保护层厚度规范
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在现代生活中，钢筋混凝土结构已遍布我们视野的每个角落。在正常的混凝土结构中，钢筋是埋置在混凝土之中，肉眼不可见的。
但是不知您有没有发现，有时混凝土明明没有破损，但是里面的钢筋已经若隐若现，甚至就暴露在空气之中，这就是因为混凝土保护层过薄。
那么，究竟什么是混凝土保护层？保护层有什么作用？国家规范对混凝土保护层厚度有哪些设计要求？如何评定钢筋混凝土构件的保护层厚度是否满足规范和原设计要求？
01
定义
我国现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）（2015年版）规定，以最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）的外缘计算混凝土保护层厚度。
钢筋混凝土构件横截面示意
不过，在该版规范之前，混凝土结构设计规范已历经《钢筋混凝土结构设计规范》（TJ10-74）、《混凝土结构设计规范》（GBJ 10-89）、《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）、《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）等多次改编，在2002年版规范及其之前，规范规定是以纵向受力钢筋的外缘计算钢筋土保护层厚度的。
《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）修订时综合考虑了混凝土碳化和钢筋锈蚀等耐久性问题，实际上使规范修订后保护层厚度有所加大。下图分别是2002年版和2010年版规范对混凝土保护层厚度的规定（2010年版与2015年版规范对混凝土保护层厚度的规定相同）。
2002年版规范对混凝土保护层厚度的规定
2010年版规范对混凝土保护层厚度的规定
02
保护层的作用
1、钢筋保护层是保证混凝土与钢筋共同工作的基础
混凝土与钢筋之所以能够密切配合、共同工作，依靠的是混凝土与钢筋之间有足够的握裹力。随着保护层厚度的增加，钢筋与混凝土间的粘结锚固强度增大，但当保护层厚度超过一定程度时，实际起作用的只是有限的厚度，钢筋握裹力主要集中在厚度约为钢筋直径d的范围内。
2、防止钢筋锈蚀，确保结构安全性和耐久性
钢筋裸露在大气或其他介质中，容易锈蚀，使得钢筋的有效截面减小，降低结构承载能力，如下图所示。尤其对于工业建筑来讲，由于建筑结构长期处于高温、高湿以及腐蚀性气体环境中，更会加速钢筋的锈蚀。
混凝土保护层过薄使得钢筋外露、锈蚀
3、延缓高温对钢筋的不利作用
保护层具有一定厚度，可以在建筑物遭遇火灾时，保护钢筋短时间内不因受到高温影响而导致承载能力急剧丧失，为人员疏散和物资转移提供一定的缓冲时间。
4、影响构件受力有效高度
混凝土保护层厚度也不宜过大。在结构计算中，受拉钢筋离受压区越远，其单位面积钢筋所承受的外部弯矩也就越大，那么钢筋能够发挥的效率也就越高。相对应的，钢筋保护层越大，那么受拉钢筋离受压区越近，单位面积钢筋所承受的外部弯矩也就越小，不但不能充分发挥钢筋的力学性能，也将降低混凝土构件的承载能力。
03
现行规范对保护层厚度的要求
《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）（2015年版）、《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T50476-2019）分别对混凝土保护层厚度做了相应的规定。
《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）（2015年版）规定，构件中受力钢筋的保护层厚度不应小于钢筋的公称直径，且设计年限为50年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度应符合下表规定，设计使用年限为100年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度不应小于下表中数值的1.4倍。
当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；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。
混凝土保护层的最小厚度c（mm）
此外，根据工程经验及具体情况采取有效的综合措施，可以提高构件的耐久性能，因而，当有充分依据并采取了一定的防护措施时，可适当减小混凝土保护层的厚度。
《混凝土结构耐久性设计标准》（GB/T50476-2019）对不同环境下的混凝土保护层厚度做了相应的规定，该规范规定对不同环境作用下的钢筋主筋、箍筋和分布筋，其混凝土保护层厚度应满足钢筋防锈、耐火以及与混凝土之间粘结力传递的要求，且混凝土保护层厚度设计值不得小于钢筋的公称直径。
下图分别是该标准在一般环境、冻融环境、氯化物环境以及化学腐蚀环境下对混凝土保护层厚度的规定。
一般环境下混凝土保护层厚度
冻融环境下混凝土保护层厚度
氯化物环境下混凝土保护层厚度
化学腐蚀环境下混凝土保护层厚度
由上图可知，由于冻融环境、氯化物环境、化学腐蚀环境更易造成混凝土腐蚀、钢筋锈蚀，因而其混凝土保护层厚度要大于一般环境。因而，对处于复杂环境中的混凝土结构，更应该关注其混凝土保护层厚度是否满足规范与设计要求。
04
保护层厚度检测、评定
1、检测方法
《混凝土中钢筋检测技术标准》（JGJ/T152-2019）第四章规定，可采用电磁感应法、剔凿原位检测法检测混凝土保护层厚度，当雷达检测精度满足一定要求时（见4.2节），也可采用雷达法检测；《混凝土结构现场检测技术标准》（GBT 50784-2013）第9.3节规定，混凝土保护层厚度宜采用钢筋探测仪进行检测并应通过剔凿原位检测法进行验证。
实际操作中，由于雷达法更适合快速、大面积的扫描检测，因而在常见的工业及民用建筑中，根据检测目的、项目特点和条件，通常可灵活选择电磁感应法、剔凿原位检测法检测钢筋混凝土保护层厚度。
此外，《北京市钢筋保护层厚度和钢筋直径检测技术规程》（DB11/T 365-2016）、《江苏省住宅工程质量通病控制标准》（DGJ32/J 16-2014）等地标也对混凝土保护层厚度的评定做了相应规定，在实际工作中，还应参考行业和当地相关标准、规范的要求。
2、仪器及性能要求
采用电磁感应法检测混凝土保护层厚度时，可使用钢筋探测仪。进行保护层厚度检测时，应避开金属预埋件，检测面应清洁平整，检测部位应无饰面层，有饰面层时应清除。
钢筋探测仪
采用剔凿原位法检测混凝土保护层厚度时，可采用游标卡尺测量钢筋外轮廓至混凝土表面最小距离。
原位剔凿
游标卡尺
用于混凝土保护层厚度检测的仪器，当混凝土保护层厚度为10mm～50mm时，保护层厚度检测的允许偏差应为±1mm；当混凝土保护层厚度大于50mm时，保护层厚度检测允许偏差应为±2mm。
3、检测数据处理
当采用直接法验证混凝土保护层厚度时，应先按下式计算混凝土保护层厚度的修正量：
混凝土保护层厚度测点检测值应按下式计算：
4、评定 《混凝土中钢筋检测技术标准》（JGJ/T152-2019）第四章规定，对混凝土结构进行结构性能检测时，混凝土保护层厚度的结果评定应符合现行国家标准《混凝土结构现场检测技术标准》（GB/T 50784-2013）的规定。
根据《混凝土结构现场检测技术标准》（GB/T 50784-2013）第9.3.5节的规定，应按该标准第3.4.7条规定，计算各受检钢筋混凝土保护层厚度检测值的均值推定区间。
当均值推定区间上限值与下限值的差值不大于其均值的10％时，按推定区间上限值或下限值确定钢筋混凝土保护层厚度检测值。当均值推定区间上限值与下限值的差值大于其均值的10％时，宜补充检测或重新划分检验批进行检测。当不具备补充检测或重新检测条件时，应以最不利检测值作为该检验批钢筋混凝土保护层厚度检测值。
当混凝土保护层厚度检测值满足原设计及现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）（2015年版）的要求时，即可评定其合格。
但是，由于《混凝土结构设计规范》已历经多次修编，对混凝土保护层厚度的规定也多有不同，因此对于既有混凝土结构，可能出现其混凝土保护层厚度满足原设计要求但不满足现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）（2015年版）要求的情况。
此时，还应判断该结构混凝土保护层厚度是否满足设计时依据的《混凝土结构设计规范》的规定，并结合混凝土碳化深度的检测结果，综合判断该结构混凝土保护层厚度能否满足结构安全性、使用性、耐久性的要求。
05
结语
通过上述介绍，我们可以发现，混凝土保护层虽不起眼，其重要性也常常被我们忽视，但千里之堤溃于蚁穴，若混凝土保护层厚度过薄，将会导致钢筋暴露于空气中，使得钢筋被腐蚀，长此以往，混凝土结构构件承载能力会显著降低，最终造成难以挽回的经济损失，甚至对人身安全造成威胁。
若是遭遇火灾，则会由于钢筋受热失效而导致没有足够的时间撤离人员和重要物资，而混凝土保护层厚度检测、评定虽看似简单，实则每一个环节都有诸多细节需要注意，稍有疏忽就会造成检测结果不准确，为业主留下安全隐患。
因此，当发现混凝土结构存在露筋、钢筋锈蚀现象时，应委托专业的检测鉴定机构，检测评定混凝土保护层厚度是否满足现行规范及原设计要求，分析原因，并评估其对结构安全性、使用性、耐久性造成的影响。
撰稿 | 杜彦成
编辑 | 肖树豪
校对 | 王 玲
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