混凝土保護層厚度和質量對結構承載力和耐久性的影響InfluencesofThicknessandQualityofConcreteProtectorontheStrengthandDurabilityofConcrete1引言《混凝土結構設計規范》（GB50010—2002）和《混凝土結構工程施工及其驗收規范》中對各類鋼筋的混凝土保護層厚度按照使用環境類別、結構類別和混凝土強度等級的不同分別作出了相應的規定。而且是在89版結構規范的基礎上，進一步細分了各項規定。不僅對受力主筋保護層有規定，對箍筋和構造筋的保護層厚度也作出了相應規定，這充分說明保護層在混凝土結構中的重要性，并突出地反應在混凝土保護層對結構承載能力和耐久性的影響上[4]。混凝土保護層是指受力鋼筋外緣至混凝土外表面的混凝土厚度，亦稱為混凝土保護層厚度。其對結構的作用主要體現在三個方面：（1）鋼筋與混凝土之間的粘結錨固。混凝土結構中鋼筋能夠受力是由于其與周圍混凝土之間的粘結錨固作用。受力鋼筋（尤其是變形鋼筋）與混凝土之間的咬合作用是構成粘結錨固的主要成分，這很大程度上取決于混凝土保護層的厚度，混凝土保護層越厚，則粘結錨固作用越大。新規范中受力鋼筋的錨固長度即是以混凝土保護層厚度不小于受力鋼筋的直徑為條件確定的。（2）保護鋼筋免遭銹蝕。混凝土結構的突出優點是耐久性好。這是由于混凝土的堿性環境使包裹在其中的鋼筋表面形成鈍化膜而不易銹蝕。但是碳化和脫鈍會影響這種耐久性而使鋼筋遭受銹蝕。碳化的時間與混凝土的保護層厚度有關，因此一定的混凝土保護層厚度是保證結構耐久性所必需的條件。調查分析表明，我國混凝土結構的耐久性普遍較差[6]，因此從耐久性和可持續發展的觀點，我國混凝土保護層的厚度應適當增加。（3）對構件受力有效高度的影響。從錨固和耐久性的角度，鋼筋在混凝土中的保護層應該越大越好；然而從受力的角度而言，則正好相反。保護層厚度越大，構件載面有效高度就越小，結構構件的抗力將受到削弱。這正是一個事物的兩個方面。因此，確定混凝土保護層厚度應綜合考慮錨固、耐久性及有效高度三個因素。在能保證錨固和耐久性的條件下可盡量取較小的保護層厚度。新規范給出的保護層最小厚度正是保護層厚度的最低限度取值。2混凝土保護層厚度和質量對結構承載力的影響2.1影響原理作為截面的有效高度h0，它的變化對結構的受力會產生很大的影響。以單筋矩形截面梁的受彎承載力為例，計算示意簡圖見圖1[1]。圖1單筋矩形截面受力示意圖當設計彎矩值M一定時，隨著h0的減小，有可能出現的情況，這樣勢必使構件的實際承載力達不到抵御外力的要求。從而降低了結構的承載能力和安全儲備。同時，由相對受壓區高度可知，當在其它條件不變的情況下，減少h0，就有可能增大，出現的現象，規范規定，如果就會造成構件超筋。由于超筋構件不能充分利用鋼筋強度，其破壞時，受壓區的混凝土首先被壓碎，裂縫開展不充分，撓度不大，帶有突然性，破壞前沒有明顯的預兆，容易形成脆性破壞，這在結構設計中是不允許出現的。但在工程實際施工時由于人為的作用，可能會造成這種狀況的發生，為工程的使用埋下隱患。2.2原因分析造成混凝土保護層厚度偏小主要有設計和施工兩方面的原因。而設計上造成混凝土保護層厚度偏小，絕大部分并非是設計的錯誤。國內在結構設計過程中有這樣的傾向：設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態而不重視使用極限狀態；重視結構的建造而不重視結構的維護。這些都削弱了結構的耐久性，嚴重影響到結構的安全性。這也與舊的結構規范在制定中考慮的是我國當時的情況：混凝土強度等級不高、耐久性要求偏低等原因，而對混凝土保護的規定值有些偏小有一定的原因。項施工過程艱中，鋼筋捏位置和混循凝土施工揪質量對確魯保混凝土戰保護層厚籮度至關重多要。由于逢施工因素片，造成混妹凝土保護侮層厚度偏災小的主要追原因有：磨（河1沿）負筋施憐工下沉。怖尤其是混浩凝土板類苦構件，由佳于配筋多俊為忌HPB2幸35陡級鋼筋，細材質本身多剛度低，攀當無可靠責支撐時，候施工過程便中由于受膛澆筑混凝貴土時的沖勢擊力和施季工人員的銅踩踏，多糖有變形下鑰沉。有的聲甚至降到她中和軸以科下，致使油結構的受融力性能發銅生改變。粉（惹2胖）水平構嫂件施工時線，為了保遠證構件底竹部的保護第層厚度，心防止鋼筋惑下沉，在驢澆筑混凝尸土過程中譯，用外力震上提鋼筋乓骨架造成銀構件底部叮鋼筋保護敞層過厚，鞋h予0耐值減小。洲（百3坑）豎向構溉件施工中蚊，由于支恰撐失控，常鋼筋骨架子發生偏移定。尤其當藍構件的配狐筋全部是妖由計算確捏定作為承布受外力的稀情況下，說鋼筋骨架偽的偏移，水將對整個覽結構的受瀉力產生不加良影響蜂[2]邁。法（翻4預）施工人乘員的下料受錯誤。如滋混凝土構閉件的鋼筋垃保護層厚直度應為主胸筋外皮至源混凝土外班表層的厚激度，有時拴錯誤地算爭成從箍筋涂外皮到混擠凝土外表獎層的厚度門。品2粗.賽3骨實際算例寒已知某矩揀形梁原設嫁計截面尺著寸覆為秀200×我400吼mm珍，配置晶HRB3朝35貝級鋼筋角3頓ф益20筋，鋼筋凈裙保護層厚鍛度為僚25mm抽，混凝土次等級李為活C2丑0難，現因施弱工不慎，膽超過了施善工規范所匯允許的誤辮差，實際斧截面尺寸專變痰成鳥200×雨390口mm孟，實際鋼慢筋凈保護嫌層厚度為納34mm臉。求梁的農承載力降率低多勤少襪?張解丈：啟1哥、原設計缸截面的承竟載力：饞由已知條淡件忠3氧ф匆2澡0斧鋼筋，查淚表得么A很s勢=942鉗mm黑2扔設，鋼筋駐為一排布燙置。攝查表得孩滿足適用核條件，則助原設計承勤載力為：瞧2堵、實際截吧面的承載都能力：糞查表得挺滿足適用飼條件，則壩原設計承回載力為：糠3怨、梁承載愧能力降低膠的數值為喪：歇（隙82.3殲6-7敲7是）旬/82.桿36=6約.5%>華5%股實際承載妄能力比原由設計承載薦能力降低荒的數值超略過了規范奇所允許的腦降低值，墻則應采取瓜措施予以墨加固，以譯彌補實際套承載能力久之不足。振混凝土保民護層厚度議和質量對棟結構耐久堡性的影響橋3稈.匆1估碳化對鋼齒筋混凝土幣的破壞作恐用攏水泥中的惕主要化學庫成分硅酸蜂三式鈣渴(辯C泳3抱S擴)枯、硅酸二涉鈣陳(塘C削2蛙S截)叮水化作用殊過程中均紐有生成物怨氫氧化伸鈣冒(C景H借或炸Ca(O朝H)止2有)羞。硬化后背的混凝土綠孔隙中充舞滿了飽和儉的氫氧化茅鈣堿性溶框液。在鋼時筋混凝土峰中，堿性捧的氫氧化捕鈣溶液使敬鋼筋表面趴產生一層壩難溶的十呼分致密塵的樸Fe枯2躍O割3糠和幸Fe延3翁O備4暮薄酒膜直(親純化哪膜跌)炊。它能防婚止毀H恨2哪O黨、葵O績2泰等的侵入紛，阻止鋼雄筋銹蝕。還空氣中旱的抖CO眼2姓通過混凝摧土中的毛銹細孔隙，擔由表及里主地向內部撥擴散，在并有水份的敞條件下，叉溶解于水燈生成碳酸飄，并與混帖凝土中的晚氫氧化鈣作反應生成漠碳酸鈣，醬使混凝土互中的氫氧謝化鈣濃度裳下降，稱輩為混凝土炭碳謹化芒(會亦稱中性威化勞)棍。這種碳騰化引起混留凝土收縮個，使混凝獄土表面產奶生細微裂臂縫，不僅鳥使表層混爭凝土強度費降低，而劫且開辟了娃通道，加撥速了混凝偷土的碳化那過程。混縣凝土碳化輩后，堿度被降低或消澇失，發展以到鋼筋時及，鈍化膜語便會遭到棟破壞，失凳去對鋼筋蛙的保護作懼用，孔隙尚中找的黑H啊2磚O止、睬O始2公會與本身欣具有不同見自然電位稍的鋼筋產肆生腐蝕電啊池反應，居鋼筋開始做氧化生銹鋪，鐵銹的國體積一般溉可增港長顧(迎2大～沉4胖)配倍，可以媽把保護層茅脹開，最悔終導致鋼焰筋混凝土肝結構的破諒壞御[3]幟。另外，笛混凝土受怕到環境水牌的物理化辯學作用，障硬化后的玉混凝土中肺的氫氧化嗽鈣不斷溶蹲出或與環防境水中的洞酸、堿、尾鹽類發生秀化學反應摸，混凝土京中的氫氧談化鈣濃度的降低，同脖樣使混凝積土強度降候低，最終皮鋼筋銹蝕節，混凝土爹結構遭受倦破壞。鎖攤氯離子掩（菜C賴l殃-宗）的影響價因為氯離然子摟（獎C糕l寄-而）是一種詠鋼筋活化頃劑，即使勇在混凝土訪保護層不墳被中性化寒的情況下疼，也會破滋壞鋼筋鈍汗化膜，而疤對鋼筋銹墓蝕起加速饒作用。在拼一般情況乖下，混凝還土是呈堿出性的，鈍至化膜層能迫完全覆蓋膊鋼筋表面讀且長期不翠受破壞。蘇混凝土的周包裹作用猜及其使鋼粥筋鈍化的冊高堿度溶譜液，為鋼斜筋防銹提瘡供了良好旋的物理和泥化學屏障趣，是鋼筋方存在的理銜想環境。拐但來自原廁材料、環勁境等的氯刪離子卻能盡直接或間貴接地破壞出這兩種屏趙障而使鋼萍筋發生銹緊蝕，且其器體積膨脹殘后會造成僵混凝土保瞎護層開裂簽、脫落甚奇至完全破獄壞管[5]僚。原鋼筋銹蝕全是一個電平化學過糊程辮!嘉當鋼筋局北部表面氯劣離子聚集抗并達到一航定濃度時廉，鈍化膜找被破壞，鵲該部位作泡為陽極引時發銹蝕，呢其化學式予為單：牢F農e板→船Fe紛2+積+2痰e獲-昆，其它部占位為陰極弟發生的反垂應。氯離蒸子本身在撤鋼筋腐蝕截過程中不銳被消耗，雹僅起到加化速腐蝕進朵程的催化涉作用，使路鋼筋表面閃腐蝕的陽兄極反應排物除Fe腰2+四被及時搬恨運出去，系阻止其在橡陽極區域穴堆積，大異大加速了厭鋼筋腐蝕焦。由于氯說離子在鋼拼筋腐蝕過儉程中可重研復循環利遠用，因而呀氯化物侵候蝕一旦發礙生就很難亡補救。踏3曉.派3菌原因分析恭鋼筋混凝啞土結構中粉只所以會梅產生碳化致和氯離子區破壞作用墻，其原因替主要是：為（爽1蕉）施工中要鋼筋位置遺不當或鋼鵝筋骨架軸夏線發生偏映移，造成鵝混凝土保觸護層減少態或厚薄不闊均。蠶（仿2等）混凝土扯澆筑過程草中震搗不識密實，鋼墊筋排列過萄密使鋼筋悟處的混凝瓶土不密實西，模板接當縫不嚴等恢原因造成穩結構蜂窩破、麻面、拾漏漿，在于混凝土表塵面形成與團內部貫通束的孔隙。祖（灣3斷）由于混西凝土的養牧護不周或皂在使用過的程中的收蝕縮、徐變主、荷載或關其他因素景形成的混備凝土保護兇層面裂縫詢。售4汁則混凝土保犬護層對混超凝土結構倒其它方面偏的影響夢混凝土保乘護層除對炭混凝土產粥生以上影隊響外，還宴對混凝土污的粘結力掉和耐火極繡限產生很斜大影響。曲在混凝土釋結構中，塞鋼筋和混露凝土兩種欺性質不同島的材料所墾以能夠共舊同工作，碼主要是依傲靠鋼筋和奔混凝土之謀間的粘結宇應力。對戀于高強度厭的變形鋼逼筋，在混烤凝土保護格層太薄時固，外圍混評凝土可能尤發生劈裂幼，至使粘楊結強度降盛低，盡而救影響到結奏構的耐久旗性。債另外，混附凝土的耐薪火極限與波混凝土的噴保護層厚副度也有很悅大關系，宴當結構遭朵受火災時五，混凝土銳內鋼筋的技溫度隨保刷護層厚度樓的增加而洞降低，所摧以混凝土堂保護層的瞞厚度達不咳到規定值森后，將會群降低混凝號土的耐火罰極限，使懶結構的耐蕉久性大打冊折扣。沙5脖提高混凝霞土保護層盲作用的相能關措施講5求.動1蕉《混凝土獎結構設計翻規范》刮（殃GB50原010鳴—礙200郵2隊）中新明恐確的構造帆要求少5.2摸合理選擇蹄混凝土的但保護層厚策度克混凝土的征耐久性與返混凝土所蓮處的環境勁有很大的敵影響，在肆干燥的環坐境下，混謹凝土不僅牛碳化速度慈慢，而且興即使碳化潤層達到鋼遞筋表面，招鋼筋也不述發生銹蝕壟。根據有卡關試驗資申料顯示，看氣候比較男干燥的蘭枕州、長春量等地，鋼涼筋腐蝕較他慢，僅為象北京、濟最南等地莖的掌4嗓至皂5栗左右，而圾常年多雨仰、干濕交戶替頻繁的網武漢、杭匙州地區腐王蝕較快，犯約為北京女、濟南地桿區剪的若./奏4鏈倍。另外活，構筑物幟所處的工鎮業環境和等是否處在容海港浪濺巧區對混凝條土保護層足的設計厚藥度都有不筋同要求。沙我國《混潔凝土結構額設計規范晃》規定的淺最小保護脂層厚度，由在室內正億常環境下更，不同強眨度等級的堂梁、柱保銜護層厚度習均氧為劃虧"%*澤*到，而對處披于露天或撒室內高濕幻度環境的艙梁、柱強幸度等級低乘于萍7"%存弦時宜為帽$%*邊*商，牢7"%粥妄或襪7#8究瞇為駐#%*按*奮。對于水沖工和工業黑腐蝕環境瞎的混凝土騎保護層的宜厚度又有芹不同的規貸定和防護乳措施，所蘆以設計時耍，要根據衣工作環境凡、結構類恢別，選取局合理的混躁凝土保護飄層厚度和臘相關措施娛。思5零.池3億采取技術悟措施確保蘋混凝土保涉護層質量燦（柄1維）保證混薦凝土保護灶層厚度符樓合設計要顯求。要保鉗證保護層匠的厚度控勝制在規定季范圍之內寇，對不同予的構件可闊采取不同蝶的措施。興對豎向構骨件，如墻愿、柱類可衡采韻用餃9瞞急筋和穿墻惡筋進行固漠定，比較鍵好的方法殼可雁用膜+!+扯燃水泥砂漿嚼制成厚度賣同保護層拒，植摩府嚇#8腔**險溜左右見方群墊塊，中汪間穿娘入出""摟摘號扎絲綁廢在主筋上癢控制保護深層厚度。豐對于板類賤件可用馬絮凳與砂漿覽墊塊相結伐合的方法扒，避免在屆施工作業伏時用墊石較子、上提議鋼筋骨架房的方法來僑控制保護貿層的厚度建。尤其對闖懸挑類及嘩其它有負送筋的構件嘴如雨蓬、花現澆板連菌系梁處、端樓梯板等盆要引起足法夠重視。然同時要確敗保模板剛陪度和支撐井牢固，避歉免混凝土粗在澆搗過秋程中由于鞭振動而引效起模板變偽形，導致政結構保護漿層厚薄不血均。壟（富2跟）保證混牙凝土的澆海筑質量。亡施工時，季要嚴格控堵制水灰比宗，在保證芝混凝土和趨易性的條匪件下，盡冤量減少用認水量，降奧低水灰比某，這樣可緊減少混凝典土中的孔青隙。同時者在澆筑混歸凝土前，顯要詳細檢爹查模板的唇接縫，避則免澆筑混震凝土時模川板漏漿。形對于鋼筋悄較密的水塞平構件可哲采用底部口預鋪混凝兔土或通過苗調整骨料價粒徑的辦炮法，防止歇混凝土出車現蜂窩等爭。對于豎縮向構件要集合理控制鎖混凝土的律跌落高度騙，避免出芒現爛根現撐象。鑰（挖3還）對于成釋型混凝土容要適宜的寧養護。在唯實際施工陜中，常常駛發生由于傅養護不周胸造成混凝便土失水，脫導致混凝巨土表面出殼現收縮裂洲縫。所以量對成型的苗混凝土要揮提高對混姨凝土養護悲重要性的所認識，減沉少由此而輕引發的混攻凝土耐久賭性降低。乳（盟4飄）為保證貧鋼筋位置謹的準確，杠混凝土保裁護層應滿槍足設計要鉛求。鋼筋佛的墊塊，燙應采用細抓石混凝土古或水泥砂絮漿制作，穴有條件時飯最好采用亞定型的塑惑料墊塊，鏟不得采用寺石子作墊層塊，嚴禁瓣使用短鋼慌筋作為墊膨塊。磚敵僵（五!