姚顥

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司　廣東　廣州　510000）

淺談水運工程鋼筋混凝土保護層的作用

姚顥

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司廣東廣州510000）

隨著社會的發(fā)展，水工建筑鋼筋混凝土耐久性、耐腐蝕性要求的提高，鋼筋保護層越來越重要。鋼筋腐蝕是造成水運工程鋼筋混凝土破損的主要原因之一，水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層主要作用在海水環(huán)境中，由于化學和物理學原理產生的影響引起的水運工程的腐蝕現象，對水運工程中的鋼筋混凝土結構造成了嚴重的破壞力。因此，混凝土保護層成為了保證鋼筋延遲開始腐蝕的重要屏障。本文通過對鋼筋混凝土結構持久性問題的探討，對其保護層的工程作用進行分析，認識保護層的主要作用，對提高水運工程混凝土結構使用壽命具有重要意義。

水運工程；鋼筋混凝土；結構；實體保護層

1　引言

隨著城市化進程的加快，現代化的工程材料不斷的應用更新，其中應用最廣泛的就是鋼筋混凝土的結構實體，鋼筋混凝土結構最重要的特點之一就是鋼筋與混凝土能夠很好地共同工作，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。鋼筋混凝土構件由鋼筋和混凝土組成，從原材料的力學性能而言，鋼筋有較強的抗拉、抗壓強度，但混凝土只有較高的抗壓強度，抗拉強度卻很低，在這方面，鋼筋混凝土保護層起著不可忽視的重要作用，鋼筋混凝土結構中鋼筋保護層厚度，對鋼筋混凝土結構的承載能力和耐久性有非常大的影響，鋼筋混凝土構件是現代建筑主要承重構件，在建筑結構設計與施工過程中，正確理解與應用鋼筋混凝土結構保護層，對保證工程質量及結構的耐久性、耐火性有著極其重要的作用與意義。然而，在設計和施工中，常常由于對保護層不夠重視、對鋼筋混凝土結構中鋼筋保護層厚度的控制問題認識不清等，導致在施工過程中鋼筋保護層厚度的控制不嚴，而鋼筋保護層厚度是否滿足混凝土結構設計規(guī)范要求，將直接影響鋼筋混凝土結構的使用壽命及其耐久性，從而影響到結構承載力，甚至減少結構的使用壽命，在港口水工建筑物中，這樣的影響尤為突出。因此，正確認識保護層作用，在設計和施工階段都要嚴格執(zhí)行有關規(guī)定，保證混凝土保護層的必要厚度和密實度，提高混凝土的耐腐蝕性，對確保結構承載能力、耐久性及延長建筑物使用壽命有著不可低估的重要意義。

2　水運工程中的鋼筋混凝土結構的實體保護層概念

在水運工程中的鋼筋混凝土的結構實體的保護層主要是指工程中使用的鋼筋混凝土的結構實體表面，根據國家的相關工程所規(guī)定的一種指標性混凝土保護層，對于工程鋼筋混凝土的工程結構實體保護層厚度也有一定的要求?；炷帘Ｗo層厚度是指受力鋼筋外邊緣至混凝土構件表面的距離，對于受力鋼筋混凝土構件截面設計來講，受拉的鋼筋離受壓區(qū)越遠，其單位面積的鋼筋所能承受的外部彎矩也越大，這樣鋼筋發(fā)揮的力學效能也就越高。此外，還要注意一般所規(guī)定的保護層厚度應不包括與基體可能脫開或將會脫開的任何抹面層，鋼筋混凝土保護層質量對鋼筋混凝土結構的受力性能、耐久性和耐火性能等都具有很大影響，符合要求的混凝土保護層能夠保證鋼筋與混凝土之間具有足夠的握裹力，能夠在一定程度上防止鋼筋因受高溫影響而急劇喪失承載力，也能夠在一定條件下保護鋼筋不受腐蝕，直接關系到建筑物的安全和使用壽命，這就是混凝土保護層的主要作用。因此，在施工過程中必須高度重視并加強質量控制。

3　鋼筋混凝土構件的工作原理

鋼筋混凝土結構，顧名思義就是有鋼筋和混凝土共同組成的結構體，從鋼筋混凝土材料的物理力學性能來講，鋼筋混凝土的結構中的鋼筋和混凝土之間是有著不同的性質，鋼筋具有較強的抗拉、抗壓強度。鋼筋混凝土中鋼筋和混凝土能共同抵抗外力，混凝土和鋼筋之間必須存在著傳遞應力的粘結機制，這種粘結機制能防止混凝土和鋼筋的相對滑移，這種鋼筋與混凝土之間的相互作用力可以稱之為握裹力，握裹力只要是由鋼筋與混凝土之間的摩擦力、粘結力以及機械咬合力三部分組成。在結構計算時，鋼筋混凝土構件是作為一個整體來承受外力的，又由于混凝土的抗拉強度很低，為簡化計算，一般混凝土只考慮承受壓應力，而拉應力則全部由鋼筋來承擔。

4　水運工程中鋼筋混凝土的結構實體保護層的設計

在水運工程混凝土結構實體保護層的具體施工過程中，要根據具體的工程需求和特點進行施工。在水運工程中鋼筋混凝土結構實體保護層的設計中，應該注意以下兩個方面的問題：①根據鋼筋混凝土的結構規(guī)范，混凝土抗拉強度是要低于標準的工程抗壓強度，然而在水運工程的結構實體保護層施工中，鋼筋混凝土的結構實體保護層的材料物理特性根據水運工程特點，其鋼筋抗拉強度是要求高于抗壓強度；②在梁板構件的選擇過程中，在，水運工程中鋼筋混凝土結構實體保護層的設計要充分考慮對外界作用力承受狀態(tài)的因素，如果梁板構件的界面的一半屬于受拉狀態(tài)，那么另一半就屬于受壓的狀態(tài)。

因此，為了盡可能的提高水運工程中使用的鋼筋混凝土的結構構件的承受荷載，在設計過程中，應該根據梁板構件界面受拉狀態(tài)的區(qū)域范圍，按照混凝土開裂之后拉力的狀態(tài)設計出與之相適應的區(qū)域鋼筋，以滿足設計中荷載的要求。

5　混凝土保護層施工質量的控制要求

結構實體的保護層質量會影響這個水運工程的混凝土的結構設計，由于保護層質量是鋼筋混凝土的結構實體安全性與耐久性能的重要指標。因此，在水運工程中的鋼筋混凝土的結構實體的保護層實施嚴格的規(guī)范，需要從以下四個方面入手：①規(guī)范對混凝土保護層厚度的施工誤差提出規(guī)定，根據水運工程項目特點對保護層的厚度進行誤差規(guī)范，可以有效的保護結構實體的厚度的精確性，同時也規(guī)范了水運工程施工技術標準；②鋼筋負彎矩的控制工作；③為了有效的增強鋼筋結構實體的穩(wěn)定性能，提高保護層厚度，要求對鋼筋進行固定；④有些鋼筋的結構以及形狀比較復雜，因此在工程開工之前應該提供實樣，可以與施工階段施工的結構實體的厚度與尺寸的標準性進行對比。

6　水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層的作用

6.1防止鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕

在鋼筋混凝土構件中，保護層的主要作用就是防止鋼筋銹蝕，這是因為鋼筋的主要成份是鐵，鐵在常溫下很容易氧化，更別說在非常潮濕的水運工程環(huán)境中。大部分鋼筋混凝土建筑物均能夠持續(xù)地按照其設計性能發(fā)揮作用，并提供一種低維護的解決方案。值得注意的是，在鋼筋混凝土結構中，鋼筋被包裹在混凝土構件中，水泥在水化狀態(tài)所呈現的堿性可導致在鋼筋的表面上形成鈍態(tài)氧化層，不與外界接觸時，這種氧化層能有效地降低鋼筋腐蝕到可忽略不計的水平，但是如果鋼筋保護層厚度過小，也就是鋼筋過分靠近受拉區(qū)一側，加上混凝土本身的有限滲透性可允許腐蝕物的滲入，一方面容易造成鋼筋露筋或鋼筋受力時表面混凝土剝落，另一方面隨著時間的推移，表面的混凝土將逐漸碳化，用不了多久，鋼筋外混凝土就失去保護作用，從而導致保護性的鈍化層遭到破壞，并最終使鋼筋遭到腐蝕，斷面減小，強度降低，鋼筋與混凝土之間失去粘結力，整體構件性受到破壞，嚴重時還會導致整個結構體系破壞。在海水環(huán)境中導致鋼筋腐蝕的最主要的過程是氯化物侵蝕，而鋼筋保護層就是防備鋼筋銹蝕的屏障。由此可見，水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層可以有效地防止鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕，保證保護層厚度在設計及規(guī)范規(guī)定范圍之內，就能最大程度的保護鋼筋免受銹蝕，延緩混凝土碳化深度到達鋼筋表面的時間，確保結構的使用年限。

6.2適當厚度的保護層能提高混凝土的結構強度

鋼筋與混凝土二者是共同作用承受外界的載荷作用的，所以，通過二者之間的極大強度的傳遞應力粘接機制有效的實現這一作用，適當厚度的保護層能充分發(fā)揮鋼筋和混凝土的共同載荷。鋼筋混凝土的結構實體保護層作為實體結構一部分，保障了結構抗力強度，并且在一定程度上降低了鋼筋與混凝土的結構實體荷載承受力度，使二者能夠正常工作，充分發(fā)揮混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，從而提高混凝土結構的強度。

7　結語

目前，我國的水運工程得到了快速發(fā)展的空間，尤其大型深水碼頭和外海工程的飛速發(fā)展，增強鋼筋混凝土的耐腐蝕性，延長和保證建筑結構實體使用壽命是工程建設者們不斷追求和研究的目標，百年大計，容不得忽視。所以，在水運工程設計和施工過程中，應重視對鋼筋混凝土材料性能研究、規(guī)范施工和驗收，重視對鋼筋混凝土保護層的合格性檢查，對于提高工程質量有很大的促進作用。

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2015-7-8

姚顥（1979-），男，工程師，本科，主要從事港口航道與海岸工程管理方面的工作。