浅谈钢筋混凝土保护层厚度控制

苏州市建设工程质量监督站 翁哲
【简介】钢筋混凝土保护层是关系到钢筋混凝土结构构件力学性能和建筑物使用寿命的重要因素，根据笔者的工作经验的体会，提出几点见解供大家探讨。
【关键字】钢筋 保护层 控制
钢筋混凝土结构是房屋建筑、市政工程中被广泛采用的结构形式。在我们的建设工程质量监督的日常工作中，对钢筋混凝土结构工程实体质量的检查监督无疑是一个重点。由于钢筋混凝土工程量大面广，在检查中我们经常发现一些施工单位在施工过程中对混凝土结构中的钢筋保护层厚度控制不严，造成钢筋位置不准。再加上模板尺寸偏差较大等因素造成钢筋保护层超标，并且在混凝土浇筑后，又不能直观的看到其内部结构，因而给工程质量带来隐患。
除了原材料质量因素以外，钢筋混凝土结构构件的钢筋保护层偏差直接影响到钢筋混凝土构件的力学性能及耐久性，关系到建筑物的使用安全及使用寿命，。因此，参与建设、施工的各方均应足够重视并关注钢筋混凝土结构的保护层问题。下面就笔者参与建设工程质量监督工作以来所积累的经验和体会，对钢筋混凝土结构保护层厚度的控制提出几点见解供大家探讨。
一、对钢筋混凝土结构保护层厚度控制的重要性分析
1、从力学角度分析
钢筋混凝土结构构件是由钢筋和混凝土组成。从原材料的力学性能而言，钢筋具有较强的抗拉强度；混凝土则具有较高的抗压强度，而其抗拉强度却很低。这种组合发挥了它们各自的优势性能，共同承担结构构件所承受的外部荷载。因此，一般我们在考虑钢筋混凝土的受力条件时，着重考虑的是混凝土的受压应力和钢筋的受拉应力。而钢筋混凝土结构构件中钢筋的实际受拉应力是否能与设计计算应力相吻合，主要取决于钢筋在结构中的位置是否正确。这也正是我们要求控制钢筋保护层厚度的主要原因。
一般来讲，无论是梁还是板，受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如挑梁的受力筋应设在构件上部受拉区，如果钢筋保护层厚度过大，轻则由于钢筋不能有效发挥其应有的抗拉作用，而使混凝土受拉应力超标产生裂缝，重则由于悬挑结构上部钢筋所受拉力的力矩高度（h0）变小，而使钢筋受拉应力超标发生结构断裂。此类事故在建设史上并不少见。再比如，大面积的现浇楼板，下排钢筋如果垫得过高，保护层过大，在外加荷载作用下，混凝土下部受拉应力超标，也会产生板底裂缝。
2、从钢筋与混凝土的粘结力分析
钢筋与混凝土之所以能共同工作，是因混凝土硬化并达到一定强度后，两者之间建立了足够的粘结强度，这种相互作用力称为握裹力。钢筋在混凝土中的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握裹力。如果钢筋保护层厚度过小，钢筋过分靠近结构构件的边缘，容易造成钢筋露筋或钢筋受力时表面混凝土剥落，直接导致握裹力的减小。另外，钢筋保护层过小，表层混凝土将随着时间的推移而逐渐碳化，边缘钢筋失去保护作用而导致钢筋锈蚀，钢筋与混凝土之间也会失去粘结力，从而使构件的承载力降低，严重时还会导致整个结构体系的破坏。
3、从构件的耐久性分析
保护层的作用除上所述之外，顾名思义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。影响钢筋混凝土结构耐久性的因素很多，除了特殊的外界因素以外，在一般使用条件下，主要考虑大气的侵蚀而使钢筋氧化生锈。而混凝土不密实、裂缝、钢筋保护层偏小，再加上混凝土碳化以及钢筋的电化学反应等因素就会因此加速这种侵蚀过程。钢筋氧化锈蚀又会导致体积膨胀，致使混凝土保护层开裂造成恶性循环，更加加快钢筋锈蚀进程，从而大大缩短建筑物的使用寿命。因此，保证保护层厚度在设计及规范规定范围之内，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。
对一些特殊环境下的建筑物，如处于腐蚀气体环境下的建筑结构，设计上对混凝土结构的钢筋保护层还要作一些专门的规定，以确保建筑结构的耐久性。
4、从混凝土的防火要求分析
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，环境温度急剧升高，钢筋与混凝土的热膨胀系数是不同的。当钢筋的膨胀值逐渐大于混凝土的膨胀值时，就会损伤和破坏混凝土与钢筋之间的握裹力；此外，当钢筋温度上升到 700℃时，钢筋屈服强度大幅度降低，就会失去与混凝土共同工作的条件，而导致结构破坏。然而，混凝土是不良导热体，它能保护钢筋不会立即受到高温影响，从而延缓结构丧失承载能力的时间，为消防救援赢得时间。对一些特殊建筑或构筑物为提高其耐火等级，设计上还对有些结构构件增加混凝土保护层厚度的具体要求。
二、 国家规范对钢筋混凝土保护层厚度的要求
国标 GB50010－2002《混凝土结构设计规范》在强制性条文中明确规定：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，且应符合表 9.2.1 的规定。
表9.2.1 纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度（mm）
环境
类别 板、墙 梁 柱
≤C20 C20~C45 ≥C50 ≤C20 C25~C45 ≥C50 ≤C20 C25~C45 ≥C50
一类 20 15 15 30 25 25 30 30 30
二类a － 20 20 － 30 30 － 30 30
二类b － 25 20 － 35 30 － 35 30
三类 － 30 25 － 40 35 － 40 35
注：基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm；当无垫层时不应小于70mm。
国标GB50204-2002《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，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＋10mm，－7mm；对板类构件为＋8mm，－5mm。
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。通过这些年的技术发展和检测方法的进步，钢筋保护层的无损检测已在工程中广泛应用并成为常规检测方法之一，各地质量监督站也把对钢筋保护层的检测作为工程主体质量验收前实体抽检的一个重要内容。
三、对钢筋混凝土保护层的施工质量控制措施
1、认真做好图纸会审，技术交底，特别是施工单位对施工班组的交底。在有的设计图纸中，对保护层的厚度会根据情况有不同的要求。比如现浇楼板和梁的保护层厚度，当混凝土强度不同时，其要求的厚度是不一样的。而基础的迎水面保护层厚度通常为5cm，有时甚至要求达到10cm，这都要根据图纸的要求来绑扎钢筋。但我们在实际工作中，经常发现钢筋操作工不看结构图纸总说明而仅凭经验操作。不使用相应的标准垫块，有时为图省事乱用垫块或少用垫块而导致保护层偏差。这些现象都与施工单位不重视技术交底、施工管理不严有关。这些都是人为因素，应该可以完全堵绝的。
2、注重钢筋的翻样工作。施工单位的翻样人员应熟悉图纸及规范的要求。翻样时箍筋的翻样尺寸要正确。对一些钢筋密集，复杂的梁、柱交接处，主梁与次梁的交接处必须放实样，合理安排各方向的主筋与副筋位置。同时确保钢筋在制作时的尺寸正确，给施工现场钢筋安装、绑扎节点创造条件。避免由于交接点处钢筋密集无法安装而造成钢筋挤占保护层位置，从而发生露筋的情况。
3、模板制作的尺寸偏差也会导致保护层的超标，所以还要注意模板工程的制作和安装。制作要规范、尺寸要精确，特别是缩模现象很容易导致钢筋保护层偏小甚至发生露筋现象。
4、重视钢筋的绑扎成型工序。绑扎时要按图纸、规范操作。保证钢筋骨架各部分尺寸及精度，确保主筋位置的安放准确，是避免出现钢筋保护层偏差的前提。
对一些复杂的梁板结构，以及纵横交错的梁柱交接点应在认真交底的基础上，合理安插主、次梁结构主钢筋的位置，并注意施工顺序，避免出现钢筋挤占保护层的情况。
5、安放、绑扎固定钢筋保护层垫块应作为钢筋工程施工中的一个重要环节。苏州地区几年前就已经推广使用塑料垫块或卡撑式定位件等作为确保钢筋保护层的措施，现在在建筑工程上应用已比较广泛，但在我们的工作中还发现不少施工单位不重视这个问题。一个是垫块设置的数量不够，导致钢筋下沉或垫块被压碎、变形的情况屡有发生。我们一般要求是间距0.8~1m应设置一只垫块，如果钢筋直径较小，则还应适当加密垫块的间距。再一个比较普遍的问题就是垫块的混用、乱用，梁、板混凝土的钢筋保护层，即使是相同标号的，其保护层要求也不相同，但在施工现场，有的工人将梁的垫块用作板筋的垫块，而将板筋的垫块用作梁的垫块。在我们一般检测中常发现的问题就是楼板负弯矩钢筋或双层双向钢筋的上排筋保护层偏大，以及悬挑梁上部负弯矩钢筋保护层偏大等问题，应作为钢筋绑扎成型中关注的重点。钢筋工程属于隐蔽工程，是混凝土结构工程施工质量监控的重点。施工单位和监理单位都要认真做好钢筋工程的隐蔽验收。
6、在混凝土浇捣过程中提倡文明施工，注意成品保护。有一些施工单位往往在浇捣混凝土时，无人统一指挥与监督。已绑扎成型并经验收的钢筋网上施工人员毫无禁忌地乱踩乱踏，甚至将设备器具压在上面，造成支撑马墩和垫块被压扁或踩倒，以及混凝土内钢筋弯曲变型或位移。这样就会使钢筋位置及保护层厚度得不到保证。还有在混凝土浇捣过程中振捣无序，局部振捣过分或振动棒触及钢筋骨架，也会使钢筋骨架变形、错位，使保护层厚度不均。因此，在混凝土浇捣施工中，应做到规范操作，除了对易于偏位的钢筋应作有效的固定外，应有专人指挥监督，严禁人员在钢筋上随意行走，振捣要按操作规范要求认真有序操作，振动捧不得随意触及钢筋骨架。
四、结束语
钢筋保护层是一个容易被忽视，然而却非常重要的问题。在我们接触的用户投诉中，很多的楼板开裂、板底露筋泛锈等就是由于钢筋保护层厚度等原因引起的。因此，我们要加强对施工人员的教育和管理，充分认识到钢筋保护层厚度对工程结构的重要性。从设计、施工的每一个环节中，认真对待这个问题，并特别关注负弯矩钢筋的保护层问题，以确保构件的正常使用，提高工程质量，使我们的工程施工技术水平更上一个档次。