浅析混凝土保护层的作用及设计控制

羊伟庆

混凝土结构的耐久性问题在结构的设计和施工中容易被忽视，我国的混凝土结构耐久性问题十分严重，部分已经影响结构的经济使用寿命，还危及结构安全。混凝土结构耐久性主要取决于钢筋和混凝土两种材料。为了确保钢筋的使用寿命，在结构设计和施工过程中选择和确保适当的混凝土保护层厚度非常必要。混凝土构件的耐久年限主要取决于混凝土保护层完全被碳化所需要的时间，增加混凝土保护层厚度，可以保证结构的使用寿命，但过厚的保护层会使受弯构件开裂弯矩降低，并容易导致构件过早出现裂缝，反而对结构耐久性有不利影响，因此在具体的钢筋混凝土结构设计中必须合理的确定混凝土的保护层厚度。

1 钢筋混凝土保护层对结构的影响

1.1 钢筋混凝土结构特点及保护层的作用

钢筋混凝土保护层在保证结构受力性能、结构安全和持久性、结构耐火性能等方面具有重要作用。钢筋混凝土构件由钢筋和混凝土组成，钢筋有较强的抗拉、抗压强度;混凝土抗压强度较高，但抗拉强度只有抗压强度的1/10左右。钢筋和混凝土的线膨胀系数接近，两者结合能发挥各自的材料强度，提高构件的承载力，且能很好地协调工作，改善混凝土的脆性。钢筋与混凝土之所以能共同工作，还因混凝土硬化并达到一定强度后，两者之间能建立足够的粘结强度。混凝土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粘结力。如果钢筋保护层厚度过小，钢筋过分靠近结构构件的边缘，容易造成露筋和表面混凝土剥落。此外，混凝土保护层对钢筋还起到化学保护作用，在混凝土的包裹下钢筋处在碱性环境中，就不容易被酸性介质腐蚀，在表层混凝土随着时间的推移而逐渐碳化后，边缘钢筋失去保护而导致钢筋锈蚀，钢筋与混凝土之间也会逐渐失去粘结力，从而影响构件的耐久性。

1.2 保护层对钢筋混凝土结构承载力的影响

钢筋混凝土受弯构件截面承载力设计时，采用了基本假定，混凝土开裂后拉应力完全由钢筋承担，抵抗弯矩 M与截面的有效高度成正比，即h0(受拉钢筋合力作用点到混凝土受压区边缘的距离)越大，受拉钢筋离混凝土受压区越远，单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大，这样钢筋发挥的力学效能也就越高。保护层过厚时，会使截面的有效高度 h0减小，削弱构件的承载能力，特别是对那些截面高度较小的构件，这种情况更明显。

1.3 保护层对钢筋混凝土结构耐久性的影响

保护层还起着保护钢筋不被锈蚀的作用，以确保钢筋混凝土结构的耐久性。在钢筋混凝土结构中，保护层作用体现在两个方面:1)物理保护，混凝土紧紧包裹在钢筋表面，保护钢筋免受外力和环境中有害物质的直接侵害;2)化学保护，混凝土的初始碱度较高，能在钢筋表面形成一种致密的钝化膜，可避免钢筋锈蚀。在设计时合理确定保护层厚度并保证施工质量，就能最大程度的保护钢筋免受锈蚀，延缓混凝土碳化深度到达钢筋表面的时间，确保结构的使用年限。此外，保护层对混凝土内部的钢筋还具有一定的防火功能。当建筑结构发生火灾时，保护层能延缓结构丧失承载能力的时间，为消防救援赢得时间。

2 保护层厚度的影响因素及相关的规范要求

GB 50010-2002混凝土结构设计规范根据环境类别、构件类型及混凝土强度、钢筋直径等规定了混凝土保护层的最小厚度。纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层最小厚度(钢筋外边缘至混凝土表面距离)不应小于钢筋的公称直径，且应符合规范中表9.2.1的规定。规范规定，对梁、柱中纵向受力钢筋保护层厚度大于40 mm时，应采取有效防裂构造措施，通常是在混凝土保护层中离构件表面一定距离处增设由细钢筋制成的构造钢筋网片。GB 50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范特别提出了对钢筋保护层厚度的检验规定，对检验的结构部位和构件数量及验收方法，都做了明确的说明，并对检验的允许偏差范围做了规定:钢筋保护层厚度检验时，纵向受力钢筋保护层厚度的允许偏差，对梁类构件为+10 mm，-7 mm;对板类构件为+8 mm，-5 mm。现行规范不仅对钢筋验收时钢筋保护层厚度做出了具体要求，并且对混凝土的钢筋保护层提出了检测的要求，只对受弯构件梁、板进行钢筋保护层厚度的实体检验，并且强调悬臂构件应作为检查的重点。

3 保护层厚度的设计控制

3.1 注意保护层厚度与截面的有效高度

在钢筋混凝土楼盖设计中，在梁与柱、梁与梁、板与梁相交处须给予专门考虑，以保证各部钢筋能互相避开而仍保持正确的保护层。在主梁的支座处，次梁与主梁的支座负筋相互交叉，主梁的负筋在次梁的负筋下面，见图1。因此，计算主梁支座钢筋时，其截面有效高度应较一般取值低:对单排钢筋，h0=h-(50～60)mm，对双排钢筋，h0=h-(70～80)mm，这一点在设计时应予以充分重视，否则会造成构件的截面实际承载力小于计算承载力。

3.2 注意环境类别的确定

钢筋的腐蚀与环境类别有关，为防止混凝土碳化，延缓钢筋锈蚀，保证耐久性，板面钢筋的混凝土保护层厚度必须达到规范规定值要求。在具体的工程设计过程中必须结合工程使用特点确定环境类别，从而确定合理的保护层厚度。如在普通住宅中，卫生间和厨房一般比卧室和客厅等部位要潮湿，另外在装饰施工过程中很多家庭都要改变原有预埋管线，不可避免的要在原有现浇楼板上开槽埋管等，对板面混凝土保护层会造成较大的损伤，因此厨房和卫生间等潮湿房间的现浇楼板保护层应适当增厚5 mm。另一方面，为保证板面钢筋的抗弯承载力，以及防止板面混凝土收缩导致混凝土开裂，板面钢筋应选择较细直径，且施工时应设置足够的支撑将负筋撑起靠近板面。

4 结语

钢筋混凝土构件保护层厚度直接影响构件的承载力和耐久性，在结构设计时必须予以充分重视，依据规范要求，严格按照设计使用年限、环境类别、构件类型、混凝土强度等确定混凝土保护层厚度的设计值。保护层的控制，合理的设计是前提，在施工中严格控制施工质量，采取合理的技术和管理措施保证钢筋的位置是关键。

[1] GB 50010-2002，混凝土结构设计规范[S].

[2] 蒋利学，陆伟杰.混凝土结构中钢筋保护层厚度的控制[J].工业建筑，2005，35(sup):179-183.

[3] 宋晓冰，刘西拉.结构耐久性设计的混凝土保护层厚度[J].工业建筑，2001，31(10):37-93.

[4] 黄贤增，余小江.混凝土结构耐久性设计的一些建议[J].山西建筑，2008，34(31):41-42.

[5] 舒士霖.钢筋混凝土结构[M].第2版.杭州:浙江大学出版社，2002:37-38.