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摘 要：本文对混凝土保护层的作用进行了分析，阐述了混凝土保护层厚度对结构构件截面有效高度的影响，提出了保证混凝土保护层厚度的措施。
关键词：保护层厚度；规范要求；控制
在工程实践中，由于钢筋保护层厚度未受到重视，尤其在施工方面，出现钢筋保护层厚度或大或小的现象，导致混凝土构件或结构质量问题出现较多。混凝土对钢筋具有保护作用。在一般情况下，当混凝土保护层最小厚度满足规范要求时，钢筋混凝土结构中的钢筋不容易受到腐蚀。但当钢筋之保护层因某种原因失去保护作用后，混凝土中的钢筋会像裸露的钢筋一样受到腐蚀。而且钢筋一旦开始腐蚀，这种腐蚀比同样介质作用下裸露的钢筋还迅速，从而导致断面减小，强度降低，钢筋与混凝土之间失去粘结力，构件整体性受到破坏，严重时还会导致整个结构体系的破坏。当然，混凝土保护层厚度偏大，钢筋虽然得到了很好保护，而从构件受力分析的角度考虑，仍然会带来不安全隐患。因此混凝土结构工程施工质量验收规范对钢筋保护层厚度及厚度的允许偏差做了严格规定。
1 保护层厚度对钢筋腐蚀的影响分析
1.1 碳化影响
由于周围介质的作用能使混凝土失去保护钢筋的能力，如物理作用、化学作用等，物理作用可以直接破坏混凝土的保护层，使钢筋处于裸露状态，失去氧化膜，以至于直接与周围介质相接触而腐蚀。化学作用主要与混凝土保护层的碳化和氯离子的渗入有关。混凝土保护层的碳化是一个由表及里，由浅入深的过程。在相同的环境下，保护层越厚，保护层完全碳化所需的时间越长，钢筋的腐蚀程度越轻。混凝土保护层厚度每减少25%，碳化到钢筋表面所需时间就缩短 50%。因此，提高混凝土保护层厚度是提高混凝土耐久性的重要措施。只要钢筋的混凝土保护层具有规范要求的最小厚度以及构件裂缝不致过宽，就可使钢筋在结构正常使用年限内免遭锈蚀。
1.2孔隙率影响
混凝土保护层的孔隙率不仅加快碳化速度，而且还会使钢筋表面得不到碱性溶液的严密覆盖而降低抗锈蚀能力。因此，在施工过程中保证混凝土的密实度，对于提高混凝土对钢筋保护作用具有重大意义。
1.3火灾影响
受火灾或高温作用时，混凝土内部的温度随保护层厚度增加而降低。对于混凝土结构来说，火灾时结构的破坏主要由于钢筋温度升高退火软化，导致钢筋强度降低，钢筋与混凝土之间的粘结力下降，最后丧失承载能力。因此，有防火要求的混凝土结构最小保护层厚度应满足规范要求。当混凝土板厚≤120mm，保护层厚度20mm时，耐火极限可以达到 3h。
1.4 环境影响
保护层厚度相同，在室内干燥环境中使用的混凝土构件，不仅碳化速度慢，而且即使碳化层达到钢筋表面，钢筋也可能不锈蚀。若构件处在湿度较大或干湿交替的环境中，如渗水，则钢筋腐蚀较快。
1.5 水泥砂浆面层影响
钢筋混凝土构件表面施加水泥砂浆面层，可以阻碍空气的渗透，延缓碳化层到达钢筋表面的时间，提高混凝土构件的耐久性。如在同样条件下，在钢筋混凝土结构构件表面抹一层10mm～15mm厚的 1：2的水泥砂浆面层，混凝土的碳化深度和钢筋的腐蚀程度都比无砂浆面层的小。
1.6梁、柱钢筋位置影响
对于钢筋混凝土梁、柱而言，位于角部的钢筋腐蚀的程度比中间钢筋腐蚀的程度大。因为角部钢筋受到两个方向渗透的影响，因此，混凝土的碳化和钢筋的腐蚀都比中间的快。在相同条件下，位于构件角部的钢筋腐蚀速度比中间部位的钢筋快50%左右。
2 混凝土保护层厚度对结构构件截面有效高度的影响
在受弯构件正截面承载力的计算中，钢筋混凝土构件是作为一个整体来承受外力的； 由于混凝土的抗拉强度很低，为简化计算，假定不考虑受拉区混凝土未开裂部分的抗拉强度，既受拉区的合力全部由钢筋来承担，受压区混凝土的应力图形用等效矩形应力图代替。
对压区混凝土合力作用点取矩：
ΣMc=0
M≤Fy·As（h0-x/2）
由上式可知，受拉的钢筋距离受压区越远，即（h0-x/2）越大，其钢筋所能承受的外部弯矩M越大，样钢筋发挥的效率就越高。所以，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，如果上部受拉区混凝土保护层过大，构件抗弯能力降低，轻则降低了梁的承载能力，重则会发生重大事故。对悬挑构件而言，保护层厚度至关重要。对楼板支座负筋而言，保护层偏厚，会引起板上部裂缝，支座弯矩减小，跨中弯矩增加，应按简支构件重新复核楼板的跨中抗弯承载力。
3 规范对混凝土保护层厚度的要求
从材料的物理力学性能分析，钢筋具有较强的抗拉、抗弯强度，而混凝土只具有较高的抗压强度，抗拉强度却很低，但是两者的弹性模量较接近，混凝土有较好的粘结力，将两种材料合为一体，发挥了各自的受力性能，能很好地协调工作并共同承担结构构件所承受的外部荷载。同时钢筋受混凝土保护，于腐蚀而降低强度与使用寿命。我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2010对混凝土保护层最小厚度提出以下要求： 纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层厚度（钢筋外边缘至混凝土表面的距离）不应小于钢筋的公称直径，且应满足表 1 的规定。
注：1 混凝土强度等级不大于C25时，表中保护层厚度数值应增加5mm。
2 钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层，基础中钢筋的混凝土保护层厚度应从垫层顶面算起，且不应小于40mm。
、严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境、滨海室外环境。同时规范对一类、二类、三类环境中，设计使用年限为50年的结构混凝土作如下规定（见表 2）。
注：1 氯离子含量系指其占胶凝材料总量的百分比：
2 预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%：其最低混凝土强度等级宜按表中的规定提高两个等级：
3 素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松：
4 有可靠工程经验时，二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级
5 处于严寒和寒冷地区二b，三a类环境中的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数。
6 当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。
4 保证混凝土保护层厚度的措施
在实际工程中，混凝土保护层厚度未按规范要求施工，楼板负弯矩钢筋保护层偏大及现浇框架结构中主次梁交界处主梁的上部负弯矩钢筋保护层偏大的问题较为突出，尤其是住宅客厅的楼板，板的跨度较大，板的保护层加厚就会导致板的有效高度降低，从而引起楼板上表面四周墙根处出现许多裂缝，目前，住宅楼板开裂原因70%左右是由钢筋保护层位置不正确引起的。那么，钢筋的保护层又该如何满足规范要求呢？
4.1 钢筋工程安装前进行技术交底
在施工前，应针对不同的工程部位，根据设计图纸及施工验收规范，确定正确的钢筋保护层。
4.2 做好施工过程中的要素控制
在施工过程中，重点要做到规范操作，特别是在现浇板浇筑与振捣过程中，尤其需要重视规范操作。钢筋绑扎时位置往往都很正确，但一到浇捣时情况就变了样，不是人踩就是工器具压在上面，由此造成的结果是支撑钢筋的支架被踩倒，混凝土上层钢筋弯曲变形或下沉，保护层的厚度得不到保证。所以在施工过程中，应做到规范操作，严禁操作人员在钢筋上随意行走； 对上层钢筋应做有效的固定； 浇捣中还应经常检查，发现问题及时解决。
结束语
通过上述分析可知不按规范施工而加大保护层厚度会降低构件的承载力，轻则导致构件裂缝，重则导致不安全事故的发生； 减小保护层厚度将导致结构或构件的耐久性降低。因此，我们要在充分认识到合理的混凝土保护层厚度对工程结构的重要性，严格按规范要求施工。
参考文献
1. 混凝土结构设计规范 GB50010-2010 中国建筑工业出版社
2. 中国建筑科学研究院主编.混凝土结构設计【M】中国建筑工业出版社
关键词：保护层厚度；规范要求；控制
在工程实践中，由于钢筋保护层厚度未受到重视，尤其在施工方面，出现钢筋保护层厚度或大或小的现象，导致混凝土构件或结构质量问题出现较多。混凝土对钢筋具有保护作用。在一般情况下，当混凝土保护层最小厚度满足规范要求时，钢筋混凝土结构中的钢筋不容易受到腐蚀。但当钢筋之保护层因某种原因失去保护作用后，混凝土中的钢筋会像裸露的钢筋一样受到腐蚀。而且钢筋一旦开始腐蚀，这种腐蚀比同样介质作用下裸露的钢筋还迅速，从而导致断面减小，强度降低，钢筋与混凝土之间失去粘结力，构件整体性受到破坏，严重时还会导致整个结构体系的破坏。当然，混凝土保护层厚度偏大，钢筋虽然得到了很好保护，而从构件受力分析的角度考虑，仍然会带来不安全隐患。因此混凝土结构工程施工质量验收规范对钢筋保护层厚度及厚度的允许偏差做了严格规定。
1 保护层厚度对钢筋腐蚀的影响分析
1.1 碳化影响
由于周围介质的作用能使混凝土失去保护钢筋的能力，如物理作用、化学作用等，物理作用可以直接破坏混凝土的保护层，使钢筋处于裸露状态，失去氧化膜，以至于直接与周围介质相接触而腐蚀。化学作用主要与混凝土保护层的碳化和氯离子的渗入有关。混凝土保护层的碳化是一个由表及里，由浅入深的过程。在相同的环境下，保护层越厚，保护层完全碳化所需的时间越长，钢筋的腐蚀程度越轻。混凝土保护层厚度每减少25%，碳化到钢筋表面所需时间就缩短 50%。因此，提高混凝土保护层厚度是提高混凝土耐久性的重要措施。只要钢筋的混凝土保护层具有规范要求的最小厚度以及构件裂缝不致过宽，就可使钢筋在结构正常使用年限内免遭锈蚀。
1.2孔隙率影响
混凝土保护层的孔隙率不仅加快碳化速度，而且还会使钢筋表面得不到碱性溶液的严密覆盖而降低抗锈蚀能力。因此，在施工过程中保证混凝土的密实度，对于提高混凝土对钢筋保护作用具有重大意义。
1.3火灾影响
受火灾或高温作用时，混凝土内部的温度随保护层厚度增加而降低。对于混凝土结构来说，火灾时结构的破坏主要由于钢筋温度升高退火软化，导致钢筋强度降低，钢筋与混凝土之间的粘结力下降，最后丧失承载能力。因此，有防火要求的混凝土结构最小保护层厚度应满足规范要求。当混凝土板厚≤120mm，保护层厚度20mm时，耐火极限可以达到 3h。
1.4 环境影响
保护层厚度相同，在室内干燥环境中使用的混凝土构件，不仅碳化速度慢，而且即使碳化层达到钢筋表面，钢筋也可能不锈蚀。若构件处在湿度较大或干湿交替的环境中，如渗水，则钢筋腐蚀较快。
1.5 水泥砂浆面层影响
钢筋混凝土构件表面施加水泥砂浆面层，可以阻碍空气的渗透，延缓碳化层到达钢筋表面的时间，提高混凝土构件的耐久性。如在同样条件下，在钢筋混凝土结构构件表面抹一层10mm～15mm厚的 1：2的水泥砂浆面层，混凝土的碳化深度和钢筋的腐蚀程度都比无砂浆面层的小。
1.6梁、柱钢筋位置影响
对于钢筋混凝土梁、柱而言，位于角部的钢筋腐蚀的程度比中间钢筋腐蚀的程度大。因为角部钢筋受到两个方向渗透的影响，因此，混凝土的碳化和钢筋的腐蚀都比中间的快。在相同条件下，位于构件角部的钢筋腐蚀速度比中间部位的钢筋快50%左右。
2 混凝土保护层厚度对结构构件截面有效高度的影响
在受弯构件正截面承载力的计算中，钢筋混凝土构件是作为一个整体来承受外力的； 由于混凝土的抗拉强度很低，为简化计算，假定不考虑受拉区混凝土未开裂部分的抗拉强度，既受拉区的合力全部由钢筋来承担，受压区混凝土的应力图形用等效矩形应力图代替。
对压区混凝土合力作用点取矩：
ΣMc=0
M≤Fy·As（h0-x/2）
由上式可知，受拉的钢筋距离受压区越远，即（h0-x/2）越大，其钢筋所能承受的外部弯矩M越大，样钢筋发挥的效率就越高。所以，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，如果上部受拉区混凝土保护层过大，构件抗弯能力降低，轻则降低了梁的承载能力，重则会发生重大事故。对悬挑构件而言，保护层厚度至关重要。对楼板支座负筋而言，保护层偏厚，会引起板上部裂缝，支座弯矩减小，跨中弯矩增加，应按简支构件重新复核楼板的跨中抗弯承载力。
3 规范对混凝土保护层厚度的要求
从材料的物理力学性能分析，钢筋具有较强的抗拉、抗弯强度，而混凝土只具有较高的抗压强度，抗拉强度却很低，但是两者的弹性模量较接近，混凝土有较好的粘结力，将两种材料合为一体，发挥了各自的受力性能，能很好地协调工作并共同承担结构构件所承受的外部荷载。同时钢筋受混凝土保护，于腐蚀而降低强度与使用寿命。我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2010对混凝土保护层最小厚度提出以下要求： 纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层厚度（钢筋外边缘至混凝土表面的距离）不应小于钢筋的公称直径，且应满足表 1 的规定。
注：1 混凝土强度等级不大于C25时，表中保护层厚度数值应增加5mm。
2 钢筋混凝土基础宜设置混凝土垫层，基础中钢筋的混凝土保护层厚度应从垫层顶面算起，且不应小于40mm。
、严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境、滨海室外环境。同时规范对一类、二类、三类环境中，设计使用年限为50年的结构混凝土作如下规定（见表 2）。
注：1 氯离子含量系指其占胶凝材料总量的百分比：
2 预应力构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%：其最低混凝土强度等级宜按表中的规定提高两个等级：
3 素混凝土构件的水胶比及最低强度等级的要求可适当放松：
4 有可靠工程经验时，二类环境中的最低混凝土强度等级可降低一个等级
5 处于严寒和寒冷地区二b，三a类环境中的混凝土应使用引气剂，并可采用括号中的有关参数。
6 当使用非碱活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。
4 保证混凝土保护层厚度的措施
在实际工程中，混凝土保护层厚度未按规范要求施工，楼板负弯矩钢筋保护层偏大及现浇框架结构中主次梁交界处主梁的上部负弯矩钢筋保护层偏大的问题较为突出，尤其是住宅客厅的楼板，板的跨度较大，板的保护层加厚就会导致板的有效高度降低，从而引起楼板上表面四周墙根处出现许多裂缝，目前，住宅楼板开裂原因70%左右是由钢筋保护层位置不正确引起的。那么，钢筋的保护层又该如何满足规范要求呢？
4.1 钢筋工程安装前进行技术交底
在施工前，应针对不同的工程部位，根据设计图纸及施工验收规范，确定正确的钢筋保护层。
4.2 做好施工过程中的要素控制
在施工过程中，重点要做到规范操作，特别是在现浇板浇筑与振捣过程中，尤其需要重视规范操作。钢筋绑扎时位置往往都很正确，但一到浇捣时情况就变了样，不是人踩就是工器具压在上面，由此造成的结果是支撑钢筋的支架被踩倒，混凝土上层钢筋弯曲变形或下沉，保护层的厚度得不到保证。所以在施工过程中，应做到规范操作，严禁操作人员在钢筋上随意行走； 对上层钢筋应做有效的固定； 浇捣中还应经常检查，发现问题及时解决。
结束语
通过上述分析可知不按规范施工而加大保护层厚度会降低构件的承载力，轻则导致构件裂缝，重则导致不安全事故的发生； 减小保护层厚度将导致结构或构件的耐久性降低。因此，我们要在充分认识到合理的混凝土保护层厚度对工程结构的重要性，严格按规范要求施工。
参考文献
1. 混凝土结构设计规范 GB50010-2010 中国建筑工业出版社
2. 中国建筑科学研究院主编.混凝土结构設计【M】中国建筑工业出版社