保護層概念

路面保護層是指在磨耗層上用砂土材料鋪成厚度不超過1cm的薄結構層，其作用是保證路面的平整度。

煤礦保護層：在開采煤層群時，有的煤層突出（煤與瓦斯突出）危險性大，有的煤層突出危險性小，甚至沒有突出危險性。在開采有突出危險的礦井，必須采取相應的防突措施。在突出礦井中，預先開采的并能使與其相鄰的有突出危險的煤層受到采動影響而減小或消除突出危險的煤層叫保護層，后開采的煤層稱被保護層。保護層位于被保護層上方為上保護層，相反為下保護層。

植物器官如葉、枝、花和果等脫落后，在離區(qū)中有幾層起保護作用的細胞，稱為保護層。這些細胞往往栓質(zhì)化，以防止外來病菌的侵入和水分的喪失。

保護層研究背景

國內(nèi)外學者多年來對鋼管混凝土力學性能和設計方法開展了深入細致的研究工作，已取得豐碩成果。國外有關鋼管混凝土的設計規(guī)范，這些規(guī)范中大都同時包括了圓鋼管混凝土和方鋼管混凝土構件設計方面的條文。自五、六 十年代以來，我國的研究者也進行了鋼管混凝土力學性能和設計方法方面的研究工作，特別是近十幾年來取得了令人矚目的成就，已先后由國家建材總局、中國工程建設標準化協(xié)會、國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會和中國人民解放軍總后勤部頒布發(fā)行了有關設計規(guī)程。

方鋼管對其核心混凝土的約束效果不如圓鋼管顯著，但仍有良好的效果，尤其可以有效地提高構件的延性。另外，與梁的連接節(jié)點處理也較容易，因此，在實際工程中具有很好的應用前景。方鋼管混土已在歐美、日本、加拿大和澳大利亞等國得到廣泛應用。近年來在我國的工程實踐也已開始起步。

我國主要采用，在鋼管中填充素混凝土的鋼管混凝土。由于進行鋼管混凝土柱耐火極限試驗研究時費用昂貴，我國以往在這方面的研究工作相對較少，尚未制定該類結構抗火設計方面的規(guī)定，不但制約了該類結構的推廣，而且對于已建成結構的耐火極限也缺乏必要的科學依據(jù)。在已建成的結構中，有的按照鋼筋混凝土的要求外包以混凝土，有的則按鋼結構的要求涂以防火涂料。這樣做雖也可能保證防火要求和結構的安全性，但大都偏于保守而造成浪費，且缺乏科學性和統(tǒng)一性。因此，深人研究鋼管混凝土柱的耐火性能，合理確定其防火設計方法具有十分迫切的理論意義和實用價值。

保護層研究進展

鋼筋的混凝土保護層厚度關系到結構的承載力、耐久性、防火等性能。鋼筋混凝土保護層具有以下幾個作用和影響：

1、維護結構耐久性混凝土中保護層太薄容易滲入潮濕氣體和水，過厚則易產(chǎn)生裂縫，這些都可能使鋼筋銹蝕并膨脹，從而使混凝土遭受破壞，影響使用和結構安全。

2、承受外力作用保護層對鋼筋有錨固力，利用混凝土與鋼筋間的錨固力，兩者緊密結合，共同參與工作。保護層過薄或缺失時，減低了它的錨固力從而降低了結構抵抗軸力和彎矩的作用。

3、從正截面受彎承載力計算公式可以看出，當面筋保護層過厚導致截面有效高度h₀減小時，將降低截面受彎承載力?？梢姳Ｗo層厚度是影響結構承載力多么重要的因素。

4、防火保護層混凝土具有一定的隔熱作用，遇到火災時能對較易軟化的鋼筋進行保護，如果保護層厚度過薄，在高溫環(huán)境下容易開裂，致使鋼筋因過熱而降低強度從而破壞整體結構。

因此，在當前的質(zhì)量驗收工作中保護層厚度的控制越來越受到重視，新規(guī)范規(guī)定在驗收過程中要進行實體檢測。

保護層研究背景

隨著煤礦開采規(guī)模的不斷擴大以及開采深度的增加，煤礦瓦斯的特殊涌出成為制約礦井高產(chǎn)高效的主要因素。尤其在開采低透氣性高瓦斯有突出危險煤層時，煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產(chǎn)的自然災害之一，如何安全、經(jīng)濟、有效地防治煤與瓦斯突出，前人為此進行了大量的研究，提出了許多有效的防治措施，對減少和預防煤與瓦斯突出做出了卓有成效的貢獻。其中保護層開采技術是已被大量實踐證明并用法規(guī)形式確立的防治煤礦突出危險的行之有效的方法，在國內(nèi)外被廣泛應用。保護層開采能使突出危險煤層的應力- 形變狀態(tài)和瓦斯動力狀態(tài)發(fā)生改變，使被保護層卸壓，釋放煤層的彈性潛能，增大煤層的透氣性，有利于被保護層的瓦斯流動、解吸，從而減少煤層含量，以降低煤層瓦斯內(nèi)能，達到預防煤與瓦斯突出的目的。在研究保護層開采過程中，被保護層變形特性對現(xiàn)場保護層開采方案的有效實施具有重要的理論和實際意義。

保護層數(shù)值模擬本構關系

巖石應力- 應變曲線的非線性是由于其受力后的不斷損傷引起微裂紋萌生和擴展而造成的，而不是由于其塑性變形，因此，用彈性損傷力學的本構關系來描述巖石的細觀力學性質(zhì)是合適的。從巖石的微觀結構上講，一方面因為大量節(jié)理、 裂隙的存在，巖石不是連續(xù)介質(zhì)；另一方面由于巖石仍屬于結晶材料，故巖石也不是離散介質(zhì)，這就說明了巖石從構造本質(zhì)上講是一種非線性材料。巖石的非線性本質(zhì)還顯示為巖石的變形、演化以及其中裂隙和孔隙空間分布的復雜性和高度無序性等方面。

在巖石破壞初始狀態(tài)，細觀單元是彈性的，其力學性質(zhì)可以完全由彈性模量和泊松比來表達，隨著單元應力的增加，當單元的應力狀態(tài)或者應變狀態(tài)滿足給定的損傷閾值時，單元開始損傷。在不同的應力組合條件下，巖石的破壞表現(xiàn)出剪切和拉伸2種形式。通常，可以利用庫侖準則判別壓縮破壞，利用最大拉應力準則判別拉伸破壞。

保護層研究結果

(1)保護層開采對被保護層產(chǎn)生較大影響，隨著保護層開采，上覆巖層不斷垮落，被保護層的最大主應力大大降低，被保護層在一定范圍內(nèi)發(fā)生膨脹變形，但隨著保護層推進距離的不斷增加，被保護層的最大主應力有所恢復，煤層的膨脹變形逐漸減小，達到一定值后趨于穩(wěn)定，該區(qū)域煤體裂隙發(fā)育，煤層透氣性大大增加，有利于瓦斯運移和煤層瓦斯卸壓抽放。

(2)隨著保護層工作面推進距離的增大，被保護層卸壓區(qū)煤層水平變形出現(xiàn)兩個區(qū)域，切眼前方一定距離煤層的水平移動方向與回采方向一致；工作面后方一定距離煤層的水平移動方向與回采方向相反，這樣被保護層卸壓區(qū)煤層受到水平拉抻和擠壓作用，使該區(qū)域煤體機械破壞增加，有利于被保護層次生裂隙的發(fā)育，進一步增加煤層的透氣性。

(3)在保護層開采過程中相對層間距對被保護層卸壓變形產(chǎn)生較大影響，相對層間距愈大，保護層開采對被保護層的影響愈小，膨脹變形的滯后時間增加，不利于被保護煤層離層裂隙和破斷裂隙的產(chǎn)生，為了保證保護層開采效果，應增大開采超前距。因此，在礦井生產(chǎn)的實際過程中，在被保護層中進行卸壓抽放時，應考慮保護層開采過程中，被保護層透氣性的時空演化分布規(guī)律。 2100433B

根據(jù)2010年新的《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）保護層厚度不再是縱向鋼筋（非箍筋）外緣至混凝土表面的最小距離，而是“以最外層鋼筋（包括箍筋、構造筋、分布筋等）的外緣計算混凝土的保護層厚度”。

保護層最小厚度的規(guī)定是為了使混凝土結構構件滿足的耐久性要求和對受力鋼筋有效錨固的要求。

混凝土保護層厚度大，構件的受力鋼筋粘結錨固性能、耐久性和防火性能越好。但是，過大的保護層厚度會使構件受力后產(chǎn)生的裂縫寬度過大，就會影響其使用性能（如破壞構件表面的裝修層、過大的裂縫寬度會使人恐慌不安），而且由于設計中是不考慮混凝土的抗拉作用的，過大的保護層厚度還必然會造成經(jīng)濟上的浪費。因此，2010年《混凝土結構設計規(guī)范》8.2.1條，規(guī)定縱向受力的普通鋼筋及預應力鋼筋，其混凝土保護層厚度(鋼筋外邊緣至混凝土表面的距離)不應小于鋼筋的公稱直徑d，且應符合下表的規(guī)定。一般設計中是采用最小值的。

混凝土保護層最小厚度(mm)

注：1.混凝土強度等級不大于C25時，表中保護層數(shù)值增加5mm.

2.鋼筋混凝土基礎宜設置混凝土墊層，基礎中鋼筋的混凝土保護層厚度應從墊層頂面算起，且不應小于40mm.

3.板在混凝土等級強度大于C25時，保護層厚度不小于20mm，且不應小于鋼筋的公稱直徑d。

（1）塊料面層保護層。塊料面層分地面磚和混凝土預制板保護層，可采用水泥砂漿鋪貼。鋪砌必須平整，并滿足排水要求，塊料應先浸水濕潤并陰干。擺鋪后應立即擠壓密實、平整，使之結合牢固。塊料之間應做勾縫處理。

（2）水泥砂漿保護層。水泥砂漿保護層與防水層之間應設置隔離層。保護層用的水泥砂漿配合比一般為1：（2.5~3）（體積比）。保護層施工前，應根據(jù)結構情況用木模設置縱橫分格縫。鋪設水泥砂漿時應隨鋪隨拍實，并用刮尺刮平。排水坡度應符合設計要求。立面水泥砂漿保護層施工時，為使砂漿與防水層粘結牢固，可事先在防水層表面進行處理(如粘麻絲、金屬網(wǎng)等），然后再做保護層。

（3）細石混凝土保護層。施工前應在防水層上鋪設隔離層，并按設計要求支設好分格縫木模。設計無要求時，每格面積不大于36m2，分格縫寬度為20mm.一個分格內(nèi)的混凝土應連續(xù)澆筑，不留施工縫。振搗宜采用鐵輥滾壓或人工拍實，以免防水層被破壞。拍實后隨即用刮尺按排水坡度刮平，初凝前用木抹子提漿抹平，初凝后及時取出分格縫木模，終凝前用鐵抹子壓光。細石混凝土保護層澆筑后應及時進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不應少于7d.養(yǎng)護期滿即將分格縫清理干凈，待干燥后嵌填密封材料。

保護層厚度正常環(huán)境

板、墻保護層15mm，梁、柱保護層20mm。

保護層厚度高濕度

1、砼強度小于等于C20時，板、墻保護層35mm，梁、柱保護層45mm

2、砼強度C25或C30時，板、墻保護層25mm，梁、柱保護層35mm

3、砼強度大于等于C35時，板、墻保護層15mm，梁、柱保護層25mm

基礎按有無墊層區(qū)分：有墊層時40mm，無墊層時70mm

保護層具體還要按設計圖紙定，圖紙設計保護層厚度有可能有小幅調(diào)整。2100433B