外部荷载。 2.钢筋混凝土保护层的作用与要求钢筋混凝土保护层的作用与要求 2.12.1 混凝土保护层的作用混凝土保护层的作用 由粘着力、摩擦力、咬合力、锚固力这四种力构成的粘结力，跟钢筋混凝土结构的性能和承载 力有着密切联系。保证混凝土与钢筋之间的粘结力，就要求保护层要有一定的厚度。混凝土保护层 是指混凝土构件中，起到保护钢筋避免钢筋直接裸露的那一部分混凝土，其厚度为纵向钢筋（非箍 筋）外缘至混凝土表面的最小距离。当图纸中未注明时,保护层厚度一般指主筋保护层厚度,混凝土 外面的粉刷不作为保护层厚度。保护层最小厚度的规定是为了使混凝土结构构件满足的耐久性要求 和对受力钢筋有效锚固的要求。 各版混凝土结构设计规范都会对钢筋保护层厚度按环境类别、构件类型、混凝土强度等级 分别做出规定，以及现行混凝土结构工程施工质量验收规范中对涉及混凝土结构安全的重要部 位应进行结构实体检验并对结构实体钢筋保护层厚度也专门做出了规定，而规范中又强调梁类、板 类构件上部纵向受力钢筋保护层厚度的合格点率应达到 90%及以上，且不超过 1.5 倍的尺寸偏差， 这些规范是基于工程实例来编写的，很能说明钢筋保护层的重要地位。3 钢筋保护层有以下几点作用： （1）保护钢筋不受腐蚀，提高钢筋混凝土结构安全和持久性：钢筋稳定性差在常温中也容易 氧化暴露在空气中会因为由于盐害、冻害、和碳化等多种劣化因子作用而造成钢筋锈蚀。钢筋锈蚀 会引发一系列工程事故。钢筋锈蚀后直接就会导致钢筋面积削弱、承载力下降，并且锈蚀之后体积 会膨胀，钢筋锈蚀体积膨胀系数为 1.792.56，导致混凝土保护层开裂甚至脱落。保护层开裂脱 落，钢筋失去了保护的屏障水分潮气会很容易侵入将进一步锈蚀。这样锈蚀和保护层问题就形成了 恶性循环，其直接危害就是构件失稳破坏。 混凝土保护层对钢筋锈蚀有一定的保护作用。但这种保护作用也是相对而言的，在无有害物质 侵蚀的情况下才有作用。但是保护层的材质是混凝土，混凝土本身很让容易碳化，碳化给钢筋的锈 蚀就造成了很不利的影响，会给锈蚀提供一个外部条件。混凝土碳化了，就会造成很不好的影响， 对钢筋混凝土结构的耐久性和安全造成威胁。 （2）保证钢筋和混凝土能共同工作，确保结构受力性能：钢筋和混凝土是由两种不同性质的 材料组成的，确保他们能共同工作是基本首要的事情。混凝土能够发挥较好的抗压性能是典型的脆 性材料，钢筋是抗拉性能较好的延性材料。这两种材料各自带了自己的优势，就组合成了具有抗弯 抗扭抗压抗剪等结构性能俱全的各种用之非常广泛的结构形式的建筑物或结构物。 混凝土与钢筋共同工作的保证条件，就依靠混凝土和钢筋之间有足够的粘结力： 1）化学胶结力即为混凝土与钢筋接触面上的化学吸附力。此种力一般很小，一旦接触面发生 相对滑移便会消失，仅会在无滑移区局部起作用。 2）摩擦力即为混凝土收缩后紧紧裹住钢筋而产生的力。钢筋和混凝土之间的接触面越粗糙、 挤压力越大，则摩擦力越大。对于光面钢筋来说压入试验得到的粘结强度要比拉拔试验大，这是由 于钢筋受压会变粗，对混凝土的挤压力增大，使摩擦力增大所致。 3）机械咬合力即为混凝土产生的机械咬合力与钢筋表面凹凸不平作用而产生的力。变形钢筋 的横肋产生此种咬合力，此种咬合作用力往往很大，且是变形钢筋粘结力主要的来源力。 4）钢筋端部的锚固力即为一般是在钢筋端部弯钩弯折区域，在锚固区域焊短角钢、短钢筋等 方法用来提供锚固力。4 各种粘结力在不同情况之下（不同受力阶段、构件部位和钢筋的截面形式）发挥自己的作用。 机械咬合力提供主要的粘结应力，但若布置不当，就会产生大滑移、裂缝甚至局部混凝土破碎等现 象。 要有足够的粘结力就一定要保证钢筋有足够的混凝土保护层。保护层厚度小于一定的值，钢筋 与混凝土直接的粘结力就会受到影响。所以规范特别规定了在某种情况下对应的最小保护层厚度值。 （3）增强结构的耐火性能：混凝土与钢筋都属于非燃烧体，用砂石作为骨料的混凝土一般可 以耐高温 700左右。火灾温度都很高，远远非 700，钢筋混凝土材料不能直接接触到火源，同 时也应避免高温辐射。在火灾高温的情况下，钢筋温度很快就上升，他的屈服点、弹性模量、抗拉 强度都急剧下降。温度一旦达 600时,强度接近于零，导致结构破坏。有一层保护层就可以起到一 定的拖延保护作用。在灾害面前能多一秒就可以多救些生命财产。若是由于某些施工原因造成保护 层过小，一旦建筑物发生了火灾，就会造成建筑物耐火等级或耐火极限减小。这些因素在设计时均 应考虑，钢筋混凝土保护层应该按建筑物耐火等级规范规定的厚度设计，遇有火灾可保护结构、延 缓结构破坏时间，可为人口疏散和物资转移提供一定的缓冲时间。如果保护层过小，就会失去这个 缓冲的时间，造成生命、财产的更大损失，这种损失是无发弥补的，只能防范于未然，认真遵守规 范。 2.22.2 规范对混凝土保护层的要求规范对混凝土保护层的要求 规范中有很多关于保护层的规定，混凝土结构设计规范 9.2.1 条，规定纵向受力的普 通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层厚度 (钢筋外边缘至混凝土表面的距离 )不应小于钢筋 的公称直径，且应符合下表的规定。一般设计中是采用最小值的。 纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度 (mm) 环境 类别 板、墙、 壳 板、墙、 壳 板、墙、 壳 梁梁梁柱柱柱 C20C25-C45C50 C2 0 C25-C45 C5 0 C2 0 C25-C45 C5 0 一 201515302525303030 二 a -2020-3030-3030 二 b -2520-3530-3530 三 -3025-4035-4035 其中一类环境为室内正常的环境；二类环境 a 为室内潮湿的环境，非严寒和非寒冷地区的露天 环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；二类环境 b 为寒冷和严寒地区的露天环境、与无侵 蚀性的水或土壤直接接触的环境；三类环境为使用除海洋盐碱的环境、严寒和寒冷地区冬季水位变 动的环境、滨海室外环境。5 其他一些规范对保护层的规定。 第第 9.2.29.2.2 条条 处于一类环境且由工厂生产的预制构件，当混凝土强度等级不低于 C20 时，其保 护层厚度可按本规范表 9.2.1 中规定减少 5mm，但预应力钢筋的保护层厚度不应小于 15mm;处于二 类环境且由工厂生产的预制构件，当表面采取有效保护措施时，保护层厚度可按本规范表 9.2.1 中 一类环境数值取用。 预制钢筋混凝土受弯构件钢筋端头的保护层厚度不应小于 10mm;预制肋形板主肋钢筋的保护层 厚度应按梁的数值取用。 第第 9.2.39.2.3 条条 板、墙、壳中分布钢筋的保护层厚度不应小于本规范表 9.2.1 中相应数值减 10mm，且不应小于 10mm；梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于 15mm。 第第 9.2.49.2.4 条条 当梁、柱中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度大于 40mm 时，应对保护层采取有效 的防裂构造措施。 处于二、三类环境中的悬臂板，其上表面应采取有效的保护措施。 第第 9.2.59.2.5 条条 对于有防火要求的建筑物，其混凝土保护层厚度尚应符合国家现行有关标准的要 求。 处于四、五类环境中的建筑物，其混凝土保护层厚度尚应符合国家现行有关标准的要求。 3.钢筋混凝土保护层厚度偏厚或偏薄对构件的影响钢筋混凝土保护层厚度偏厚或偏薄对构件的影响 3.13.1 混凝土保护层厚度偏厚的影响混凝土保护层厚度偏厚的影响 诚然，钢筋混凝土的保护层很重要，但也并非越厚越好。钢筋混凝土偏厚，首先直接能就导致 浪费了混凝土。一处偏大一点不要紧，但是全部都偏大一点，对于一个工程来说就不会只是浪费那 么一点了，显得不经济。 第二、对截面承载力而言，保护层每加厚一点截面有效高度就减少相应的值，截面有效高度降 低承载力就自然而然会下降，承载力就会大大地被削弱。然后就需要额外的受力钢筋来弥补。在这 个钢材价格一天一个价的年代，浪费钢材就是浪费一把把的钞票。设计院设计建筑物首先考虑的是 安全，安全第一是绝对应该遵循的原则，无论干什么安全是肯定不能忽略的。在这个经济社会下， 在保证安全的情况下不能过于保守，经济性要放在第二位考虑，不然安全过头了，施工方就没钱挣 了。在这个能源稀缺的时代，也是违背可持续发展的原则的。 第三、如果保护层超过一定厚度，就会导致在构件表面出现较大的温度裂缝和收缩裂缝，还会 直接削弱钢筋混凝土构件的承载能力。研究发现随着保护层厚度的增大，异形柱的截面曲率延性会 迅速降低，在较大的保护层厚度的情况下即使配箍率配和筋率都取到最大值（在材料和截面形状确 定的情况下）依然会出现截面曲率延性低于规程 规定值的情况。截面曲率延性下降对抗震很 不利，在地震情况下要求结构具有延性不会一下子就倒塌破坏，以免造成很大的破坏。另外对于悬 挑构件，保护层偏厚会造成的后果更加严重更明显。以下是一个悬挑似阳台板的实例：例如一悬挑 式阳台板，板厚 12cm 采用级钢筋 12120，混凝土强度为 C20，设计保护层厚度为 15mm，由于 某些施工原因，钢筋下移，实际测得保护层厚度分别为 25mm、35mm、 45mm 等，其承载力结果计算 见下表。 表 保护层变化影响承载力变化 保护层/mm 15253545 计算弯矩/（kN m） 10.717.214.913.0 承载力下降/% 09.121.230.0 以设计保护层厚度 15mm 为基准，则当由于某些原因导致保护层厚度为 25mm、 35mm、 45mm 时， 承载力分别下降 9.1%、 21.2%、30.0%，即保护层若相差 10mm，则承载力下降 10%左右。对于一些 梁、柱构件，同理也可计算，保护层厚度增大相应的值时，都将引起这些构件的承载能力下降一定 得数值。承载能力下降，这样必将引起承载力不够失稳破坏。6 3.23.2 混凝土保护层厚度偏薄的影响混凝土保护层厚度偏薄的影响 前面已经列举了钢筋保护层的重要性，说明保护层在钢筋混凝土结构中起着举足轻重的作用。 现在中国普通的商品房拥有期限为 70 年，设计时耐久性年限为 50 年，但其实连 50 年也没有。我 国钢筋混凝土结构的质量并不理想，存在严重的耐久性问题。当今世界，混凝土破坏原因按重要性 递升顺序排列是：侵蚀环境下的物理化学作用、寒冷气候下的冻害、钢筋锈蚀这是美国加州大学的 EKMehta 教授在第二届混凝土耐久性国际学术会议上指出的。说明钢筋锈蚀是耐久性失效的主要 原因，同时在正常的气候条件钢筋混凝土结构的耐久性问题就是钢筋锈蚀问题。 钢筋锈蚀引起的结构破坏已经成为世界各国普遍关注的一大灾害。在中国舟山和深圳的某些建 筑，因为滥用海砂，还没使用就已发生钢筋锈蚀破坏。1985 年建造的西安某教学楼，因为加氯盐 作为防冻剂，梁、柱等混凝土构件中钢筋腐蚀严重，只好在第二年年进行加固修复；在路桥工程中， 钢筋腐蚀引起的桥梁破坏问题也随着我国高速公路和城市立交桥的大量建设逐渐显露出来了，盐渍 土地区、受氯盐污染的沿海地区和广大北方撤除冰盐地区的高速公路桥和市政桥梁破坏已十分严重， 并已成为一个非常突出的灾害性问题。如哈尔滨大庆公路在建成 5 年后，混凝土就出现严重的层裂 和顺筋开裂、剥落；在水利工程中，如 1964 年到 1987 年江苏省对 60 多座挡潮闸进行耐久性调查， 发现钢筋腐蚀导致上部结构破坏的占 88，其中严重破坏的占 53，主筋截面损失率达 41。 同样在国外，钢筋锈蚀导致结构破坏的事故也不能幸免，造成了巨大损失。其中混凝土中钢筋 锈蚀造成的损失约占 40在英国，如英格兰岛中部环形线的快车道上有 11 座混凝土高架桥，建造 费用 2800 万英镑，建于 1972 年，建成两年后就发现钢筋锈蚀造成混凝土顺筋裂缝破坏，根据运输 部门 1989 年的报告，英格兰和威尔士有 75的钢筋混凝土桥梁受到氯离子侵蚀，维护维修费用是 原来造价的两倍，为解决海洋环境下钢筋混凝土结构锈蚀与防护问题，每年花费近 20 亿英镑，到 1989 年为止，其修补费用高达 4500 万英镑。同样在美国，美国标准局调查表明，美国全年各种因 锈蚀造成的损失为 700 多亿美元7。 钢筋锈蚀问题如此严重，国际国内各相关部门也很重视，成立了相关部门小组研究钢筋锈蚀问 题。对于钢筋锈蚀， 混凝土结构耐久性设计规范 明确规定对于自然环境中的锈蚀问题，主要用 混凝土保护层来保证构件的耐久性对于特殊工业腐蚀环境中的锈蚀问题，可以考虑使用表面防护措 施来处理。因此，对于绝大多数暴露在大气环境中的混凝土结构，钢筋的保护层的质量和厚度成为 构件耐久性的基本保证。可以讲，锈蚀问题的耐久性设计，就是钢筋保护层的设计。 水泥水化后的混凝土孔隙中，充满了饱和的氢氧化钙碱性溶液，这种溶液能在钢筋表面碱性的 致密的钝化膜保护钢筋。这层钝化膜会防止氯离子，水分子、氧分子的侵入，从而保护钢筋锈蚀。 混凝土具有毛细管孔隙结构的特点，这些毛细管孔隙包括水泥石中的凝胶孔及毛细孔隙，还有集 料和水泥石接触处的孔穴，混凝土成型时残留下来的气泡，以及等等。此外，还可能存在了因为水 泥石的温度变形以及干燥收缩而引起的微裂缝。对于普通混凝土它的孔隙率一般不少于百分之 8 到 10。空气中的二氧化碳分子会通过混凝土微小的毛细孔隙扩散到钢筋混凝土结构内部，一点点 地渗入，遇到水分子就发生反应中和了氢氧化钙碱性溶液，破坏了钝化膜。这个过程就是所谓的碳 化。8混凝土碳化有降低渗透性和能增加混凝土强度的作用，这可能是由于碳酸钙的沉淀减少了水 泥石的孔隙及碳化释放出的水分能促进水泥的水化。但混凝土碳化之后，它的碱性会降低，就会加 快钢筋的腐蚀。碳化接着就会引起混凝土收缩，收缩务必会让混凝土表面产生裂缝，这样就会导致 结构的承载力降低，并且有裂缝了之后会加速它的碳化。钝化膜完全破坏之后，水分子和氧气分子 就会把钢筋给氧化生锈，钢筋锈蚀之后体积就会胀大，把混凝土保护层给拱开最终导致混凝土结构 的“土崩瓦解” 。 碳化有一定的系数，一般大气环境条件下钢筋开始锈蚀时间的计算公式为： 2 0 c-x t=() A 式中：t 为钢筋开始锈蚀的时间 单位为 a C 混凝土保护层厚度单位为 mm； 碳化残量(在钢筋开始锈蚀时用酚酞试剂测出的碳化前沿到钢筋表面的距离 mrn)； 0 x A 混凝土碳化系数。9 从钢筋开始锈蚀时间的计算公式中可以看出，在碳化系数确定的情况下（碳化系数跟外界环境、 材料因素、养护方法等等都有关系）混凝土保护层越厚，钢筋开始锈蚀的时间会越长，结构越安全。 并且可以得出以下结论：1)钢筋脱钝开始锈蚀所需时间与保护层厚度平方成正比；2）混凝土保护 层厚度每减少 10mm 混凝土的透氧量增加 10%左右；3）耐久性可靠指标平均提高 0.5 左右混凝上 护层厚度需增加 5mm ；4)一般正常环境下混凝土保护层厚度每减少了 25% 混凝土碳化到钢筋表面 所需的时间就缩短 50%。碳化不是一朝一夕就能完成的，需要慢慢渗入，如果保护层足够厚的话， 在基准年限之内就可以避免锈蚀到钢筋表面，这样就可以提高钢筋混凝土结构的耐久性，少出些工 程事故！可以说钢筋在钢筋混凝土结构中和保护层是唇齿关系， “唇亡则齿寒” ，保护层厚度是体现 混凝土抗拒外部侵蚀钢筋的重要指标，因此保护层保证一定的厚度是钢筋混凝土耐久性的保证。 保护层偏大和偏小都会对钢筋混凝土结构造成如此致命的毁坏。不得不承认控制保护层施工误 差具有重要的经济意义最主要的是能有益于结构的强度和耐久性。而且混凝土保护层是隐蔽工程， 只有刚开始施工的时候控制好了才能保证结构的安全，事后很难补救。混凝土保护层是钢筋混凝土 结构中至关重要的一关，一定要做好质量工作，保证结构的耐久性。 4.钢筋混凝土施工方法及混凝土保护层施工质量控制研究钢筋混凝土施工方法及混凝土保护层施工质量控制研究 规范中对保护层取值问题的规定很明确，各类环境中在相应的混凝土等级中要取相应的保护层 厚度值。对于这个数值设计院只要遵照规范，在规定的范围内取一个数值。最后的执行者当然就是 施工方，做的好与坏准确与否都是施工方的责任。在外行人眼里可能会觉得就做一个有确定数值的 东西怎么会如此控制不好，接二连三的因为这个原因出工程事故真是让人匪夷所思。 4.14.1 保护层质量偏差可能的原因保护层质量偏差可能的原因 保护层偏差超过规范所规定的值所引起的工程事故不胜枚举。这不是说所有的施工方态度都不 好，只能说明保护层厚度在施工中确实比较难以控制。那么造成保护层质量偏差的原因有哪些呢？ 4.1.1 规范方面的原因规范方面的原因 混凝土结构设计规范(GBIO 一 89)第 6、1、3 条砼结构工程施工及验收规范与 (GB5020492)第 3、5、7 条“受力钢筋的砼保护层厚度”的提法“受力钢筋的混凝土保护层最小 厚度”的写法不相同，在 GB5020492 中省略了定语“最小”二字，造成了概念模糊。可能会导致 设计人员不知道如何参造。 4.1.2 设计方面的原因设计方面的原因 很大一部分设计采用混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规范和构造详图 ，设计说明 或平法中只是笼统规定受力钢筋的混凝土保护层最小厚度，但是只有说明保护层最小厚度而不仔细 规定对梁与梁、梁与板、梁与柱的钢筋如何穿插排列也会让施工人员对保护层的厚度造成影响。应 该画些结构详图或者至少应该加点文字说明，让施工员能够明白图纸的意思。 4.1.3 施工方面的原因施工方面的原因 在现场施工中，有时施工方为防止发生露筋现象，按常理认为钢筋的混凝土保护层越厚越好， 制作箍筋时，其内径尺寸偏小，无形中增大了钢筋的混凝土保护层，缩小了构件的有效断面；或者 另外一种错误就是绑扎钢筋时常将板、小梁、次梁、主梁、框架梁的负筋一层层地往上叠，使保护 层最小厚度不能保证。许多施工人员对钢筋的混凝土保护层存在错误的理解，认为梁柱钢筋的混凝 土保护层是针对箍筋而言的而不是针对主筋的，对梁箍筋的肢高通常是取梁高减去 2 个设计或施工 规范规定的保护层厚度。这些都是认识上的错误，这是因为目前从业的施工员文化水平一般不高， 仗着自己有经验，认为自己一直都是这么做的也没出过什么工程事故就按照自己的经验，不管对错 就这么施工。还有就是一些民工，有时候混凝土还没完全干就在上面踩过去影响保护层的质量。施 工中这样那样的不注意都会影响混凝土保护层的质量。总的来说保护层的质量问题施工方应该负最 大的责任，应该特别地关注这个问题，切实做好施工工作。 4.1.4 有关建筑结构参考资料方面的原因有关建筑结构参考资料方面的原因 一般资料上只会指出：板、次梁、主梁交叉处、板的负筋在上，主梁的负筋在下，次梁的负筋 居中，并据此计算梁的有效高度，这对砖混结构的单向板肋梁楼盖的计算与构造是适用的。但对双 向板肋梁楼面、支承梁交叉处如何处理，对有纵横框架的楼面、各种梁与梁的交叉处如何处理，一 般均未作交待，让人不知道该如何施工。要造一幢房子步骤太多，太繁琐，难免会有一些东西在参 考资料上找不到的，有时在规范中也没有明确答案，就只能按照经验来设计和施工。由此实际找不 到理论支持也是不可取的。10 4.24.2 施工控制保护层质量施工控制保护层质量 4.2.1 混凝土质量的控制混凝土质量的控制 不管设计或是规范或是参考资料能影响保护层施工的质量，最终起主导作用的是施工方，施工 质量是最终主导保护层质量的因素。混凝土保护层质量跟混凝土质量息息相关。控制好混凝土质量 才有可能做好保护层质量。 物质是基础，材料的选用是控制混凝土质量最关键的因素，是发展高性能混凝土的首要基础。 也是减小碳化系数的其中一种措施。 水泥是构成混凝土一种非常重要的原料，对混凝土质量性能会有很大的影响。水泥，粉状水硬 性无机胶凝材料。水泥的主要技术指标：（1）比重与容重（2）细度（3）凝结时间（4）强度 （5）体积安定性（6）水化热（7）标准稠度。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度 越慢。不同的水泥，混合材量、其矿物组成、生料化学成分不同、外加剂，直接影响着水泥的活性 和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。搅拌混凝土的水泥一般选用硅酸盐或普通硅酸盐水泥， 在硅酸盐水泥系列中, 确定水泥品种的根据主要是水泥掺合料的品种和数量。如普通硅酸盐水泥允 许用粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等活性混合料, 其掺量不得超过百分之 15 ，而矿渣水泥的混 合料，其掺量允许达到百分之 20 到百分之 70。无数实践证明用矿渣、火山灰、粉煤灰水泥生产的 混凝土抗碳化能力较弱而用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥生产的混凝土抗碳化能力较强，这是因为 水泥和活性混合料易于的水化产物氢氧化钙 反应, 消耗了较多的氢氧化钙，使混凝土碱性降低， 从而影响其抗碳化能力。强度上宜选用标号在 325 及以上的水泥，初凝时间不能早于 1.5 个小时。 应该选用水化热较低的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。所选的水泥品种应通过初凝时间和抗 压强度试验。要注意水泥的用量要达到规范规定的标准。适当增加水泥用量，一方面可以增加混凝 土的碱性储备，使其抗碳化性能增强，碳化速度随水泥用量的增大而减慢另一方面还可以改变混凝 土的和易性，提高混凝土的密实性。11 细骨料就是粒径 4.75 mm 以下的骨料称为细骨料，俗称砂。水工混凝土施工规范 2001对 细骨料（人工砂、天然砂）的品质要求： 1 细骨料应清洁且质地坚硬，级配必须良好；宜采用细度模数在 2.23.0 范围内的天然砂,其 人工砂的细度模数且应保持在 2.42.8 范围内。若采用粗砂或山砂应采取相应的试验论证措施以 确保安全。 2 在开采过程中细骨料应定期或者按照一定开采的数量比例来进行碱活性检验鉴定，若有潜在 危害的情况下，应及时采取相应措施，并且经专门的试验来论证。 3 对于细骨料的含水率特别应该保持稳定，若是人工砂其饱和面干含应超过百分之 6，到达百 分之 30 时，质量评定标准可以认定混凝土拌和物为质量不合格产品。必要时可以采取加速脱 水方法。拌和质量评定为“合格“就是在砂子饱和面干含水率不大于百分之 6 的频率”，不小于百 分之 70 的条件下，而大于等于 90%时，拌和质量则被评定为“优良”。 砂子的颗粒级配合理、含泥量低有利于强度和工作性的提高。人工砂和风化山砂的需水量 大、颗粒形状和级配不合理使拌合物流动性下降。河砂是理想的细集料，使用时应正确选择细 度模数。配制高强混凝土时应用粗砂，普通流态混凝土用中砂，通过 0.315mm 筛孔的砂,不应 小于 15%,通过 0.16mm 筛孔的含量不应小于 5%。宜用颗粒较粗、空隙较小、含泥量较低的中砂。砂 子的细度模数影响混凝土的砂率和用水量，砂率高用水量大，坍落度损失快。砂率偏低容易产 生泌水和离析。 沙料的选择很重要，在深圳和舟山某些建筑因为滥用海砂，还没使用就发生钢筋 锈蚀。所以砂一定要筛洗干净，否则小小的砂可以造成很大的威胁。 粗骨料为粒径大于 4.75 mm 的骨料，就是所谓的石子。常用的有碎石及卵石两种。碎石是天然 岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于 4.75 mm 的岩石颗粒。卵石是由自然风化、水流搬 运和分选、堆积而成的、粒径大于 4.75 mm 的岩石颗粒。卵石和碎石颗粒的长度大于该颗粒所属相 应粒级的平均粒径 2.4 倍者为针状颗粒；厚度小于平均粒径 0.4 倍者为片状颗粒（平均粒径指该粒 级上、下限粒径的平均值）。建筑用卵石、碎石应满足国家标准 GB/T 146852001建筑用卵石、 碎石的技术要求。应优先采用符合要求的卵石。骨料粒径在 40 毫米 以内，同时最大颗粒直径不 应该大于导管直径的 1/81/6 以及钢筋最小净距的 1/4。粗骨料的级配应能确保混凝土有良好的 和易性。细骨料适宜采用级配良好的中砂或粗砂。混凝土的水灰比宜采用 0.5 到 0.6 之间，含砂率 一般为百分之 45 到百分之 50。宜用质地坚硬的石料、表面粗糙、空隙率小、无碱性反应、级配良 好、粘土含量及有害物质不超过相应规定。 外加剂，对于大中型工程, 外加剂已是混凝土中不可缺少的组成材料，水下混凝土常用的外加 剂有缓凝剂、早强剂和减水剂等。使用外加剂可以提高混凝土的密实度，特别是使用引气型减水剂 后,混凝土拌合用水量减少, 同时产生一些封闭的球形小气泡,填充混凝土的孔隙,提高了混凝土的 密实性和抗渗性, 能有效地抑制二氧化碳、氯离子、水分子的渗透,大大提高混凝土的抗碳化效应 的能力。掺入外加剂前，必须经过实验，以确定外加剂的使用种类、掺入量和掺入程序，如果不经 过试验乱加以免起反作用。 上图为一组对比试验得出的结果。左边是加了引气剂。右图按照相同的配料比，相同的材料， 一切其他因素都相同。其结果可以完全说明在相同条件下加入引气剂的作用。按照右图的混凝土保 护层，保护层再厚也是枉然，表面孔洞太多而