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摘 要：钢筋保护层厚度一直是影响施工技术的一个十分重要的因素，其大小偏差关系着结构物的承载力、耐久性、防火等性能。本文针对由垫块自身原因导致混凝土浇筑过程中出现的钢筋移位;由保护层厚度不达标造成的钢筋外漏、防火性能降低等现象，提出了一种新型的蘑菇形垫块，并对其设计、构造、适用范围及技术特点进行论述。这种垫块不仅保证了钢筋的保护层厚度，还简化了施工工艺，对现浇结构保护层的质量控制具有积极作用。
关键词：保护层;蘑菇钉垫块;结构物;耐久性
中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）27-0041-03
Abstract： The thickness of the protective layer of steel bar has always been a very important factor affecting the construction technology. The deviation of the thickness is related to the bearing capacity， durability， fire prevention and other properties of the structure. In this paper， a new type of mushroom shaped cushion block is put forward to solve the problems of reinforcement displacement， reinforcement leakage and fire resistance reduction caused by substandard thickness of protective layer. This paper discusses its design， structure， scope of application and technical characteristics.The cushion block not only ensures the thickness of the protective layer of the reinforcement，but also simplifies the construction technology，which plays a positive role in the quality control of the protective layer of the cast-in-place structure.
Keywords： protective layer;mushroom nail cushion block; structure;durability
鋼筋保护层厚度是指受力钢筋外缘至混凝土外表面层的混凝土的厚度，也称为混凝土保护层厚度。钢筋保护层是混凝土结构中的重要结构，其质量的好坏直接影响混凝土结构的耐久性、握裹力和构件的结构性能，尤其对梁板承载力和抗裂性能有着重要的影响，在实际工程中，由于钢筋保护层厚度的问题导致的质量问题不胜枚举。同时，保护层厚度的控制也成为当前质量验收中的重要组成部分，当前的新规范规定在验收过程中要进行实体检测。钢筋保护层垫块放置在混凝土结构里，用来扩大承压面积，钢筋的保护层厚度关系着结构的承载力、耐久性、防火等性能。因此，钢筋保护层应符合中华人民共和国国家标准GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》与GB50010—2010《混凝土结构设计规范》[1]。而直接影响保护层厚度的却是一个小构件——钢筋保护层垫块。钢筋保护层垫块的强度、尺寸、材质以及形状直接影响着保护层的质量。在整个混凝土结构中起着举足轻重的作用。
1 钢筋保护层作用
①保证钢筋与混凝土有较好的握裹力，从而使混凝土与钢筋共同工作。握裹力主要来源于钢筋表面与水泥胶体的胶结力;混凝土收缩与钢筋表面产生的摩擦力;混凝土与钢筋表面凹凸不平接触产生的咬合力。当构件在荷载作用下钢筋承受拉力，在该力作用下钢筋的周围产生应力，当应力超出混凝土抗拉强度时，混凝土受到破坏产生裂纹，握裹力消失。因此，必须有足够的保护层厚度来抵抗受力钢筋的拉力。
②防止钢筋锈蚀，增强结构耐久性。钢筋混凝土保护层薄会使钢筋提前开始锈蚀并加快锈蚀发展速度，其主要原因是钢筋被钝化，钝化膜遭到破坏，钢筋外混凝土失去保护作用，破坏结构整体性，缩短构件使用年限。保护层薄处的钢筋周围由黏结滑移引起的裂缝会较快地发展到混凝土构件表面，形成纵向裂缝，保护层发生劈裂性破坏，钢筋无法充分发挥作用并加快腐蚀，直接影响混凝土结构的耐久性。保护层过厚易造成混凝土表面形成收缩裂缝及温度裂缝，降低构件的承载力[2]。
③保障了钢筋的正确位置，满足截面有效高度，保证钢筋、混凝土发挥有效的设计力学作用。
④保证钢筋耐火性，满足消防防火要求。混凝土是一种很好的防火材料。钢筋包裹在混凝土中，火灾时钢筋就不致很快受到破坏，所以按照结构防火的要求也需要保证钢筋保护层的厚度。
2 现有钢筋保护层垫块的种类及其优缺点
目前钢筋保护层垫块名目繁多，有现场制作的，也有直接订购的，材质有花岗岩、砂浆以及混凝土、塑料、边角石料、钢筋头等，各种垫块各有其优缺点。
2.1 砂浆垫块
砂浆垫块是传统的使用方法，它是《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）中规定使用的，一直沿用至今。这种垫块有现场制作的也有预制场预制的，预制砂浆垫块时里面可以放扎丝，容易和钢筋固定，不易移位，同时它和塑料垫块一样可以利用模具制成各种易于施工的形状，其最大的特点就是材料一致，能很好地与混凝土融合一起，保持混凝土的整体性。但是砂浆垫块强度低，在施工中沉置钢筋笼时以及在振荡器的作用下易使垫块破碎、移位致使逃模，使板体、梁体凹凸不平，保护层厚度难以控制。 2.2 大理石垫块
大理石做垫块的强度很高，在施工中不易压碎，而且成本很低，一些符合尺寸的边角料即可。混凝土与大理石粘连不好，混凝土浇注好后，大理石垫块裸露在外面，在装饰抹灰时，大理石垫块可能会掉落，并且如果垫块面积太大了装修时会造成抹灰面空鼓的现象;混凝土与大理石的粘连部分可能存在空隙，大理石表面的泥巴中可能存在对钢筋有害的成分，如氯离子，均会加速钢筋锈蚀。而且花岗岩与混凝土膨胀系数不一致，经过长时间反复的收缩和膨胀容易造成空鼓，甚至开裂脱落。
2.3 钢筋头垫块
钢筋头容易与骨架进行绑扎固定，厚度比较容易控制，从而避免垫块发生脱位、压碎、侧面脱落等现象。钢筋头垫块目前规范上已禁止使用。主要是钢筋头很容易被锈蚀，在结构使用过程中会很快锈蚀到结构内部，对结构的寿命有较大的影响。
2.4 塑料垫块
塑料垫块种类繁多且制作容易，使用方便，它的尺寸准确，不易变形，安装简便牢固，节省工时，受气候影响小;不会因为踩踏而损坏，可灵巧地移动和纵横安装，它与混凝土垫块相比最大的一个特点就是重量轻，便于运送和存储;同时它的价格低廉。当塑料强度低时，容易造成塑料环圈变形，塑料强度高时，缺乏弹性，卡入钢筋不容易;塑料的弹性模量、热膨胀系数与混凝土差异大，限位件与后浇注混凝土之间黏结效果差，容易引起腐蚀介质侵入，导致塑料环圈内钢筋发生腐蚀。另外，發生火灾时，限位件外露部分燃烧后产生的有害气体也会对人体造成伤害，燃烧后会产生孔洞易产生腐蚀[3]。
3 蘑菇钉垫块优点
如何解决现有垫块的不足，保证施工质量，是一个亟待解决的问题。本文提出的蘑菇钉垫块由前端的蘑菇头和尾端的蘑菇柄组成，如图1所示。前端的蘑菇头采用砂浆并在其中加入石子，蘑菇柄采用钢筋，钢筋的一端深入蘑菇头中，如图2所示。
3.1 提高结构物耐久性
垫块提前绑扎在钢筋上来达到控制混凝土保护层的目的，混凝土浇筑完成后，垫块也会浇筑其中。由于垫块采用的混凝土强度低于浇筑的混凝土强度，混凝土浇筑完成后垫块裸露的部分会影响到结构物的耐久性。蘑菇型垫块其顶部面积小，在混凝土浇筑后垫块裸露在空气中的面积很小，能够提高结构物的耐久性。
3.2 控制保护层精度高
普通混凝土垫块都是现场浇筑或者预制场预制完成，施工中绑扎在钢筋上。由于不同的工程中的结构物保护层的厚度规范中有不同的规定，这就造成普通垫块对于钢筋保护层的精度控制不准确。对于蘑菇形垫块而言只需要知道钢筋保护层的厚度，在指定的蘑菇柄位置焊接在钢筋上，达到精准控制保护层的目的。尤其对于一些倒角等复杂结构，蘑菇形垫块的优点更加突出。如图3所示，蘑菇形垫块能克服普通垫块大小和尺寸难以控制倒角保护层的厚度的问题。
3.3 强度高
蘑菇钉垫块的蘑菇头是采用砂浆制作完成，并在其中加入细石子。因此，蘑菇形垫块能够很好地与混凝土结合在一起，保持混凝土的整体性。同时，能够有效解决普通砂浆垫块的轻度低问题，能有效避免在施工中沉置钢筋笼时以及在振荡器的作用下使垫块破碎、移位致使逃模，使板体、梁体凹凸不平等问题。
4 结语
蘑菇钉垫块价格低廉、构造简单、易于操作。本文的蘑菇钉垫块可以根据不同的工况合理、精确地控制钢筋保护层的厚度，特别是针对一些复杂工况。该垫块采用砂浆加石子能够提高垫块的强度，能够很好地与混凝土结合在一起，保持混凝土的整体性。同时，该垫块的设计使其裸露在空气中的面积小，能够提高结构物的耐久性，其经济价值和应用前景广阔，适合大面积推广使用。
参考文献：
[1]李雪娜，陈硕，蔡焕琴，等.扣盖式钢筋保护层塑料垫块设计研究[J].河北建筑工程学院学报，2017（35）：51-52.
[2]汤亮，林杰腾，张雪松，等.片状整体垫块在梁钢筋保护层控制中的应用[J].建筑技术，2020（51）：1363-1364.
[3]胡苏进，田芝芳，曹新红.钢筋保护层垫块及其质量控制[J].江苏交通科技，2009（3）：9-11.
关键词：保护层;蘑菇钉垫块;结构物;耐久性
中图分类号：TU755 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）27-0041-03
Abstract： The thickness of the protective layer of steel bar has always been a very important factor affecting the construction technology. The deviation of the thickness is related to the bearing capacity， durability， fire prevention and other properties of the structure. In this paper， a new type of mushroom shaped cushion block is put forward to solve the problems of reinforcement displacement， reinforcement leakage and fire resistance reduction caused by substandard thickness of protective layer. This paper discusses its design， structure， scope of application and technical characteristics.The cushion block not only ensures the thickness of the protective layer of the reinforcement，but also simplifies the construction technology，which plays a positive role in the quality control of the protective layer of the cast-in-place structure.
Keywords： protective layer;mushroom nail cushion block; structure;durability
鋼筋保护层厚度是指受力钢筋外缘至混凝土外表面层的混凝土的厚度，也称为混凝土保护层厚度。钢筋保护层是混凝土结构中的重要结构，其质量的好坏直接影响混凝土结构的耐久性、握裹力和构件的结构性能，尤其对梁板承载力和抗裂性能有着重要的影响，在实际工程中，由于钢筋保护层厚度的问题导致的质量问题不胜枚举。同时，保护层厚度的控制也成为当前质量验收中的重要组成部分，当前的新规范规定在验收过程中要进行实体检测。钢筋保护层垫块放置在混凝土结构里，用来扩大承压面积，钢筋的保护层厚度关系着结构的承载力、耐久性、防火等性能。因此，钢筋保护层应符合中华人民共和国国家标准GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》与GB50010—2010《混凝土结构设计规范》[1]。而直接影响保护层厚度的却是一个小构件——钢筋保护层垫块。钢筋保护层垫块的强度、尺寸、材质以及形状直接影响着保护层的质量。在整个混凝土结构中起着举足轻重的作用。
1 钢筋保护层作用
①保证钢筋与混凝土有较好的握裹力，从而使混凝土与钢筋共同工作。握裹力主要来源于钢筋表面与水泥胶体的胶结力;混凝土收缩与钢筋表面产生的摩擦力;混凝土与钢筋表面凹凸不平接触产生的咬合力。当构件在荷载作用下钢筋承受拉力，在该力作用下钢筋的周围产生应力，当应力超出混凝土抗拉强度时，混凝土受到破坏产生裂纹，握裹力消失。因此，必须有足够的保护层厚度来抵抗受力钢筋的拉力。
②防止钢筋锈蚀，增强结构耐久性。钢筋混凝土保护层薄会使钢筋提前开始锈蚀并加快锈蚀发展速度，其主要原因是钢筋被钝化，钝化膜遭到破坏，钢筋外混凝土失去保护作用，破坏结构整体性，缩短构件使用年限。保护层薄处的钢筋周围由黏结滑移引起的裂缝会较快地发展到混凝土构件表面，形成纵向裂缝，保护层发生劈裂性破坏，钢筋无法充分发挥作用并加快腐蚀，直接影响混凝土结构的耐久性。保护层过厚易造成混凝土表面形成收缩裂缝及温度裂缝，降低构件的承载力[2]。
③保障了钢筋的正确位置，满足截面有效高度，保证钢筋、混凝土发挥有效的设计力学作用。
④保证钢筋耐火性，满足消防防火要求。混凝土是一种很好的防火材料。钢筋包裹在混凝土中，火灾时钢筋就不致很快受到破坏，所以按照结构防火的要求也需要保证钢筋保护层的厚度。
2 现有钢筋保护层垫块的种类及其优缺点
目前钢筋保护层垫块名目繁多，有现场制作的，也有直接订购的，材质有花岗岩、砂浆以及混凝土、塑料、边角石料、钢筋头等，各种垫块各有其优缺点。
2.1 砂浆垫块
砂浆垫块是传统的使用方法，它是《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）中规定使用的，一直沿用至今。这种垫块有现场制作的也有预制场预制的，预制砂浆垫块时里面可以放扎丝，容易和钢筋固定，不易移位，同时它和塑料垫块一样可以利用模具制成各种易于施工的形状，其最大的特点就是材料一致，能很好地与混凝土融合一起，保持混凝土的整体性。但是砂浆垫块强度低，在施工中沉置钢筋笼时以及在振荡器的作用下易使垫块破碎、移位致使逃模，使板体、梁体凹凸不平，保护层厚度难以控制。 2.2 大理石垫块
大理石做垫块的强度很高，在施工中不易压碎，而且成本很低，一些符合尺寸的边角料即可。混凝土与大理石粘连不好，混凝土浇注好后，大理石垫块裸露在外面，在装饰抹灰时，大理石垫块可能会掉落，并且如果垫块面积太大了装修时会造成抹灰面空鼓的现象;混凝土与大理石的粘连部分可能存在空隙，大理石表面的泥巴中可能存在对钢筋有害的成分，如氯离子，均会加速钢筋锈蚀。而且花岗岩与混凝土膨胀系数不一致，经过长时间反复的收缩和膨胀容易造成空鼓，甚至开裂脱落。
2.3 钢筋头垫块
钢筋头容易与骨架进行绑扎固定，厚度比较容易控制，从而避免垫块发生脱位、压碎、侧面脱落等现象。钢筋头垫块目前规范上已禁止使用。主要是钢筋头很容易被锈蚀，在结构使用过程中会很快锈蚀到结构内部，对结构的寿命有较大的影响。
2.4 塑料垫块
塑料垫块种类繁多且制作容易，使用方便，它的尺寸准确，不易变形，安装简便牢固，节省工时，受气候影响小;不会因为踩踏而损坏，可灵巧地移动和纵横安装，它与混凝土垫块相比最大的一个特点就是重量轻，便于运送和存储;同时它的价格低廉。当塑料强度低时，容易造成塑料环圈变形，塑料强度高时，缺乏弹性，卡入钢筋不容易;塑料的弹性模量、热膨胀系数与混凝土差异大，限位件与后浇注混凝土之间黏结效果差，容易引起腐蚀介质侵入，导致塑料环圈内钢筋发生腐蚀。另外，發生火灾时，限位件外露部分燃烧后产生的有害气体也会对人体造成伤害，燃烧后会产生孔洞易产生腐蚀[3]。
3 蘑菇钉垫块优点
如何解决现有垫块的不足，保证施工质量，是一个亟待解决的问题。本文提出的蘑菇钉垫块由前端的蘑菇头和尾端的蘑菇柄组成，如图1所示。前端的蘑菇头采用砂浆并在其中加入石子，蘑菇柄采用钢筋，钢筋的一端深入蘑菇头中，如图2所示。
3.1 提高结构物耐久性
垫块提前绑扎在钢筋上来达到控制混凝土保护层的目的，混凝土浇筑完成后，垫块也会浇筑其中。由于垫块采用的混凝土强度低于浇筑的混凝土强度，混凝土浇筑完成后垫块裸露的部分会影响到结构物的耐久性。蘑菇型垫块其顶部面积小，在混凝土浇筑后垫块裸露在空气中的面积很小，能够提高结构物的耐久性。
3.2 控制保护层精度高
普通混凝土垫块都是现场浇筑或者预制场预制完成，施工中绑扎在钢筋上。由于不同的工程中的结构物保护层的厚度规范中有不同的规定，这就造成普通垫块对于钢筋保护层的精度控制不准确。对于蘑菇形垫块而言只需要知道钢筋保护层的厚度，在指定的蘑菇柄位置焊接在钢筋上，达到精准控制保护层的目的。尤其对于一些倒角等复杂结构，蘑菇形垫块的优点更加突出。如图3所示，蘑菇形垫块能克服普通垫块大小和尺寸难以控制倒角保护层的厚度的问题。
3.3 强度高
蘑菇钉垫块的蘑菇头是采用砂浆制作完成，并在其中加入细石子。因此，蘑菇形垫块能够很好地与混凝土结合在一起，保持混凝土的整体性。同时，能够有效解决普通砂浆垫块的轻度低问题，能有效避免在施工中沉置钢筋笼时以及在振荡器的作用下使垫块破碎、移位致使逃模，使板体、梁体凹凸不平等问题。
4 结语
蘑菇钉垫块价格低廉、构造简单、易于操作。本文的蘑菇钉垫块可以根据不同的工况合理、精确地控制钢筋保护层的厚度，特别是针对一些复杂工况。该垫块采用砂浆加石子能够提高垫块的强度，能够很好地与混凝土结合在一起，保持混凝土的整体性。同时，该垫块的设计使其裸露在空气中的面积小，能够提高结构物的耐久性，其经济价值和应用前景广阔，适合大面积推广使用。
参考文献：
[1]李雪娜，陈硕，蔡焕琴，等.扣盖式钢筋保护层塑料垫块设计研究[J].河北建筑工程学院学报，2017（35）：51-52.
[2]汤亮，林杰腾，张雪松，等.片状整体垫块在梁钢筋保护层控制中的应用[J].建筑技术，2020（51）：1363-1364.
[3]胡苏进，田芝芳，曹新红.钢筋保护层垫块及其质量控制[J].江苏交通科技，2009（3）：9-11.