浅谈钢筋混凝土保护层的重要性及控制.doc

毕 业 论 文 论文题目论文题目 浅谈钢筋混凝土保护层的重要性及控制浅谈钢筋混凝土保护层的重要性及控制 姓姓 名名 专专 业业 土木工程土木工程 建筑工程方向建筑工程方向 层层 次次 入学时间入学时间 管理中心管理中心 学习中心学习中心 指导教师指导教师 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 钢筋混凝土保护层 锈蚀 质量控制 耐久性 承载力 Abstract Concrete protective layer has a very important position we can say in general corrosion environment to solve the problem of reinforced concrete protective layer is to control the quality problem is to solve the durability problem of reinforced concrete structures Therefore the specification clearly defines the protective layer of reinforced concrete in the corresponding level and the corresponding environment the minimum reinforcement layer of protection However partial thick protective layer is not a good thing this paper describes a partial protective layer of reinforced concrete thick and thin the impact of the component obtained using the appropriate protection to the importance of layer thickness Based on this analysis of the protective layer thickness of the steel construction quality is not high because it is may be caused by many reasons mainly attributed to the construction side of the responsibility Summary of the construction to control the thickness of protective layer on the technical difficulty and attitude will not seriously impact the quality of construction combined with the quality control station detects an instance of the protective layer thickness of the protective layer of concrete response to China s construction quality is now there are some problems and make some corresponding control and remedial measures Key Key Words 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 目 录 绪绪 论论1 第第 1 1 章章 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2 1 1 混凝土的物质基础混凝土的物质基础2 1 2 配筋及增强材料配筋及增强材料3 第第 2 2 章章 钢筋混凝土保护层要求和作用钢筋混凝土保护层要求和作用6 2 1 钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀6 2 1 1 钢筋锈蚀机理6 2 2 2 混凝土中钢筋锈蚀的几个原因6 2 2 筋混凝土保护层定义筋混凝土保护层定义8 2 3 钢筋混凝土保护层的作用钢筋混凝土保护层的作用8 2 4 钢筋混凝土保护层厚度要求钢筋混凝土保护层厚度要求10 第第 3 3 章章 钢筋混凝土保护层的重要性钢筋混凝土保护层的重要性12 3 1 钢筋混凝土保护层的重要性钢筋混凝土保护层的重要性12 3 2 保护层厚度偏差可能的原因保护层厚度偏差可能的原因13 3 2 1 规范及设计方面的原因14 3 2 2 施工方面的原因14 3 2 3 有关建筑结构参考资料方面的原因14 第第 4 4 章章 施工过程中保护层厚度的控制施工过程中保护层厚度的控制16 4 1 混凝土质量的控制混凝土质量的控制16 4 1 1 水泥对其质量的影响16 4 1 2 细骨料对其质量的影响16 4 2 施工过程中保护层质量控制施工过程中保护层质量控制18 4 3 控制保护层厚度一些措施控制保护层厚度一些措施20 第第 5 5 章章 总结总结22 第第 6 6 章章 致谢致谢23 参考文献参考文献24 1 绪 论 全国各地房价居高不下 建筑浪潮风起云涌 购房用于居住或用于投资 已经 成为人们生活中的一大开销 房屋质量方面的投诉和纠纷也越来越多 而这些投诉 还多是一些我们能够看到的问题 一些看不到的问题往往引起的后果更加严重 建 筑物的寿命需要基于一系列技术指标的保证 这其中既包括理论的支持 也要有设 计的要求 更依赖于施工材料和方法的保证 现代建筑已离不开钢筋混凝土构件 无论是单层工业厂房还是高达数百米的摩 天大楼 要是没有钢筋与混凝土 很难想象将会是一个什么样的后果 但根据有关 资料统计显示 混凝土结构因钢筋锈蚀导致的结构安全事故 其严重程度已远过于 因结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的危害 民用建筑和公共建筑的使用环境一般可维持 50 年以上 但室外的阳台 雨罩 等露天构件的使用寿命通常仅有 30 40 年 很多的研究资料及工程调查统计资料 表明 钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性问题的主要原因之一 对钢筋锈蚀进行研 究在混凝土结构耐久性研究中占有举足轻重的地位 对锈蚀钢筋混凝土结构进行耐 久性修复可以延长结构的使用寿命 提高结构的安全性和耐久性 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 第 1 章 钢筋混凝土发展现状及工作机理 1 1 混凝土的物质基础 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 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承载力降低 地质灾害频发的地球环境 为适应这些环境现 有的混凝土 1 有 1 高性能混凝土 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 活性微粉混凝土是一种超高强的混凝土 强度可以高达 C200 C800 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 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 3 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 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 2 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 4 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 5 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 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 6 第 2 章 钢筋混凝土保护层要求和作用 2 1 钢筋的锈蚀 2 1 1 钢筋锈蚀机理 混凝土中的钢筋 从热力学上看处于高能量状态 是不稳定的 当它在环境 介质作用下 力图恢复为较稳的氧化状态 钢筋这种被氧化的过程称为钢筋锈蚀 由于在许多环境介质中含有电解质溶液 常温下钢筋在这种电解质溶液中容易发生 锈蚀 由于混凝土孔溶液对钢筋的碱性保护作用 使钢筋表面容易形成一层致密的钝 化膜 当钢筋钝化膜遭到破坏 即 去钝化 时 如果混凝土中具有适当的湿度 和氧 即使环境介质对混凝土无侵蚀破坏作用 混凝土中的钢筋也会开始锈蚀 因此可以认为钢筋 去钝化 是钢筋锈蚀的先决条件 混凝土中钢筋的去钝化原 因有两种 混凝土中性化和氯化物侵蚀 酸性气体和氯化物对混凝土本身都没有严 重破坏作用 但是这两种环境介质都是使混凝土中钢钝化膜破坏的重要又最常遇到 的环境介质 钢筋钝化 锈蚀还是不锈蚀 与钢筋所处环境的 pH 值和电位有很大 关系 而混凝土的中性化与氯化物的侵入 既影响混凝土孔溶液的 pH 值 又影 响电位值 下面分别就混凝土中性化的情况分析钢筋锈蚀的成因 混凝土中性化引起钢筋锈蚀的机理 所谓混凝土中性化是指空气中的酸性气体 不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道 气相扩散到混凝土内部充水的毛细 孔中 并与其中的孔隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应的现象 由于上述中性化 反应可使混凝土溶液的 pH 值降为 8 5 9 0 而钢筋的钝化膜在 pH 值小于 11 5 时已不稳定 当钢筋周围的氧和湿度达到一定要求时 钢筋钝化膜遭受破坏 钢筋开始锈蚀 影响混凝土中性化的因素有环境外部因素和混凝土自身内部因素 其中环境外部因素主要包括酸性气体浓度 环境温度 压力等 混凝土内部自身 因素包括 水泥品种 水灰比 集料和施工质量等因素 2 2 2 混凝土中钢筋锈蚀的几个原因 在一栋建筑中 钢筋和混凝土的结合物是支撑起全身重量的骨架 钢筋在空气 中遇到水 加上钢筋材质中的一些 杂质 因此很容易锈蚀 为了在混凝土中避 免这种情况的发生 外边要加混凝土保护层 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 在构造规定中 对设计使用年限为 50 年的结构受力钢筋的混凝土最小保护层 7 厚度有明确规定 例如 在室内正常环境中 混凝土强度等级在 C25 C45 之间的板 墙 壳 混凝土最小保护层厚度为 15 毫米 梁为 25 毫米 柱为 30 毫米 换句话说 只有包裹在钢筋外边的混凝土不小于规定的厚度 50 年后钢筋才开始锈蚀 如果 保护层厚度不足 里面的钢筋就会提前锈蚀 以前由于对钢筋保护层认识不足 在施工方面普遍存在着不重视的现象 例如 使用自制的砂浆垫块控制保护层厚度就是以前施工单位普遍使用的方法 在施工前 做一些不同厚度要求的砂浆块 钢筋绑扎完毕垫在或绑在钢筋上控制保护层厚度 但这样做存在很多问题 首先砂浆块的薄厚不均匀 且强度比较低 绑在立筋上合 模板时极易跑位和被挤坏 垫在横筋下面的有时还没浇注混凝土就已经被压碎了 根本起不到控制保护层的作用 现在多数施工单位使用塑料卡式垫块 虽然在施工 成本上略有增加 但基本上可以有效的控制保护层厚度 对提高建筑物的使用寿命 起到了重要的作用 另外 国家有关部门也加强了对建筑物中钢筋保护层厚度的监管力度 在 2002 年发布的 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 2002 中 将结构 实体钢筋保护层厚度检测列为施工质量验收的必检项目 钢筋的锈蚀除了和混凝土保护层有关外 与施工材料的使用也有很大的关系 建国十周年的十大建筑属于特级建筑 应该使用 100 年以上不会有问题 但在使用 了三十年左右翻新时发现 其中的有些 25 毫米的钢筋锈得只有 10 毫米了 承载力 和原来相比相差甚远 我们不好怀疑当时原材料的使用及其施工质量 那问题出在 什么地方呢 其实就是一个施工材料的使用问题 当时冬季施工要在混凝土中加入 了很多盐 以保证混凝土不冻 这样就可以加快施工进度 这种方法非常腐蚀钢筋 但限于当时对材料腐蚀方面的研究不足 外加剂的研发和生产水平不高 这种掺盐 防冻的施工方法在九十年代有些地方还在使用 因此极大的影响了建筑物的使用寿 命 好在近些年来 在各方面的不断努力下 这种落后的施工方法已经被明文禁止 了 一些非常好的混凝土外加剂不断推出 正在逐步应用到工程施工中去 钢筋混凝土中的裂缝对钢筋的锈蚀也有极大的影响 一般认为混凝土只要达到 设计强度等级的要求就可以了 对混凝土存在的开裂却认识不足 虽然在 混凝土 结构设计规范 中对混凝土的裂缝宽度有明确的要求 设计单位在设计时也已经加 以考虑 但在一些施工过程和我们的使用过程中却往往被忽视了 其它一些不甚合理的施工也是造成钢筋过早锈蚀的重要原因 有些单位在施工 过程中不负责任 模板拼缝不严造成跑浆 因此拆模后就会出现蜂窝麻面 甚至露 筋的现象 补救措施也多是用砂浆补平罢了 而原有混凝土是否密实 抹面砂浆和 混凝土结合得是否紧密 二者间是否会因为收缩不同而造成 两层皮 的现象就很 8 少有人关心了 由此有可能会造成混凝土中局部出现空洞 使得钢筋过早的锈蚀 说到使用过程中裂缝的产生 其实绝大多数是因为使用者擅自改变房屋的使用 功能或加大了动 静载 使得实际荷载大大超过了设计荷载 比如 将住宅楼改做 仓库使用 或在里面使用振动较大的仪器设备 自家楼房装修时 在地面铺设较厚 的大理石 花岗岩等等 这些都会使得混凝土受拉区不堪负重 早早产生裂缝 引 起钢筋锈蚀 2 2 筋混凝土保护层定义 钢筋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 从混凝土表面到纵向钢筋 非箍筋 外边缘之间的最小距离 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 2 3 钢筋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 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 79 2 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 9 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 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 10 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 4 钢筋混凝土保护层厚度要求 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 6 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 C20 C25 C45 C50 C20 C25 C45 C50 C20 C25 C45 C50 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 2 其他一些规范 混凝土结构设计规范 对保护层的规定 3 第 9 2 2 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 11 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 9 2 3 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 9 2 4 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 9 2 5 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 第 10 1 2 条 国家标准 GB50204 2002 混凝土结构工程施工质量验收规范 规定必须对重要部位进行结构实体检验 主要检验混凝土强度和钢筋保护层厚度 钢筋保护层厚度检验 需要对重要构件 特别是悬挑梁和板构件 以及易发生钢筋 位移 易露筋的部位 采用非破损 用先进的钢筋保护层厚度测定仪 或局部破损 的方法检验 此时 纵向受力钢筋保护层厚度的允许偏差 对梁类构件为 7 10mm 对板类构件为 5 8mm 钢筋保护层厚度检验的合格点率为 90 及以上时 为合格 当合格点率小于 90 但不小于 80 可再抽取相同数量的构件检验 当 两次抽减总和计算的合格点率为 90 及以上时才能判为合格 且每次抽样结果中不 合格点的最大偏差均不应大于允许偏差的 1 5 倍 12 第 3 章 钢筋混凝土保护层的重要性 3 1 钢筋混凝土保护层的重要性 如果钢筋保护层厚度过小 一方面容易造成钢筋露筋或钢筋受力时 表面混凝 土剥落 另一方面随着时间的推移 表面的混凝土将逐渐碳化 用不了多久 钢筋 外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 如果钢筋保护层 厚度过大 除了增大工程造价外 轻则降低了悬臂构件的承 载能力 重则会影响构件的安全 性和使用功能 因为钢筋与混凝土之间存在足够的粘结力 在结构计算时 钢筋混凝土构件是 作为一个整体来承受外力的 又由于混凝土的抗拉强度很低 为简化计算 一般混 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 那么 受拉的钢筋是否越靠边越好呢 答案当然是否定的 这是因为钢筋的主 要成分是铁 铁在常温下就很容易氧化 更别说在高温或潮湿的环境中 钢筋被包 裹在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 受力时表面混凝土剥落 另一方面随着时间的推移 表面的混凝土将逐渐碳化 用 不了多久 钢筋外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 通常除基础外梁的保护层厚度一般为 2 5cm 在工程实际中 由于钢筋保护层厚度未按规范要求所导致的质量问题不胜枚举 比较突出的如现在商品住宅楼工程建设中楼板负弯矩钢筋保护层偏大及现浇框架结 构中主次梁交界处主梁的上部负弯矩钢筋保护层偏大的问题 以住宅楼为例 如今 的住宅面积越来越大 楼板跨度也越来越大 尤其是客厅楼板 笔者曾见到过某单 位建设的跨度达 5 7 米的楼板 厚度为 15cm 设计是双层双向钢筋网 从结构的 力学计算来讲 支座处的负弯矩不比跨中板底正弯矩小多少 但由于施工时施工单 13 位对支座负弯矩钢筋未引起足够重视 结果工程刚竣工还未使用就发现楼板上表面 四周墙根处出现了许多裂缝 后经权威检测部门检查测试后发现 支座处负筋的保 护层普遍超过规范 2 4cm 最大的甚至超过了 7cm 使楼板上部的负弯矩钢筋的作 用大大降低 有些甚至完全失去作用 最后在迫不得已的情况下经设计同意采取局 部加固补强措施 尽管这样还是给施工单位本身造成了很大的经济损失 据有关资 料统计 目前住宅楼板开裂原因中 70 左右是由钢筋保护层位置不正确引起的 那么 钢筋保护层又该如何控制呢 笔者认为重点应从两方面着手 一是抓施 工前技术交底 二是抓过程中要素控制 在施工前 应针对不同的工程部位 根据 设计图纸及施工验收规范 确定正确的钢筋保护层 保护层的厚度并非千篇一律 一般来说现浇楼板的保护层厚度 1 5cm 而基础的保护层厚度通常为 5cm 有时甚 至达到 10cm 因此 在对操作者的技术交底中必须明确此厚度 否则很容易造成 返工 在施工过程中 则重点要做到规范操作 特别是在混凝土现浇板浇捣过程中 尤其需要重视 往往是钢筋绑扎时位置都很正确 但一到浇捣时情况就变了样 不 是人踩就是工器具压在上面 由此造成的结果是支撑钢筋的马墩被踩倒 混凝土上 层钢筋弯曲变形 保护层的厚度也就得不到保证 所以在施工过程中 应做到规范 操作 严禁操作人员在钢筋上随意行走 对上层钢筋应作有效的固定 浇捣中还应 经常检查 发现问题及时解决 但是 钢筋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 所产生的危害也是不容忽视的 我们要在正确了解钢筋及混凝土的受力机理的前提 下 充分认识到合理的钢筋保护层厚度对工程结构的重要性 只有防微杜渐 才能 使我们的工程施工技术水平更上一个档次 3 2 保护层厚度偏差可能的原因 混凝土保护层的问题的确是工程中的通病 总不能控制在规范的允许偏差范围 之内 偏偏质量验收规范里对保护层的合格率要求特别严 GB50204 2002 第 17 页 的注释第二条 表中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 且不得有超过表中数值 1 5 倍的尺寸偏差 按表中的数值及最大 允许偏差要求 梁类不得超过 7 5mm 板类不得超过 4 5mm 梁 板类构件上部 纵筋保护层的厚度控制区分为上部受力钢筋和下部受力钢筋 对于上部受力钢筋 目前常用的有两种方法 一是支撑法 如用钢马凳 脚架 一是悬挂法 即是将上 部纵向受力钢筋用型钢做成的架子悬挂起来的做法 这种做法在论坛上应该可以找 到 以前看过有介绍这做法的帖子 是广西的 用得最多的是钢马凳 设计图纸 的结构说明中都常常把钢马凳的大样图都画上了 但我们都知道 用钢马凳基本上 14 是一个失败的方法 合格率总在 60 70 之间 之所以说它失败 是指用这种方法 控制时对施工过程各工程的配合及工人的操作 成品保护等要求相当严格 而在现 场基本上是无法做到 对于下部的钢筋则比较容易 一般都是用塑料卡 混凝土垫 块的方式控制 3 2 1 规范及设计方面的原因 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 GB50204 92 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 GB50204 92 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 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 3 2 2 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 3 2 3 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 15 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 16 第 4 章 施工过程中保护层厚度的控制 4 1 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 4 1 1 水泥对其质量的影响 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 比重与容重 细度 凝结 时间 强度 体积安定性 水化热 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 15 而矿渣水泥的混合料 其 掺量允许达到 20 到 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 17 4 1 2 细骨料对其质量的影响 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 2 3 0 范 围内的天然砂 其人工砂的细度模数且应保持在 2 4 2 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 6 到达 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 6 的频率 不小于 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 14685 2001 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 8 1 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 18 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 4 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 除了材料很重要 材料的配料比也很重要 混凝土的水泥和水灰比的用量跟混 凝土的密实度有很密切的关系 水泥用量越多或水灰比越小 则混凝土的密实度就 会越高 碳化速度就会减慢 反之如果水灰比过大 或者水泥用量不够多 则混凝 土的孔隙大 密实性性差 很容易让二氧化碳 氯离子等进入碳化引起钢筋锈蚀 由实验可得出水灰比小于 0 5 时 混凝土的渗透能力明显下降 这主要是水灰比大 于 0 5 时 水泥石的微孔结构发生了变化 连通的毛细孔大大减少 特别是湿养护 14 天以上 几乎就已经不存在了 在相同水泥品种下 水泥用量与碳化速度成反比 用优质的混凝土 控制好混凝土保护层的质量就事半功倍了 混凝土自身质量 和施工质量是保证混凝土构件质量的两个重要组成部分 一方面要求混凝土的配合 比设计 生产和质量控制严格按照国家现行标准进行 保证混凝土强度 和易性 坍落度及其它技术指标满足设计和施工要求 另一方面 混凝土施工质量的好坏也 直接对混凝土构件质量产生显著影响 首先应该加强浇捣作业 避免出现蜂窝 麻 面 孔洞 露筋 缝隙 夹层 却棱角角等现象都会增大毛细孔隙以致于加速碳化 其次施工中养护就是很重要的一点 如果光有好的材料 没有养护好 就会功亏一 篑 否则就可以事半功倍 密