混凝土保护层厚度对结构承载力和 耐久性 的影响.doc

混凝土保护层厚度对结构承载力和 耐久性 的影响 【摘要】在工程设计和施工中，混凝土保护层的厚度非常重要，如果混凝土保护层达不到设计规范和图纸要求，容易造成建筑物构件表面裂缝、钢筋过早锈蚀等缺陷，甚至降低建筑物结构强度、耐久性等。因此，首先应在工程设计中根据建筑物结构类型和所处环境合理选择设计混凝土保护层厚度;其次，严格施工过程控制，即采取保证保护层设计厚度的手段，控制钢筋位置、模板的位置和拆除时间，以及对混凝土的足期养护。 【关键词】混凝土保护层耐久性影响因素措施 1引言 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)和《混凝土结构工程施工及其验收规范》中对各类钢筋的混凝土保护层厚度按照使用环境类别、结构类别和混凝土强度等级的不同分别做出了相应的规定。而且是在《混凝土结构设计规范》89版的基础上，进一步细分了各项规定。不仅对受力主钢筋保护层有规定，对箍筋和构造筋的保护层厚度也做出了相应规定，这充分说明保护层在混凝土结构中的重要性，并突出地反应在混凝土保护层对结构承载能力和耐久性的影响上。 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三个方面: 1.1钢筋与混凝土之间的粘结锚固。混凝土结构中钢筋作用体现为钢筋与周围混凝土之间的粘结锚固作用。受力钢筋(尤其是变形钢筋)与混凝土之间的咬合作用是构成粘结锚固的主要成分，这很大程度上取决于混凝土保护层的厚度，混凝土保护层越厚，则粘结锚固作用越大。新规范中受力钢筋的锚固长度即是以混凝土保护层厚度不小于受力钢筋的直径为条件确定的。 1.2保护钢筋免遭锈蚀。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。但是混凝土的碳化和钢筋的脱钝会影响这种耐久性而使钢筋遭受锈蚀。混凝土的碳化的深度与混凝土的保护层厚度和混凝土存在的环境有关，因此一定的混凝土保护层厚度是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。 13对构件受力有效高度的影响。从锚固和耐久性的角度，钢筋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。 2混凝土保护层厚度和质量对结构承载力的影响 2.1影响原理 作为截面的有效高度h0，它的变化对结构的受力会产生很大的影响。以单筋矩形截面梁的受弯承载力为例，计算示意简图见图1。 图1单筋矩形截面受力示意图 当设计弯矩值M-定时，随着h0的减小，有可能出现Mα1fcbx(h0-x/2)的情况，这样势必使构件的实际承载力达不到抵御外力的要求。从而降低了结构的承载能力和安全储备。同时，由相对受压区高度ξ=x/h0=fyAs/α1fcbh0可知，当在其它条件不变的情况下，减少h0，就有可能增大ξ，出现ξξb的现象，规范规定ξ≤ξb，如果ξξb就会造成构件超筋。由于超筋构件不能充分利用钢筋强度，其破坏时，受压区的混凝土首先被压碎，裂缝开展不充分，挠度不大，带有突然性，破坏前没有明显的预兆，容易形成脆性破坏，这在结构设计中是不允许出现的。但在工程实际施工时由于人为的作用，可能会造成这种状况的发生，为工程的使用埋下隐患。 2.2原因分析 造成混凝土保护层厚度偏小主要有设计和施工两方面的原因。而设计上造成混凝土保护层厚度偏小，绝大部分并非是设计的错误。国内在结构设计过程中有这样的倾向:设计中考虑强度多而考虑耐久性少;重视强度极限状态而不重视使用极限状态;重视结构的建造而不重视结构的维护。这些都削弱了结构的耐久性，严重影响到结构的安全性。这也与旧的结构规范在制定中考虑的是我国当时的情况:混凝土强度等级不高、耐久性要求偏低等原因，而对混凝土保护的规定值有些偏小有一定的原因。 施工过程中，钢筋位置和混凝土施工质量对确保混凝土保护层厚度至关重要。由于施工因素，造成混凝土保护层厚度不满足设计图纸的主要原因有: a负弯矩钢筋施工下沉。尤其是混凝土板类构件，由于配筋多为HPB235级钢筋，材质本身刚度低，当无可靠支撑时，施工过程中由于受浇筑混凝土时的冲击力和施工人员的踩踏，多有变形下沉。有的甚至降到中和轴以下，致使结构的受力性能发生改变。(这一条是混凝土保护层太大的原因) b水平构件施工时，为了保证构件底部的保护层厚度，防止钢筋下沉，在浇筑混凝土过程中，用外力上提钢筋骨架造成构件底部钢筋保护层过厚，h0值减小。 c竖向构件施工中，由