浅析钢筋混凝土结构中钢筋保护层的作用

王伟福

摘要：钢筋保护层除对钢筋防护作用外，其力学作用也是不容忽视的，钢筋保护层过厚或过薄都对结构的表面裂缝宽度、承载力的大小以及钢筋与混凝土之间的粘结强度都有直接影响，日常施工中，部分施工管理人员和操作人员对钢筋的保护层设置不重视，很容易导致钢筋保护层过厚或过薄，从而造成结构隐患，降低钢筋保护层的功能。

关键词：保护层；厚度；粘结力；作用

1、概述

在日常施工中，我们经常碰到部分施工管理人员和操作人员对钢筋的保护层设置极不重视的做法，如在浇筑楼板混凝土时，采用随打随提钢筋网片或用石子垫置保护层厚度的方法，此类操作很容易导致钢筋保护层过厚或过薄，从而造成结构隐患，究其原因主要是由于施工人员对保护层的作用理解不深，没有重视钢筋保护层厚度所其的功能。

2、钢筋保护层的作用

从字面上理解，钢筋保护层的作用主要是对钢筋起防护作用，避免钢筋因暴露在自然条件下而产生锈蚀，降低其承载能力和耐久性。钢筋保护层除以上作用外，其力学作用也是不容忽视的，钢筋保护层过厚或过薄都对结构的表面裂缝宽度、承载力的大小以及钢筋与混凝土之间的粘结强度都有直接影响，下面针对保护层厚度过厚和过薄两种情况进行力学作用分析。

3、钢筋保护层力学作用分析

3.1钢筋保护层过厚

当保护层过厚时，将明显减少构件截面的有效高度h0，根据钢筋混凝土结构设计原理可知，截面的有效高度与截面的承载力的关系为平方关系（如下式）：

从上式可以看出，h₀的减少会大大降低截面的承截力MP，下面举例进行定量分析：

例如：单向受力板，板厚h=100mm，C20混凝土（混凝土弯曲抗压设计强度值fcm=11N/mm²），板设计配筋为φ10底板筋。

計算：当保护层厚度为15mm时

其截面有效高度110=h-c-d÷2

=100-15-10÷2=80mm

1米宽板带的最大承载力M_Pmax为：

M_Pmax==0.4bh₀²fcm

=0.4×1000×80²×11

=28.16×10⁶（N·mm）

当保护层厚度为25mm时：

其截面有效高度：ho=h-c-d÷2

=100-25-10÷2=70mm

1米宽板带的最大承载力M_Pmax为：

M_Pmax=0.4bh₀²fcm

=0.4×1000×70²×11

=21.56×106（N·ram）

保护层厚度为25mm与保护层厚度为15mm时1米宽板带的最大承载力之比应为：

（21.56+28.16）×100%=76.6%

也就是说，其承截力损失了23.4%。

由上可知，保护层厚度过厚会大大降低结构的承截力。

3.2钢筋保护层过薄

当保护层过薄是否就有利呢？如果按上述结果看，保护层减小'hO加大，能提高承截力，但从钢筋混凝土结构构成和受力特点来分析，保护层过薄也是不可取的。

大家知道，钢筋混凝土是由抗压不抗拉的非匀质材料一混凝土和匀质抗拉材料一钢筋组成的，钢筋与混凝土之所以能够共同工作，其基本前提是使钢筋与混凝土之间具有足够的粘结强度，从而承受由于二者的相对变形（滑移）。这种在界面上产生的相对作用力被称为粘结力。

钢筋与混凝土之问的粘结力主要由以下三个组成部分：

（1）因混凝土收缩，将钢筋紧紧握裹与混凝土而产生的摩擦力

（2）混凝土中水泥胶体与钢筋表面的化学胶着力

（3）钢筋表面粗糙产生的机械咬合作用。

钢筋与混凝土的胶着力很小，发生相对滑移后，粘结力主要由摩擦力和咬合力所提供。当采用光圆钢筋时，钢筋表面粗糙产生的机械咬合作用较差，粘结力的大小主要取决于因混凝土收缩，将钢筋紧紧握裹与混凝土而产生的摩擦力。

当结构荷载逐渐增加时，在结构的弯矩较大处，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，在薄弱处产生裂缝，裂缝两侧的钢筋和混凝土之间就产生相对滑移，而粘结力产生的摩擦力会阻止这种滑移，从而控制裂缝的开展，确保其宽度不超过设计允许值，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定受拉区混凝土的最大裂缝宽度允许值不超过0.4mm。

当保护层厚度不够或钢筋紧贴模板时，由于钢筋与混凝土之间的握裹力不对称（如图1所示），使因混凝土收缩，将钢筋紧紧握裹与混凝土而产生的摩擦力减少近半数，从而造成粘结力不足，这对结构受力有很大的影响。

如果粘结力不足，随着结构荷载的逐渐增加，滑移范围不断扩大，而粘结力产生的摩擦力因其值过小而无法阻止这种滑移，裂缝就可能出现在一个较小的范围内，从而造成裂缝宽度超过设计允许值，降低了结构的耐久性和防水性能，加快钢筋的锈蚀，从而影响了构件的结构安全性。由此可见，保护层过薄也不可取的。

4、施工中应采取的措施

既然保护层过厚或过薄对结构有这么大的影响，在施工中我们应采取相应的措施加以控制，根据GB50204-2015规范要求，保护层的允许误差为±3mm。

施工中主要采取以下方法：方法一、现浇板钢筋绑扎时下面加垫高强度等级的砂浆垫块，厚度同设计值，垫块间距为1.5米，呈梅花状布置；梁、柱保护层垫块制作材料同现浇板，仅制作砂浆垫块时，在其内部预埋22#铅丝，便于与钢筋绑扎，垫块绑扎间距一般以1.5米为宜。

方法二、柱子钢筋保护层可采用自制钢筋限位器进行控制，即在模板上口用3mm定型卡具，其构造形式如下图所示：

从施工的情况来看，以上两种方法能有效地控制钢筋保护层的厚度，从而确保钢筋混凝土构件的施工质量和安全度。