钢筋混凝土结构的耐久性问题最突出的表现是钢筋锈蚀, 针对钢筋锈蚀的问题, 在进行结构设计时主要采用一定厚度的钢筋保护层^[1]。有学者提出:钢筋混凝土结构的耐久性设计很大程度上就是钢筋保护层质量与保护层厚度的设计^[2]。钢筋保护层厚度一方面会影响钢筋与混凝土的黏结能力;另一方面, 从混凝土的抗裂性上看, 足够的钢筋保护层厚度可以避免裂缝抵达钢筋;最后, 足够的钢筋保护层厚度可以使结构具有很好的耐火性, 延迟结构失去承载能力的时间。从现场调研的情况看, 部分构件的钢筋保护层厚度不能做到有效控制。有的结构因为钢筋保护层厚度不足导致钢筋锈蚀, 锈蚀的钢筋体积膨胀, 导致混凝土开裂与剥落, 严重影响了结构的可靠性与耐久性。还有的结构因为构件保护层厚度过大, 降低了构件截面的有效高度, 使得结构的承载能力降低^[3]。钢筋保护层厚度过大或过小都会对混凝土结构产生不利影响, 所以现场如何有效控制结构的钢筋保护层厚度是工程人员必须重视的问题。

钢筋保护层厚度测试采用无损检测, 检测仪器为ZBL-R630混凝土钢筋检测仪, 仪器使用前进行严格标定, 保证测试精度及结果的可靠性。检测方法依据JGJ/T152—2008《混凝土中钢筋检测技术规程》。

安装钢筋笼的时候常常会出现承台与墩柱的钢筋笼不同心的情况, 即钢筋笼偏位, 如图1所示。将沿墩柱同一高度横断面测试所得的数据与理论值共同分析发现:在同一高度断面上墩柱的钢筋保护层厚度呈一个完整周期的类正弦分布, 如图2所示。

对于方形墩柱, 如果钢筋笼偏位 (见图3) , 保护层厚度实测值将沿着设计值上下基本呈对称分布。当钢筋笼向一侧偏位时, 钢筋笼偏向的一侧保护层厚度会比设计值小, 相对的另一侧会比设计值大, 而其他相邻两侧基本跟设计值吻合;如果钢筋笼发生两个方向的偏位, 则会出现相邻的两侧保护层厚度比设计值大, 另两个相对侧面的保护层厚度比设计值小, 但是两组数值基本与设计值呈对称分布, 如图4所示。

钢筋笼加工中的偏差、运输过程中的振动、存放场地的不平整都可能导致钢筋笼变形 (见图5) 。如果钢筋笼的刚度不足, 在吊装过程中变形就会加剧, 对钢筋保护层厚度的控制产生不利影响。

上述不利因素会导致圆形墩柱的钢筋笼由圆形变成椭圆形或类椭圆形。椭圆轴有长短轴之分, 实测的钢筋保护层厚度在长短轴上也呈现一定规律, 在长轴方向上钢筋保护层厚度不足;而在短轴方向上钢筋保护层厚度偏大。通过理论分析发现:在该种变形下钢筋保护层厚度值在圆周上呈现出3/2周期的类正弦变化, 如图6所示。

对于方形墩如果刚度不足、存放方式不当, 在吊装时极易出现横向变形, 钢筋笼由原来的矩形或正方形断面变成四边形断面 (见图7) 。在此种情况下, 构件的整体保护层厚度偏小, 保护层厚度值沿着墩柱的一角呈现对称的倒双峰分布, 如图8所示。

如果墩柱较高且安装过程中误差较大, 钢筋笼在自身重力的作用下容易出现一定角度的倾斜。倾斜角度与安装有关系但无明显规律。在此种倾斜下 (见图9) , 选取不同高度断面, 测量钢筋保护层厚度发现:在同一高度上钢筋保护层厚度异常规律类似于钢筋笼偏位, 数值呈现一定的类正弦分布;但是不同的高度上钢筋保护层厚度的异常规律是相同的, 但在数值上是不同的, 如图10所示。

从现场检测数据发现, 部分墩柱的保护层厚度在不同高度的横断面上整体偏小, 这可能是由于钢筋笼的加工误差导致, 钢筋笼在加工时可能直径偏大;但是从另一个角度讲也可能是由于模板在加工的时候直径偏小所致。若检测数据显示保护层厚度偏大, 这极有可能是由于钢筋笼的尺寸比设计尺寸偏小所致。图11是根据现场所测得的保护层厚度检测数据所绘制, 墩柱设计保护层厚度45mm, 但是实际测得的数据整体偏小合格率较低, 通过调查发现其钢筋笼在加工时直径偏大。

1) 钢筋笼在加工过程中要保证其精度, 弯成的加强筋半成品要严格检查其半径和圆顺度, 避免出现钢筋笼直径偏大或偏小的情况;同时为了保证钢筋笼的刚度, 要及时在加强筋上焊接十字支撑, 确保钢筋笼不变形。模板进场前要经过严格的验收、审查, 对正在使用的模板要时常检查变形情况, 一旦发现模板变形要及时维修、处理, 严重者要报废。避免因钢筋笼的加工精度和模板误差导致保护层厚度异常的问题^[4]。

2) 钢筋笼在运输过程中要采取适当的固定措施^[5], 防止钢筋笼在运输过程中滚动, 减小振动对钢筋笼的影响;在运输的过程中要选用合适的车辆, 避免因钢筋笼悬出过长导致钢筋笼的变形。

3) 钢筋笼在安装过程中要保证上下对心, 尽量做到先安装垫块后安装模板, 为了避免安装模板过程中垫块的碎裂, 要选用强度较高的垫块;垫块绑扎可以采用如图12所示绑扎形式, 在此种绑扎形式下, 钢模板安装下放时垫块起到滑轮的作用, 可以避免垫块压碎。

4) 模板在安装过程中尽量做到先立模板后紧螺栓, 如果不能做到可以先进行划线定位 (见图13) , 然后按图12的形式绑扎垫块, 最后将模板自上而下缓慢下降, 这样可以保证立模精度。

通过研究发现:钢筋保护层厚度异常一般是由钢筋笼加工误差、变形、偏位、倾斜导致, 但有时候是一种原因所致, 有时候是两种或多种原因所致。面对钢筋保护层厚度异常, 要从不同的角度、多方面考虑其可能发生的原因, 然后从钢筋笼加工、运输、安装和模板安装等各个方面改进, 保证钢筋保护层厚度的合格率, 提高钢筋混凝土结构的耐久性。