浅谈混凝土保护层厚度对结构承载力及耐久性的影响

浅谈混凝土保护层厚度对结构承载力及耐久性的影响

【摘 要】在工程设计和施工的过程中，混凝土保护层的厚度是非常重要的，混凝土保护层的厚度和质量达不到要求的话，会对结构的承载力及耐久性造成很大的伤害。本文就合理确定混凝土保护层的厚度及加强混凝土保护层的保护措施进行相关探讨。

【关键词】混凝土；保护层；厚度；耐久性

1 引言

混凝土保护层厚度的取值对结构的承载力及耐久性设计均有影响。在承载力设计时，为获得较大的内力臂，希望混凝土保护层厚度取的稍小；而在耐久性设计时，为保护钢筋免遭锈蚀，保证钢筋和混凝土间必要的粘结锚固性能，希望混凝土保护层厚度取的稍大。因此在进行结构承载力与耐久性设计时，选择合理的保护层厚度十分重要。

2 混凝土保护层厚度对结构的作用

混凝土保护层是指受力钢筋外缘至混凝土外表面的混凝土厚度，亦称为混凝土保护层厚度。其对结构的作用主要体现在四个方面：

（1）钢筋与混凝土之间的粘结力。钢筋与混凝土之间的附着粘结力主要是由钢筋表面与水泥胶体的胶结力、混凝土在凝固过程中在钢筋表面收缩产生的摩擦力、钢筋表面凸凹不平接触产生的咬合力所组成。粘结力的大小同水泥品种及用量多少有关。同时钢筋和混凝土两种不均质的材料因具有共同的温度膨胀系数（钢筋为1.2/10万，混凝土为 1/10万～1.4/10万），不会因为温度的变化而分离，钢筋表面的不均相，不同外观形状的钢筋粘结

力也不相同。光滑圆钢的粘结力为150～350N/cm2，而螺纹钢为 250～600N/cm2。这同钢筋在混凝土中的位置、密实度有关，更重要的是必须有足够的保护层厚度。

（2）保护钢筋免遭锈蚀。足够的混凝土保护层能很好地保护钢筋不受腐蚀。为使钢筋不在短期发生锈蚀，根据环境因素采取提高混凝土致密性和增加保护层厚度的措施。混凝土结构的突出优点是耐久性好。这是由于混凝土的碱性环境使包裹在其中的钢筋表面形成钝化膜而不易锈蚀。但是碳化和脱钝会影响这种耐久性而使钢筋遭受锈蚀。碳化的时间与混凝土的保护层有关因此一定的混凝土保护层厚度使保证结构耐久性所必需的条件。调查分析表明，我国混凝土结构的耐久性普遍较差，因此从耐久性和可持续发展的观点，我国混凝土保护层的厚度应适当增加。

（3）对构件受力有效高度的影响。从锚固和耐久性的角度，构件在混凝土中的保护层应该越大越好；然而从受力的角度而言，则正好相反。保护层厚度越大，构件截面有效高度就越小，结构构件的抗力将受到削弱。这正是一个事物的两个方面。因此，确定混凝土保护层厚度应综合考虑锚固、耐久性及有效高度三个因素。在能保证锚固和耐久性的条件下可尽量取较小的保护层厚度。新规范给出的保护层最小厚度正是保护层厚度的最低限度取值。

（4）混凝土保护层厚度对承载力的影响。从混凝土的粘结力、耐腐蚀和耐高温分析，保护层厚一些好。但过多的增加混凝上保护层厚度会使结构断面加大，增加构件的自重，减少了截面的有效高度，降低了构件的承载能力。对于普通钢筋混凝土受弯构件，随保护层厚度的增加受力后台使受拉区裂缝的出现提前，而裂缝宽度会迅速增加，超过允许范围。因此从减轻构件自重、提高承载能力和限制受弯构件裂缝宽度来看，保护层薄一些好。所以混凝土保护层厚度一定要适当，过薄超厚都有害无益。

3 提高混凝土保护层作用的相关措施

3.1 合理选择混凝土的保护层厚度

混凝土的耐久性与混凝土所处的环境有很大的影响，在干燥的环境下，混凝土不仅碳化层达到钢筋表面，钢筋也不发生锈蚀。根据有关实验资料显示，气候较干燥的兰州、长春等地，钢筋腐蚀较慢，仅为北京、济南等地的4至5左右，而常年多雨、干湿交替频繁的武汉、杭州地区腐蚀较快，约为北京、济南地区的1/4倍。另外，构筑物所处的工业环境和是否处在海港浪溅区对混凝土保护层的设计厚度都有不同要求。我国《混凝土结构设计规范》规定的最小保护层厚度，在室内正常环境下，不同强度等级的梁、柱保护层厚度均为33，而对处于露天或室内高湿度环境的梁、柱强度等级低于44时为33，33或33为33。对于水工和工业腐蚀环境的混凝土保护层的厚度又有不同的规定和防护措施，所以设计时，要根据工作环境、结构类别，选取合理的混凝土保护层措施。

3.2 采取技术措施确保混凝土保护层质量

（1）保证混凝土保护层厚度符合设计要求。保证保护层的厚度控制在规定范围之内，对不同的构件可采取不同的措施。对竖向构件，如墙、柱类可采用9筋和穿墙筋固定，比较好的方法可用77水泥砂浆制成厚度同保护层，77左右见方垫块，中间穿入66号扎丝绑在主筋上控制保护层厚度。对于板类可用马登与砂浆垫块相结合的方法，避免在施工作业时用垫石子、上提钢筋骨架的方法来控制保护层的厚度。尤其对悬挑类及其它有负筋的构件如雨篷、现浇板连系梁处、楼梯板等要引起足够重视。同时要确保模板刚度和支撑牢固，避免混凝土在浇捣过程中由于振动而引起模板变形，导致结构保护层厚薄不均。

（2）保证混凝土的浇筑质量。施工时，要严格控制水灰比，在保证混凝土和易性的条

件下，尽量减少用水量，降低水灰比，这样可减少混凝土中的孔隙。同时在浇筑混凝土前，要详细检查模板接缝，避免浇筑混凝土时模板漏浆。对于钢筋较密的水平构件可采用底部预铺混凝土或通过调整骨料粒径的办法，防止混凝土出现蜂窝等。对于竖向构件要合理控制混凝土的跌落高度，避免出现烂根现象。

（3）对于成型混凝土要适宜的养护。在实际施工中，常常发生由于养护不周造成混凝土失水，导致混凝土表面出现收缩裂缝。所以对成型的混凝土要提高对混凝土养护重要性认识，减少由此而引发的混凝土耐久性降低。

（4）为保证钢筋位置的准确，混凝土保护层应满足设计要求。钢筋的垫块，应采用细石混凝土或水泥砂浆制作，有条件时最好采用定型的塑料垫块，不得采用石子做垫块，严禁使用短钢筋作为垫块。

（5）严格控制板面负筋的保护层厚度。现浇板负筋一般放置在支座梁钢筋上面，应与梁筋绑扎在一起，另外，采用铁架子或混凝土垫块等措施来固定负筋的位置，保证在施工过程中板面钢筋不再下沉，从而有效控制保护层，避免支座处因负筋下沉，保护层厚度变大而产生裂缝。

（6）防止结构混凝土裂缝。在施工过程中由于施工工艺不当，致使支座负筋下陷，保护层过大，固定支座变成塑性铰支座，使板上部沿梁支座处产生裂缝。

（7）防止结构混凝土裂缝。在严酷的使用环境中，超过一定宽度的混凝土受力裂缝和早期发生的收缩性沿筋裂缝，会加速钢筋锈蚀，影响结构耐久性。

（8）提高混凝土过程的施工质量。第一，在有大气腐蚀的条件下，构件的钢筋绑扎后

立即浇灌混凝土，避免产生锈蚀；第二，钢筋不宜在露天存放，应放在密闭的仓库中，这一点对预应力筋和钢丝尤为重要；第三，切实加强混凝土的早期养护，防止出现早期收缩性裂缝，特别是沿筋裂缝；第四，严格控制拌合物的用水量和水灰比，浇筑应密实、均匀，从严格控制混凝土保护层厚度的负偏差；第五，对于暴露在侵蚀环境中的结构和构件。

其受力钢筋宜采用环氧涂层带肋钢筋，预应力筋应有防护措施，混凝土宜采用有利于提高耐久性的高性能混凝土。

4 结语

混凝土保护层的选择和保护，贯穿于工程的设计及施工的全过程，对于建筑的工程质量起着绝对性的保障作用。因此，一定要根据结构类型和所处环境合理选择设计混凝土保护层的厚度；其次，严格控制施工过程，保证混凝土保护层的质量，后期进行相关养护。

参考文献：

[1]马庆华.汤小平钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算的优化与简捷算法[J].连云港职业技术学院学报，2005（2）.