浅谈混凝土保护层的质量控制

浅谈混凝土保护层的质量控制建筑小蜜蜂发表于2006-6-2423:52:00[出自:王文昕；建筑管理现代化]【摘要】加强混凝土保护层质量控制对提高混凝土结构耐久性和防火能力，具有十分重要意义。同时，也是准确控制梁板柱的受力钢筋位置，确保钢筋混凝土结构承载力所必须的、最起码的要求。1严格混凝土保护层控制的重要性混凝土结构中受力钢筋的位置准确与否，直接关系到混凝土结构的承载力，直接关到混凝土结构的耐久性。而受力钢筋的混凝土保护层厚度符合国家规范，则是准确控制钢筋设计位置所必须达到的最起码的要求。混凝土保护层严格控制除了可以保护钢筋不生锈外，还可以确保钢筋混凝土结构的受力性能、耐久性能和防火性能等。1.1确保混凝土结构受力性能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黏结强度，这种相互作用力称为握裹力。握裹力由3种力组成：一是黏结力，是混凝土颗粒的化学作用产生与钢筋之间的胶合力。二是摩擦力，是混凝土由浇注时的流动状态，凝固硬化在强度增长的过程中，混凝土收缩而紧握钢筋的表面，当结构处于受力状态时，混凝土与钢筋表面产生摩擦力。三是机械咬合力，是钢筋表面凹凸不平与混凝土接触面产生的一种咬合力。其中，以机械咬合力作用最大，约占总黏结力的50%，采用螺纹钢筋或其他变形钢筋能增加咬合力，提高握裹力。正是由于握裹力的存在，为混凝土结构的各种性能和承载力的发挥奠定了坚实的基础。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。用螺纹钢筋与混凝土作握裹力实验表明，钢筋拉拔时其周围混凝土产生拉应力形成拉力影响圈，拉力影响圈内部混凝土裂缝涉及范围大约为钢筋直径的两倍，以此作为主要依据推定混凝土保护层厚度应不小于受力钢筋直径。1.2保护钢筋不锈蚀，确保混凝土结构的耐久性和安全性影响混凝土结构耐久性的因素很多，如化学物质、氯离子侵蚀，冻融破坏，混凝土不密实、裂缝，混凝土碳化，碱一集料反映等。在一定的环境条件下都能造成钢筋锈蚀使结构破坏。钢筋锈蚀后铁锈体积会膨胀2~4倍，致使混凝土保护层开裂，受到潮气或水分渗入，加快钢筋锈蚀，使钢筋直径由减小到锈断，导致房屋建筑破坏，直至倒塌。混凝土保护层保护钢筋防止锈蚀作用是在内外条件无有害物质侵蚀下才有效，但混凝土结构表面的碳化对钢筋锈蚀影响很大，关系到混凝土结构的耐久性和安全性。本来混凝土用水泥的水化物碱性很高，在高碱环境使钢筋表面生成一层致密的钝化膜，从而防止锈蚀。但由于混凝土与大气中有害介质相互作用，产生酸碱中和化学反应，引起混凝土碳化（中性化），结果使混凝土中碱性逐渐减弱，PH值降低会加快混凝土的碳化速度和深度，使钢筋表面钝化膜过早遭到破坏而锈蚀，混凝土保护层失去保护钢筋不锈蚀的作用。保证保护层厚度，就相应地延缓了混凝土碳化深度到达钢筋表面的时间，推迟钢筋锈蚀。如果保护层过小就等于加快了混凝土碳化到钢筋表面的时间，使钢筋早锈蚀，缩短建筑物使用寿命。已有的实验资料（见表1）说明，矿碴水泥混凝土的碳化速度比普通硅酸盐水泥的快，混凝土强度等级低比强度等级高的碳化快。采用普通硅酸盐水泥或较高的混凝土强度等级，能有效延缓混凝土碳化。梁钢筋的混凝土保护层要求是25mm，如果施工失控减少了10mm，就相当于使钢筋提前10年或20年锈蚀，相应地缩短了工程使用寿命。如果钢筋没有混凝土保护层，钢筋将会很快锈蚀，其后果不堪设想。有不少工程受力钢筋外露生锈严重，加固处理费工费时增加成本，使混凝土结构耐久性降低。1.3保护层有防火功能，防止结构急剧丧失承载力混凝土结构在高温条件下或碰上火灾，因保护层有一定厚度，能保护钢筋不因受到高温影响使结构急剧丧失承载能力而倒塌，混凝土一般可耐高温700℃。当发生火灾时环境温度急剧升高，钢筋的膨胀值加快、加大，逐渐大于混凝土的膨胀值，就会损伤和破坏混凝土与钢筋之间的握裹力；当钢筋温度从400℃上升到700℃时，钢筋从屈服强度大幅度降低到钢筋晶格的核心突然膨胀，会影响或失去混凝土与钢筋共同工作的条件，导致结构破坏，直至建筑物倒塌。钢筋在混凝土保护层的包裹之内，可以缓解温度急剧上升，保护层使建筑物有一定的耐火作用。近年来为提高结构耐火等级，对有些结构构件增加了混凝土保护层厚度的具体要求。2控制混凝土保护层厚度应满足新国家标准的强制性要求根据科学实验成果，新国家标准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2的规定。特别需要注意的是，新规范规定的混凝土保护层厚度值是最小厚度值，是满足结构的耐久性和对受力钢筋有效锚固的要求。新规范与1992年版《混凝土结构工程施工及验收规范》相比，对保护层厚度值作了加厚规定：如一类环境，对强度等级≤C20的混凝土板和墙、梁和柱，都加厚了5mm。笔者认为，为确保结构的承载力、耐久性和提高耐火（如柱是关键结构）能力，新规范从严要求受力钢筋混凝土保护层最小厚度十分必要。钢筋安装工程属于隐蔽工程，是混凝土结构工程施工质量控制和监督的重点。现代建筑中混凝土结构工程量大，钢筋工程量大而面广，常见到一些工地没有采取有效措施，在施工中混凝土保护层控制不严，受力钢筋位置控制不准，成品保护差，混凝土结构表面露筋多，观感很差，使混凝土结构的承载力和耐久性受到严重损害。新国家标准GB50204—2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定必须对重要部位进行结构实体检验，主要检验混凝土强度和钢筋保护层厚度。钢筋保护层厚度检验，需要对重要构件，特别是悬挑梁和板构件，以及易发生钢筋位移、易露筋的部位，采用非破损（用先进的钢筋保护层厚度测定仪）或局部破损的方法检验。此时，纵向受力钢筋保护层厚度的允许偏差，对梁类构件为-7~+10mm；对板类构件为-5~+8mm。钢筋保护层厚度检验的合格点率为90%及以上时为合格。当合格点率小于90%，但不小于80%，可再抽取相同数量的构件检验，当两次抽减总和计算的合格点率为90%及以上时才能判为合格。参考文献：[1]GB50010-2002．混凝土结构设计规范[S]．[2]GB50204-2002．混凝土结构工程施工质量验收规范[S]．一、保护层在混凝土工程中的重要性钢筋保护层厚度的控制是钢筋混凝土工程质量中很重要的一环。《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)指出：钢筋的混凝土保护层厚度关系到结构的承载力、耐久性、防火等性能。故除在施工过程中应进行尺寸偏差检查外，还应对结构实体中钢筋的保护层厚度进行检验(第10．1．5条)并规定了钢筋保护层厚度检验的结构部位、构件数量和检验方法(附录E)，可见它的重要性。另外，从最新的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)我们可以看到，相比99年版的旧规范，这方面的要求也提高了。主要表现在保护层厚度的数值比旧规范严了，相应的混凝土强度等级范围有所扩大(见附表一)。归纳起来，钢筋混凝土保护层具有以下几个作用和影响：1、维护结构耐久性混凝土中保护层太薄容易渗入潮湿气体和水，过厚则易产生裂缝，这些都可能使钢筋锈蚀并膨胀，从而使混凝土遭受破坏，影响使用和结构安全。2、承受外力作用保护层对钢筋有锚固力，利用混凝土与钢筋间的锚固力，两者紧密结合，共同参与工作。保护层过薄或缺失时，减低了它的锚固力从而降低了结构抵抗轴力和弯矩的作用。3、从正截面受弯承载力计算公式M≤alfcbx(h0一x／2)+fy＇AS＇(ho--as＇)一(σpO＇一fpy＇)Ap＇(ho--ap＇)可以看出，当面筋保护层过厚导致截面有效高度h0减小时，将降低截面受弯承载力。可见保护层厚度是影响结构承载力多么重要的因素。4、防火保护层混凝土具有一定的隔热作用，遇到火灾时能对较易软化的钢筋进行保护，如果保护层厚度过薄，在高温环境下容易开裂，致使钢筋因过热而降低强度从而破坏整体结构。2003年湖南衡阳某工程就因大火燃烧产生的高温高热使钢筋软化导致坍塌并造成重大伤亡事故。因此，在当前的质量验收工作中保护层厚度的控制越来越受到重视，新规范规定在验收过程中要进行一、关于发布国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》的通知建标[2002]63号根据建设部《关于印发一九九八年工程建设国家标准制定、修订计划（第二批）的通知》（建标[1998]244号）的要求，中国建筑科学研究院会同有关单位共同修订了《混凝土结构工程施工质量验收规范》。我部组织有关部门对该规范进行了审查，现批准为国家标准，编号GB50204—2002，自2002年4月1日起施行。其中4.1.1﹑4.1.3﹑5.1.1﹑5.2.1﹑5.2.2﹑5.5.1﹑6.2.1﹑6.3.1﹑6.4.4﹑7.2.1﹑7.2.2﹑7.4.1﹑8.2.1﹑8.3.1﹑9.1.1为强制性条文,必须严格执行。原《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204—92和《预制混凝土构件质量检验评定标准》GBJ321—90同时废止。本规范由建设部负责管理和对强制性条文的解释，中国建筑科学研究院负责具体技术内容的解释，建设部标准定额研究所组织中国建设工业出版社出版发行。中华人民共和国建设部2002年3月15日二、前言要规范是根据建设部《关于印发一九九八年工程建设国家标准制订、修订计划（第二批）的通知》（建标[1998]244号）的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位对《建筑工程质量检验评定标准》GBJ301—88中第五章、《预制混凝土构件质量检验标准》GBJ321－90和《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204—92修订而成的。在修订过程中，编制组开展了专题研究和工程试点应用，进行了比较广泛的调查研究，总结了我国混凝土结构工程施工质量验收的实践经验，坚持了“验评分离、强化验收、完善手段、过程控制”的指导原则，并以多种方式广泛征求了有关单位的意见，最后经审查定稿。本规范规定的主要内容有：混凝土结构工程及分项工程施工质量验收标准、内容和程序；施工现场质量管理和质量控制要求；涉及结构安全的见证及抽样检测。本规范将来可能需要进行局部修订，有关局部修订的信息和条文内将刊登在《工程建设标准化》杂志上。本规范以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。为了提高规范质量，请各单位在招待本规范过程中，注意总结经验，积累资料，随时将有关的意见和建议反馈给中国建筑科学研究院（通讯地址：北京市北三环东路30号；邮政编码：100013；E：[e-mail]），以供今后修订时参考。本规范主编单位、参编单位和主要起草人：本编单位：中国建筑科学研究院参编单位：北京建工集团有限责任公司北京城建集团有限责任公司混凝土公司北京市建设工程质量监督总站上海市第一建筑有限公司中国建筑第一工程局第五建筑公司国家建筑工程质量监督检验中心中国人发解放军工程质量监督总站北京市建委开发办公司主要起草人：徐有邻程志军白生翔韩素芳艾永祥李东彬张元勃路来军马兴宝高小旺马洪晔蒋寅彭尚银周磊坚翟传明1总则1.0.1为了加强建筑工程质量管理，统一混凝土结构工程施工质量的验收，保证工程质量，制定本规范。说明：1.0.1编制本规范的目的是为了统一和加强混凝土结构工程施工质量的验收，保证工程质量。本规范不包括混凝土结构设计、使用和维护等方面的内容。1.0.2本规范适用于建筑工程混凝土结构施工质量的验收，不适用于特种混凝土结构施工质量的验收。说明：1.0.2本规范的适用范围为工业与民用房屋和一般构筑物的混凝土结构工程包括现浇结构和装配式结构。本规范所指混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构，与现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的范围一致。本规范的主要内容是在《建筑工程质量检验评定标准》GBJ301-88中第五章、《预制混凝土构件质量检验评定标准》GBJ321-90和》《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-92的基础上修订而成的。1.0.3混凝土结构工程的承包合同和工程技术文件对施工质量的要求不得低于本规范的规定