混凝土保护层的作用以及相关容易忽略的问题

一、保护层的作用

   1、保护钢筋防止锈蚀

混凝土材料没有钢材容易被锈蚀的特点，当混凝土将钢筋全部包裹住后，在一定程度上可将使钢筋产生锈蚀的环境因素隔离开来。混凝土材料呈碱性，可使其包裹的钢筋表面形成钝化膜阻止钢筋氧化锈蚀。由于混凝土在浇筑时的泌水现象、水泥凝胶体的收缩、骨料重力下沉、游离水蒸发、以及存在气泡等原因，使混凝土不可避免地存在微细裂缝和毛细孔。这种先天不足可使构件外部的水或二氧化碳等酸性物质能够通过微细裂缝和毛细孔逐渐进入混凝土内部，慢慢中和混凝土的弱碱性并使其蜕变为中性物质，这个过程称为混凝土的碳化。

当碳化到达钢筋表面之后，将破坏原来形成的钝化膜，使钢筋失去防护发生氧化锈蚀。钢筋锈蚀的后果不仅削弱钢筋截面，而且降低钢筋与混凝土之间的粘结强度，当锈蚀严重时钢材变为蓬松的氧化铁会将混凝土胀裂。碳化现象总体来看不可避免，但可采取措施减缓碳化的速度，尽量延长碳化到达钢筋表面的时间 。 由于混凝土的碳化是从表面逐渐向内部发展，碳化到达钢筋表面的时间显然与混凝土保护层的厚度密切相关，因此，限定混凝土保护层最小厚度对满足混凝土结构的耐久性要求非常必要 。

    2 、增强防火性能

在火灾环境下，保护层延缓高温对钢筋性能的影响，满足不同建筑耐火极限要求（如梁的耐火极限需2.0~3.0小时，保护层厚度需增至25~42mm）（依据《建筑设计防火规范》GB 50016）。

    3 、确保结构受力

结构构件在受荷变形时，混凝土与钢筋会有变形差，为保证钢筋与混凝土变形一致，两者之间有粘结强度，能承受因变形差在粘结界面上产生的作用力（即粘结应力）

粘结应力与混凝土保护层厚度有关，保护层厚度愈大，粘结强度愈高，当保护层厚度大于钢筋直径的5倍时，粘接强度通常不再增长。因此，规范规定保护层厚度一般不应小于钢筋的直径。

二、容易忽略的问题

   1、未区分环境类别调整厚度

常规环境中，按《混凝土结构设计规范》GB50010-2010第8.2.1要求取值，未考虑腐蚀、火灾环境以及不同环境类别要求。

例如：

1）地下车库的耐火等级为一级，梁的耐火极限为2.0h，此时满足防火要求的混凝土厚度为25mm，若还按规范的20mm，则不能满足要求，设计时应在参数信息里调整为25mm。

2）腐蚀环境下混凝土的保护层厚度详见《工业建筑防腐蚀设计规范》GB/T50046-2018。例如：在中、弱腐蚀环境下，梁的混凝土保护层厚度为35mm，远大于常规环境。

3）框架柱或墙埋入土中直接与土接触的部分与室内部分的混凝土厚度要求不同。埋入土中部分未作防水处理或防水效果不可靠，需要增大保护层厚度。

    2、未考虑并筋的保护层厚度

并筋要按等效直径确定保护层厚度。二并筋等效直径为1.41倍单根钢筋直径；三并筋等效直径为1.73倍单根钢筋直径。因此，若遇到梁、柱内的纵筋并筋时，应在图纸中特殊注明其保护层厚度，防止施工错误，影响结构受力。

  3、机械连接接头的保护层厚度

施工规范要求机械连接接头连接件的混凝土保护层厚度，宜满足受力钢筋保护层最小厚度。

实际施工时，若连接套筒壁厚不大于梁、柱箍筋直径，则保护层厚度是满足规范要求 。

若连接套筒壁厚大于梁、柱箍筋直径，则可根据当地规定，是否需要增加保护层厚度。从钢筋与混凝土粘结受力角度来说，因套筒相对钢筋总长度占比较小，并不会影响钢筋与混凝土的粘结力。

4、不同规范冲突的执行问题

《地下工程防水规范》GB50108-2008第4.1.7条规定，防水混凝土的迎水面钢筋保护层厚度不小于50mm。

《混凝土结构设计标准》GB/T50010-2010(2024年版)第8.2.2条第4款规定，当采取建筑防水做法或防水措施，与土接触一侧钢筋的保护层厚度可适当减少，但不应小于25mm。

《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005(2023年版)第4.11.5规定，设防水层的外墙保护层为30mm。

挡土墙外侧的保护层厚度并非越厚越好，尤其是对于层高较高的挡土墙，保护层越厚会增加挡土墙外侧在承受拉力时开裂的风险。可以根据建筑防水做法或防水措施的有效性、施工质量情况，保护层厚度可取30mm~50mm。

另外需要注意的是，以上保护层厚度取值是用于受力计算，计算裂缝时，根据《混凝土结构耐久性设计标准》GB/T50476-2019第3.5.4条规定，当保护层设计厚度超过30mm时，可按30mm计算裂缝。

      5、保护层计算错误

最外层钢筋包含箍筋、拉筋的直径，若忽略此点，可能导致有效厚度不足。例如：挡土墙水平筋放置于外侧，而拉筋需要勾住外侧水平筋，实际保护层增加，影响配筋计算。