【文章內容簡介】 身很讓容易碳化，碳化給鋼筋的銹蝕就造成了很不利的影響，會給銹蝕提供一個外部條件。混凝土碳化了，就會造成很不好的影響，對鋼筋混凝土結構的耐久性和安全造成威脅。 （ 2）保證鋼筋和混凝土能共同工作，確保結構受力性能：鋼筋和混凝土是由兩種不同性質的材料組成的，確保他們能共同工作是基本首要的事情。混凝土能夠發(fā)揮較好 的抗壓性能是典型的脆性材料，鋼筋是抗拉性能較好的延性材料。這兩種材料各自帶了自己的優(yōu)勢，就組合成了具有抗彎抗 9 扭抗壓抗剪等結構性能俱全的各種用之非常廣泛的結構形式的建筑物或結構物。 混凝土與鋼筋共同工作的保證條件，就依靠混凝土和鋼筋之間有足夠的粘結力： 1）化學膠結力 即為 混凝土與 鋼筋 接 觸面上的化學吸附 力。此 種力一般很小， 一旦 接觸面發(fā)生相對滑移 便會 消失，僅 會在 無滑移區(qū) 局部 起作用。 2）摩擦力 即為 混凝土收縮后 緊緊裹住 鋼筋而產生的力。鋼筋和混凝土之間的 接觸面越粗糙、 擠壓力越大 ， 則摩擦力越大。 對于 光面鋼筋 來說 壓入試驗 得到的粘結強度 要 比拉拔試驗大，這是 由于鋼筋受壓 會 變粗，對混凝土的擠壓力 增大 ，使摩擦力增大所致。 3）機械咬合力 即為 混凝土產生的機械咬合力與 鋼筋表面凹凸不平作用而產生的力。變形鋼筋的橫肋產生 此 種咬合力， 此種 咬合作用 力 往往很大， 且 是變形鋼筋粘結力主要 的 來源 力 。 4） 鋼筋端部的錨固力 即為 一般是在鋼筋端部彎鉤彎折 區(qū)域 ，在錨固 區(qū)域 焊短角鋼 、短鋼筋 等方法 用 來提供錨固力。 [4] 各種粘結力在不同情況 之 下（ 不同受力階段、構件部位 和 鋼筋的截面形式 ）發(fā)揮自己的 作用。機械咬合力提供 主要 的粘結應力，但 若 布置不當， 就 會產生大滑移、裂 縫 甚至 局部混凝土破碎等現象。 要有足夠的粘結力就一定要保證鋼筋有足夠的混凝土保護層。保護層厚度小于一定的值，鋼筋與混凝土直接的粘結力就會受到影響。所以規(guī)范特別規(guī)定了在某種情況下對應的最小保護層厚度值。 （ 3）增強結構的耐火性能：混凝土與鋼筋都屬于非燃燒體， 用 砂石 作為 骨料的混凝土一般可 以耐高溫 700℃左右?；馂臏囟榷己芨?，遠遠非 700℃，鋼筋混凝土材料不能直接接觸到火源，同時也應避免高溫輻射。在火災高溫的情況下，鋼筋溫度很快就上升，他的屈服點、彈性模量、抗拉強度都急劇下降。溫度一旦達 600℃時 ,強度接近于零， 導致結構破壞。有一層保護層就可以起到一定的拖延保護作用。在災害面前能多一秒就可以多救些生命財產。 若是由于某些 施工原因造成保護層過小，一旦建筑物發(fā)生了火災，就會造成建筑物耐火等級或耐火極限減小。這些因素在設計時均應考慮，鋼筋混凝土保護層應該按建筑物耐火等級規(guī)范規(guī)定的厚度設計，遇有火災可保護結構、延緩結構破壞時間，可為人口疏散和物資轉移提供一定的緩沖時間。如果保護層過小，就會失去這個緩沖的時間，造成生命、財產的更大損失，這種損失是無發(fā)彌補的，只能防范于未然，認真遵守規(guī)范。 規(guī)范中 有很多關于保護層的規(guī)定，《混凝土結構設計規(guī)范》 條，規(guī)定縱向受力的普通鋼筋及預應力鋼筋，其混凝土保護層厚度 (鋼筋外邊緣至混凝土表面的距離 )不應小于鋼筋 10 的公稱直徑，且應符合下表的規(guī)定。一般設計中是采用最小值的。 縱向受力鋼筋的混凝土保護層最小厚度 (mm) 環(huán)境類別 板、墻、殼 板、墻、殼 板、墻、殼 梁 梁 梁 柱 柱 柱 ≤ C20 C25C45 ≥ C50 ≤C20 C25C45 ≥C50 ≤C20 C25C45 ≥C50 一 20 15 15 30 25 25 30 30 30 二 a 20 20 30 30 30 30 二 b 25 20 35 30 35 30 三 30 25 40 35 40 35 其中一類環(huán)境為室內正常的環(huán)境；二類環(huán)境 a 為室內潮濕的環(huán)境，非嚴寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；二類環(huán)境 b 為寒冷和嚴寒地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；三類環(huán)境為使用除海洋鹽堿的環(huán)境、嚴寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動的環(huán)境、濱海室外環(huán)境。 [5] 其他一些規(guī)范對保護層的規(guī)定。 第 處于一類環(huán)境且由工廠 生產的預制構件，當混凝土強度等級不低于 C20時，其保護層厚度可按本規(guī)范表 5mm，但預應力鋼筋的保護層厚度不應小于 15mm。處于二類環(huán)境且由工廠生產的預制構件，當表面采取有效保護措施時，保護層厚度可按本規(guī)范表 中一類環(huán)境數值取用。 預制鋼筋混凝土受彎構件鋼筋端頭的保護層厚度不應小于 10mm。預制肋形板主肋鋼筋的保護層厚度應按梁的數值取用。 第 板、墻、殼中分布鋼筋的保護層厚度不應小于本規(guī)范表 10mm，且不應小于 10mm；梁、柱中箍筋和構造鋼筋的保護 層厚度不應小于 15mm。 第 條 當梁、柱中縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度大于 40mm時，應對保護層采取有效的防裂構造措施。 處于二、三類環(huán)境中的懸臂板，其上表面應采取有效的保護措施。 第 條 對 于 有防火要求的建筑物，其混凝土保護層厚度尚應符合國家現行有關標準的要求。 11 處于四、五類環(huán)境中的建筑物，其混凝土保護層厚度尚應符合國家現行有關標準的要求。 誠然，鋼筋混凝土的保護層很重要，但也并非越厚越好。鋼筋混凝土偏厚 ，首先直接能就導致浪費了混凝土。一處偏大一點不要緊，但是全部都偏大一點，對于一個工程來說就不會只是浪費那么一點了，顯得不經濟。 第二、對截面承載力而言，保護層每加厚一點截面有效高度就減少相應的值，截面有效高度降低承載力就自然而然會下降，承載力就會大大地被削弱。然后就需要額外的受力鋼筋來彌補。在這個鋼材價格一天一個價的年代，浪費鋼材就是浪費一把把的鈔票。設計院設計建筑物首先考慮的是安全，安全第一是絕對應 該遵循的原則，無論干什么安全是肯定不能忽略的。在這個經濟社會下，在保證安全的情況下不能過于保守，經濟性要放在 第二位考慮，不然安全過頭了，施工方就沒錢掙了。在這個能源稀缺的時代，也是違背可持續(xù)發(fā)展的原則的。 第三、如果保護層超過一定厚度，就會導致在構件表面出現較大的溫度裂縫和收縮裂縫，還會直接削弱鋼筋混凝土構件的承載能力。研究發(fā)現隨著保護層厚度的增大，異形柱的截面曲率延性會迅速降低，在較大的保護層厚度的情況下即使配箍率配和筋率都取到最大值（在材料和截面形狀確定的情況下）依然會出現截面曲率延性低于《規(guī)程 》規(guī)定值的情況。截面曲率延性下降對抗震很不利，在地震情況下要求結構具有延性不會一下子就倒塌破壞，以免造成很大的破壞 。另外對于懸挑構件，保護層偏厚會造成的后果更加嚴重更明顯。以下是一個懸挑似陽臺板的實例：例如一懸挑式陽臺板，板厚 12cm采用Ⅰ級鋼筋φ 12@120，混凝土強度為 C20，設計保護層厚度為 15mm，由于某些施工原因，鋼筋下移，實際測得保護層厚度分別為 25mm、 35mm、 45mm 等，其承載力結果計算見下表。 表 保護層變化影響承載力變化 保護層 /mm 15 25 35 45 計算彎矩 /（ kN m） 承載力下降 /% 0 以設計保護層厚度 15mm為基準，則當由于某些原因導致保護層厚度為 25mm、 35mm、 45mm時，承載力分別下降 %、 %、 %，即保護層若相差 10mm，則承載力下降 10%左右。對于一些 12 梁、柱構件，同理也可計算，保護層厚度增大相應的值時，都將引起這些構件的承載能力下降一定得數值。承載能力下降，這樣必將引起承載力不夠失穩(wěn)破壞。 [6] 前面已經列舉了鋼筋保護層的重要性，說明保護層在鋼筋混凝土結構中起著舉足輕重的作用?，F在中國普通的商品房擁有期限為 70年，設計時耐久性年限為 50年，但其實連 50年也沒有。我國鋼筋混凝土結構的質量 并不 理想，存在嚴重的耐久性問題。當今世界，混凝土破壞原因按重要性遞升 順序排列是： 侵蝕環(huán)境下的物理化學作用、寒冷氣候下的凍害 、 鋼筋銹蝕這是美國加州大學的EK． Mehta 教授在第二屆混凝土耐久性國際學術會議上指出的。說明鋼筋銹蝕是耐久性失效的主要原因，同時在正常的氣候條件鋼筋混凝土結構的耐久性問題就是鋼筋銹蝕問題。 鋼筋銹蝕引起的結構破壞已經成為世界各國普遍關注的一大災害。在中國舟山和深圳的某些建筑，因為濫用海砂，還沒使用就已發(fā)生鋼筋銹蝕破壞。 1985年建造的西 安某教學樓，因為加氯鹽作為防凍劑，梁、柱等混凝土構件中鋼筋腐蝕嚴重，只好在第二年年進行加固修復；在路橋工程中，鋼筋腐蝕引起的橋梁破壞問題也隨著我國高速公路和城市立交橋的大量建設逐漸顯露出來了，鹽漬土地區(qū)、受氯鹽污染的沿海地區(qū)和廣大北方撤除冰鹽地區(qū)的高速公路橋和市政橋梁破壞已十分嚴重，并已成為一個非常突出的災害性問題。如哈爾濱大慶公路在建成 5 年后，混凝土就出現嚴重的層裂和順筋開裂、剝落；在水利工程中，如 1964年到 1987年江蘇省對 60多座擋潮閘進行耐久性調查，發(fā)現鋼筋腐蝕導致上部結構破壞的占 88％，其中嚴重 破壞的占 53％，主筋截面損失率達 41％。 同樣在國外，鋼筋銹蝕導致結構破壞的事故也不能幸免，造成了巨大損失。其中混凝土中鋼筋銹蝕造成的損失約占 40％在英國，如英格蘭島中部環(huán)形線的快車道上有 11 座混凝土高架橋，建造費用 2800 萬英鎊，建于 1972年，建成兩年后就發(fā)現鋼筋銹蝕造成混凝土順筋裂縫破壞，根據運輸部門 1989 年的報告，英格蘭和威爾士有 75％的鋼筋混凝土橋梁受到氯離子侵蝕，維護維修費用是原來造價的兩倍，為解決海洋環(huán)境下鋼筋混凝土結構銹蝕與防護問題，每年花費近 20 億英鎊，到1989 年為止，其修補費用高達 4500 萬英鎊。同樣在美國，美國標準局調查表明，美國全年各種因銹蝕造成的損失為 700多億美元 [7]。 鋼筋銹蝕問題如此嚴重，國際國內各相關部門也很重視，成立了相關部門小組研究鋼筋銹蝕問題。對于鋼筋銹蝕，《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》 明確規(guī)定對于自然環(huán)境中的銹蝕問題，主要用混凝土保護層來保證構件的耐久性對于特殊工業(yè)腐蝕環(huán)境中的銹蝕問題，可以考慮使用表面防護措施來處理。因此，對于絕大多數暴露在大氣環(huán)境中的混凝土結構，鋼筋的保護層的質量和厚度成為 13 構件耐久性的基本保證?？梢灾v，銹蝕問題的耐久性設計，就是鋼筋保護層的設 計。 水泥水化后的混凝土孔隙中，充滿了飽和的氫氧化鈣堿性溶液，這種溶液能在鋼筋表面堿性的致密的鈍化膜保護鋼筋。這層鈍化膜會防止氯離子，水分子、氧分子的侵入，從而保護鋼筋銹蝕?；炷辆哂忻毠?— 孔隙結構的特點，這些毛細管孔隙包括水泥石中的 凝膠孔及毛細孔隙 ， 還有集料和水 泥石接觸處的孔穴，混凝土成型時殘留下來的氣泡，以及等等。此外，還可能存在 了因為 水泥石的溫度變形 以及 干燥收縮而引起的微裂縫。 對于 普通混凝土 它的 孔隙率一般不少于 百分之 8 到10。 空氣中的二氧化碳分子會通過混凝土微小的毛細孔隙擴散到鋼筋混凝土結構內部，一 點點地滲入，遇到水分子就發(fā)生反應中和了氫氧化鈣堿性溶液，破壞了鈍化膜。這個過程就是所謂的碳化。[8]混凝土碳化有 降低滲透性和能 增加混凝土強度的作用，這可能是 由于 碳酸鈣的沉淀減少了水泥石的孔隙及 碳化 釋放出 的水分 能 促進水泥的水化。但混凝土碳化 之 后， 它的 堿性 會 降低， 就會 加快鋼筋 的 腐蝕。碳化接著就會引起混凝土收縮，收縮務必會讓混凝土表面產生裂縫，這樣就會導致結構的承載力降低，并且有裂縫了之后會加速它的碳化。鈍化膜完全破壞之后，水分子和氧氣分子就會把鋼筋給氧化生銹，鋼筋銹蝕之后體積就會脹大，把混凝土保護層給拱開最終導 致混凝土結構的“土崩瓦解”。 碳化有一定的系數，一般大氣環(huán)境條件下鋼筋開始銹蝕時間的計算公式為： 20cxt=( )A 式中： t為鋼筋開始銹蝕的時間 單位為 a C 混凝土保護層厚度單位為 mm； 0x 碳化殘量 (在鋼筋開始銹蝕時用酚酞試劑測出的碳化前沿到鋼筋表面的距離 mrn)； A 混凝土碳化系數。 [9] 從鋼筋開始銹蝕時間的計算公式中可以看出，在碳化系數確定的情況下（碳化系數跟外界環(huán)境、材料因素、養(yǎng)護方法等等都有關系）混凝土 保護層越厚，鋼筋開始銹蝕的時間會越長，結構越安全。并且可以得出以下結論： 1)鋼筋脫鈍開始銹蝕所需時間與保護層厚度平方成正比； 2）混凝土保護層厚度每減少 10mm 混凝土的透氧量增加 10%左右； 3）耐久性可靠指標平均提高 厚度需增加 5mm ； 4)一般正常環(huán)境下混凝土保護層厚度每減少了 25% 混凝土碳化到鋼筋表面所需的時間就縮短 50%。碳化不是一朝一夕就能完成的，需要慢慢滲入，如果保護層足夠厚的話，在基準年限之內就可以避免銹蝕到鋼筋表面，這樣就可以提高鋼筋混凝土結構的耐久性，少出些工程事故！可以說鋼筋在鋼筋混凝土結構中和保護層是唇齒關系，“唇亡則齒寒”，保護層厚度是體現混凝 14 土抗拒外部侵蝕鋼筋的重要指標，因此保護層保證一定的厚度是鋼筋混凝土耐久性的保證。 保護層偏大和偏小都會對鋼筋混凝土結構造成如此致命的毀壞。不得不承認控制保護層施工誤差具有重要的經濟意義最主要的是能有益于結構的強度和耐久性。而且混凝土保護層是隱蔽工程，只有剛開始施工的時候控制好了才能保證結構的安全，事后很難補救?；炷帘Ｗo層是鋼筋混凝土結構中至關重要的一關，一定要做好質量工作，保證結構的耐久性。