混凝土结构钢筋保护层厚度检测若干问题探讨

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摘要：钢筋保护层厚度检验是工程项目实体检验的关键环节，其质量直接影响到混凝土结构的承载力和耐久性。本文结合相关条例及工程实例，阐述了混凝土结构钢筋保护层的作用及重要性，重点对工程中常见的保护层超厚问题进行了计算分析，并提出了几种检测不合格的处置办法，以供实践参考。

关键词：混凝土结构；钢筋保护层；验收规范；处置方法

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

随着我国社会经济建设步伐的加快，城市建设规模不断扩大，钢筋混凝土结构的建筑工程数量逐渐增加，对工程混凝土结构的质量安全也提出了更高的要求。钢筋保护层是混凝土结构中的重要组成部分，具有保护钢筋不被锈蚀、粘接锚固等作用。但是，如果钢筋混凝土保护层的厚度及质量达不到标准的要求，则会对结构的耐久性和稳定性产生较大的影响，同时出现裂缝、锈蚀等情况的出现，严重威胁到混凝土结构的安全。因此，为加强混凝土结构的施工质量验收，除了在施工过程中确保混凝土结构质量，还应对钢筋保护层进行验证性检查。根据国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2011）（以下简称《验收规范》）规定，工程项目结构实体检验项目包括混凝土强度和钢筋保护层厚度各一项。

1检验范围与验收界限

1.1检验范围

钢筋位移直接影响到受弯构件的结构性能，对受压为主的构件的影响却不是十分明显。《验收规范》规定了梁类构件和板类构件的抽检比例，并强调了悬挑构件作为检查的重点。

1.2《验收规范》的钢筋分项工程规定了钢筋安装位置的允许偏差（见表1）

表1 钢筋安装位置的允许偏差

隐蔽工程验收作为钢筋检查的最后关口并不严密。由于施工扰动等不利因素的影响，钢筋位置的偏差在混凝土终凝前还可能增大。《验收规范》附录E给出了钢筋保护层厚度实体检验的验收界限（见表2）。

表2 纵向受力钢筋保护层厚度实体检验的验收界限

2尺寸偏差的影响

一般来说，正向偏差（保护层厚度大于设计值）对结构构件最显著的影响是承载力降低；而负向偏差（保护层厚度小于设计值）会影响结构的耐久性。

2.1钢筋保护层过薄的危害

①混凝土呈碱性，能在钢筋表面形成一种钝化膜以阻止钢筋被锈蚀。而大气中的CO2会不断向混凝土内扩散并与其中的碱性水化物Ca（OH）2等发生反应，当碳化深度达到钢筋表面时，钢筋即失去保护而可能锈蚀。并且锈蚀产物质体积增大，还会使混凝土开裂，钢筋又因保护开裂而进一步锈蚀。《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）（以下简称《耐久规》）指出，保护层厚度为20mm的钢筋混凝土板，5mm的允许负偏差就可以使钢筋出现锈蚀的年限缩短约40%。保护层对钢筋不受锈蚀起着决定性的作用。

②钢筋与混凝土之间的握裹力主要由钢筋表面与水泥胶体的胶结力、混凝土收缩在钢筋表面产生的摩擦力、混凝土与钢筋表面凹凸不平接触产生咬合力三部分组成。当给钢筋施加拉拔力时，由于该力作用，钢筋周围混凝土产生了圆周方向的拉应力，当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时，保护层的混凝土将产生垂直于钢筋轴向的裂缝，钢筋与混凝土间将产生明显的滑移，致使握裹力丧失，因此，为了保证钢筋与混凝土间的握裹力，就需要一定厚度的混凝土保护层。试验表明，从保证受力钢筋与混凝土间的握裹力角度出发，钢筋保护层的最小厚度应大于或等于钢筋的直径。

③因保护层有一定厚度，钢筋保护层应能够在一定程度上防止钢筋因高温而丧失承载力，温度在一定幅度内变化时，钢筋与混凝土热膨胀系数基本相同，当温度急剧升高，二者的热膨胀系数相差就越来越大，钢筋本身的强度也急剧下降，当温度达到400℃时，钢筋混凝土承载能力严重下降。而混凝土能在一定时间内承受500℃以上的高温的作用而不破坏，因此，混凝土保护层有着一定的隔热保护作用，厚度越大，这种保护作用就越大，随着建筑物耐火等级的提高，钢筋保护层厚度也应相应增加。

2.2钢筋保护层过大的后果

以某矩形梁截面简支梁为例，按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（以下简称《混规》）进行计算（见图1）。

图1混凝土结构计算

尺寸bh=250mm×500mm，混凝土强度等级为C30，纵向受拉钢筋为5Φ28（HRB335级钢筋），受压区配有2Φ14（HRB335级钢筋），环境类别为二a，保护层厚度c=30mm。梁自重25kN/m3承受均布荷载，计算跨度10=6.1m。

2.2.1承载力计算

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（以下简称《混规》）查得基本数据：

fc=14.3N/mm2，ft=1.43N/mm2，ftk=2.01N/mm2，fy=fy′=300N/mm2,As=3079mm2，As′=308mm2，Es=2.0×105N/mm2，Ec=3.0×104N/mm2，ξb=0.55

求受压区高度：

截面有效高度：h0=500-30-14=456mm

本例用一般简支构件计算，保护层超厚5mm会使结构构件正截面抗弯承载力设计值降低4.3%，上排受压钢筋位移对承载力影响不大，本文不进行试算对照。一般连续梁板构件也有类似结论。如果是悬臂结构，或将均布荷载改为集中荷载计算，其承载力将会有更大幅度的降低。

2.2.2裂缝宽度计算

上节所述简支梁，设在荷载效应的准永久组合作用下跨中最大弯矩值Mq=168kN·m，三级裂缝控制等级。根据《混规》的规定进行裂缝宽度计算。

查《混规》得钢筋混凝土受弯构件受力特征系数：αα=1.9

按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：

拉区纵向钢筋等效应力：

裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数:

平均裂缝间距：

裂缝最大宽度：

若纵向主筋保护层厚度因施工误差而超过了实体检验允许偏差5mm，即c=45mm，有效高度h0=441。

本例根据新版《混规》按荷载准永久组合计算得出的跨中最大裂缝宽度，均未超过二类环境、三级裂缝控制等级钢筋混凝土构件所对应的最大裂缝宽度0.2mm的限值。保护层超厚5mm，构件表面裂缝宽度有大幅度增加，但较大的厚度对防止钢筋锈蚀是有利的。对保护层厚度较大的构件，宜采取有效的防裂构造措施，如配置钢筋网片或者采用纤维混凝土，且当外观要求允许的条件下，可以根据实践经验，对规范所规定的裂缝宽度允许值作适当的放大。

2.2.3挠度计算

上节所述简支梁，设在恒载作用下跨中弯矩标准值Mgk=120kN·m，在活载作用下弯矩标准值Mq=120kN·m，准永久值系数q=0.4。根据《混规》的规定进行跨中挠度计算。

短期刚度：

考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数:

跨中挠度计算：

主筋保护层厚度超差5mm时：

由此可见，保护层厚度变厚，构件刚度降低，跨中挠度变大。

3几种处置方法的分析

钢筋保护层不满足要求时，可根据有效的依据对其进行维护、修理、检测、加固或改变使用功能。在结构实体检验中最常见的问题是现浇板支座负筋保护层超厚、悬挑梁（板）纵筋保护层过薄或超厚。

3.1水泥砂浆抹面

当保护层过薄时，可采用水泥砂浆抹面的保护措施。相对于混凝土，水泥砂浆抹面的密实度好能够更好地阻碍大气中的CO2及其它腐蚀性砌体渗入，延缓混凝土碳化速率，从而确保结构的耐久性。

3.2设置防水层

按照《混规》的规定，一般情况下露天悬挑板所处环境为二类，保护层厚度最小为20mm，设置可靠的防水涂料或防水卷材防水层，改善了构件所处的环境，可考虑按照一类环境确定其保护层厚度，最小值可减少5mm，这样既符合《混规》和《耐久规》确定保护层厚度的原则，又减小了表面裂缝宽度，避免外观缺陷。

3.3转换体系进行验算

现浇板支座负筋超厚的情况下，设计人员把现浇连续板当成简支板按纵筋验算跨中正截面受弯承载力，不论支座负筋保护层多厚，都不会影响结构安全，计算结论为“承载力满足设计要求，对周边找平层采取防裂措施”。但是按简支板计算与实际受力分析是不同的。板整体浇筑或嵌固在其支承结构内，支承周边按照规范均应配置大于8@200的上部钢筋。尤其在框架结构中，现浇板支座负弯矩远大于跨中正弯矩。因此，如果出现支座负筋保护层超厚，应仔细验算，慎重处理。

3.4设计加固方案

针对构件的正截面抗弯承载力不足或裂缝宽度超过允许值，可采用碳纤维片材加固法进行加固。碳纤维与传统的粘钢混凝土加固法相比，节省空间，施工简便，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重。另外，碳纤维耐腐蚀、耐久性好，可提高建筑物的使用寿命。

4结语

通过探讨混凝土结构钢筋保护层厚度检验工作可知，保护层厚度正偏差会导致结构承载力降低、增大挠度和增大裂缝宽度。因此，为加强混凝土结构施工质量，工程人员在设计和施工阶段应认真对待，结合构件的具体特点，采取科学合理的技术和方法进行偏差控制，同时加强对混凝土结构钢筋混凝土保护层的认识，以提高工程项目的施工质量。

参考文献

[1] 郭庆.结构实体钢筋保护层厚度检验经验体会[J].山西建筑.2011年第35期

[2] 王奕.探讨混凝土结构实体钢筋保护层厚度的检验[J].城市建设理论研究.2011年第19期