上海地區(qū)歷史建筑常見耐久性問題與現(xiàn)場檢測方法

張逢伯 （上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 200032）

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，城市化進程日益加快，城市更新的規(guī)模不斷擴大，歷史建筑的升級改造逐漸成了各級政府和社會各界關(guān)注的熱點。2017 年起，上海市強調(diào)要以城市更新的全新理念推進歷史建筑保護工作，從“拆、改、留并舉，以拆為主”轉(zhuǎn)換至“留、改、拆并舉，以保留保護為主”。歷史建筑在升級改造時，由于房屋歷經(jīng)多年使用，受自然或人為因素影響，或多或少會出現(xiàn)耐久性問題。這些耐久性問題不僅影響房屋的使用性能，也可能會影響房屋的整體安全，因此歷史建筑的耐久性檢測是升級改造中不可或缺的一項重要工作。許多歷史建筑在檢測時處于使用狀態(tài)，不具備取樣進行試驗室測試的條件，因此如何進行現(xiàn)場檢測、特別是無損檢測成為歷史建筑耐久性檢測的關(guān)鍵所在。本文選取了上海地區(qū)常見的歷史建筑類型，總結(jié)了不同歷史建筑類型的典型耐久性問題及現(xiàn)場檢測方法，為后續(xù)歷史建筑耐久性檢測評估工作提供參考。

1 上海地區(qū)主要歷史建筑類型

上海市石庫門里弄建筑是上海地區(qū)最具代表性的居住類建筑，也是城市保護與利用的重點對象。里弄建筑分為舊式里弄和新式里弄，舊式里弄建筑主要采用磚木立帖結(jié)構(gòu)，新式里弄建筑則多利用承重磚墻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的立帖式[1]。留存至今的諸多里弄建筑現(xiàn)已被陸續(xù)公布為上海市優(yōu)秀歷史建筑或文物建筑，如四川北路 989 弄公益坊、老重慶中路 64 弄漁陽里等。

自 1908 年上海第一座完全采用鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)的建筑—德律風(fēng)公司大樓建成之后，鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)便成為上海多層建筑的最主要結(jié)構(gòu)形式[1]?；炷亮褐Y(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各類公共建筑、居住建筑或商業(yè)建筑中，如南京東路 233-257 號南京大樓、瀏河口路 50 號比樂中學(xué)等。

此外，上海地區(qū)還存在大量歷史工業(yè)建筑。這些建筑的主要結(jié)構(gòu)形式為排架結(jié)構(gòu)，通常采用混凝土排架柱、預(yù)制混凝土屋架或預(yù)制鋼屋架組成。典型的歷史工業(yè)建筑如共和新路 3201 號彭浦機器廠、力波啤酒廠等。

2 歷史建筑常見耐久性問題

歷史建筑耐久性問題的主要因素包括材料自然老化或退化、環(huán)境作用、施工因素或人為因素等。對于不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型、耐久性問題的表現(xiàn)形式也各不相同。

2.1 磚木結(jié)構(gòu)耐久性問題

磚木結(jié)構(gòu)是由承重磚墻、木柱、木梁、木擱柵、立帖構(gòu)架等組成的結(jié)構(gòu)。上海地區(qū)歷史建筑中，承重磚墻主要采用黏土磚。其耐久性問題主要表現(xiàn)為磚風(fēng)化。

黏土磚的風(fēng)化作用指磚的表面由于溫度變化、水及水溶解作用、大氣及生物作用下，發(fā)生的機械崩解破碎及化學(xué)變化過程[2]。磚塊的風(fēng)化會導(dǎo)致磚墻有效截面減小，從而影響其承載性能。

木構(gòu)件的耐久性問題主要表現(xiàn)為腐朽、蟲蛀等。木材腐朽是木腐菌侵害的結(jié)果，蟲蛀破壞在上海地區(qū)較為常見的種類為白蟻蛀蝕。木材腐朽或白蟻蛀蝕都會使木構(gòu)件的有效截面減小，從而引起承載能力降低。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題主要表現(xiàn)為混凝土碳化、鋼筋銹蝕、混凝土保護層剝落等。以上 3 種耐久性問題相互作用，造成混凝土構(gòu)件的性能退化與承載力降低。

混凝土碳化是指混凝土中的堿性物質(zhì)與空氣中的酸性CO2發(fā)生反應(yīng)，使得混凝土堿性下降和化學(xué)成分改變的中性化反應(yīng)過程。當中性化深度大于混凝土保護層厚度，就會破壞保護層下鋼筋表面的鈍化膜，在鈍化膜被破壞后，伴隨著水和空氣的共同作用，鋼筋就會出現(xiàn)銹蝕[3]。鋼筋銹蝕使得鋼筋體積增大，進而使得混凝土產(chǎn)生裂縫，嚴重時會造成混凝土表面保護層剝落。當內(nèi)層混凝土或鋼筋暴露在空氣中后，會進一步發(fā)生碳化作用或加速鋼筋銹蝕，使得更多的混凝土開裂或者保護層剝落。研究表明[3-4]，影響混凝土碳化的因素主要有水灰比、水泥品種與用量、摻合料、相對濕度、溫度、施工因素等。上海某建造于 1935 年的混凝土結(jié)構(gòu)房屋，現(xiàn)場檢測時發(fā)現(xiàn)混凝土梁、柱構(gòu)件表面的碳化深度達到 36～70 mm，鋼筋表面普遍有浮銹，少數(shù)構(gòu)件存在鋼筋銹脹、保護層剝落現(xiàn)象。

2.3 排架結(jié)構(gòu)耐久性問題

工業(yè)廠房多采用排架結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件有混凝土排架柱、混凝土吊車梁或鋼吊車梁、預(yù)制混凝土屋架或預(yù)制鋼屋架。其中，混凝土構(gòu)件常見耐久性問題如前文所述，本節(jié)主要討論鋼構(gòu)件的耐久性問題。

鋼構(gòu)件存在的耐久性問題主要為鋼材銹蝕。鋼材的大氣銹蝕是鋼材處于表面水膜層下的電化學(xué)銹蝕過程。這種水膜實質(zhì)上是電解質(zhì)水膜，是由于空氣中相對濕度達到一定數(shù)值時，空氣中水份在金屬表面吸附凝聚及溶有空氣的污染物而形成的。鋼材大氣銹蝕按照破壞形式的不同可分為兩大類：一是均勻銹蝕和局部銹蝕，均勻銹蝕會導(dǎo)致構(gòu)件截面面積降低，降低構(gòu)件的承載力；二是局部銹蝕，由于銹蝕不均勻，可能會導(dǎo)致構(gòu)件表面出現(xiàn)明顯的銹坑，致使構(gòu)件局部區(qū)域應(yīng)力集中，其危害遠大于均勻銹蝕。對于銹蝕鋼構(gòu)件，根據(jù)銹蝕程度的不同，可以分為表面浮銹、氧化皮剝落、銹穿、銹斷等。

3 耐久性現(xiàn)場常用檢測方法

歷史建筑耐久性檢測主要包括現(xiàn)場檢測和實驗室測試，現(xiàn)場檢測可進一步分為有損檢測和無損檢測。在實際檢測工作中，難免會碰到房屋正處于使用狀態(tài)中的情況，無法進行大范圍破損檢測或?qū)嶒炇覝y試。因此，現(xiàn)場檢測，尤其是無損檢測技術(shù)往往是歷史建筑耐久性檢測工作的關(guān)鍵所在。

3.1 黏土磚風(fēng)化

黏土磚的風(fēng)化深度主要通過目測及人工量測的方法，采用游標卡尺量測磚表面的風(fēng)化深度，確定黏土磚風(fēng)化深度的大致范圍。歷史建筑在現(xiàn)場檢測時，通常需要對房屋各立面的磚塊風(fēng)化范圍進行勾畫，便于后期的修繕維護。對于某些建筑高度較大的房屋，也可以結(jié)合無人機拍攝技術(shù)，對高度較大位置黏土磚的風(fēng)化情況進行拍攝記錄和分析。

3.2 木構(gòu)件缺陷

木材表面缺陷可以直接通過目測法識別。對于木材內(nèi)部的缺陷，通?？梢圆捎媚静淖枇x、應(yīng)力波、超聲波等方法進行檢測。木材阻力儀是利用微型鉆針在電動機驅(qū)動下以恒定速率鉆入木材內(nèi)部，產(chǎn)生的相對阻力的大小反映出密度的變化，通過微機系統(tǒng)采集鉆針在木材中產(chǎn)生的阻力參數(shù)并計算后，顯示出阻力曲線圖像[5]。應(yīng)力波檢測是利用應(yīng)力波通過被測材料的速度與被測材料密度以及彈性模量的物理關(guān)系所建立的測試技術(shù)[5]。超聲波檢測的基本原理是超聲波產(chǎn)生聲脈沖進入被檢測材料中，經(jīng)過穿透、反射、衰減后被另一端的傳感器收集，通過提取不同信號參數(shù)并處理，來進行材料性質(zhì)檢測[5]。木材阻力儀檢測屬于微損檢測技術(shù)，應(yīng)力波檢測與超聲波檢測屬于無損檢測技術(shù)。針對木材的蟻蛀問題，目前可以通過在歷史建筑內(nèi)布設(shè)自動化監(jiān)測裝置對白蟻的活動進行監(jiān)測，如出現(xiàn)報警即立即通知專業(yè)人員進行消毒滅殺。

3.3 混凝土碳化深度

混凝土碳化深度的檢測主要采用酚酞測試法。根據(jù)行業(yè)標準 JGJ/T 23—2011 《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，在混凝土強度回彈測量完畢后，應(yīng)在有代表性的測區(qū)上測量碳化深度值，測點數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測區(qū)數(shù)的30%，應(yīng)取其平均值作為該構(gòu)件每個測區(qū)的碳化深度值。具體測量步驟如下：

（1）采用工具在測區(qū)表面形成直徑約 15 mm 的孔洞，其深度應(yīng)大于混凝土的碳化深度。

（2）應(yīng)清除孔洞中的粉末和碎屑，且不得用水擦洗。

（3）采用濃度為 1%～2% 的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，當已碳化與未碳化界線清晰時，應(yīng)采用碳化深度測量儀測量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離，并應(yīng)測量 3 次，每次讀數(shù)應(yīng)精確至 0.25 mm。

（4）應(yīng)取 3 次測量的平均值作為檢測結(jié)果，并應(yīng)精確至 0.5 mm。

3.4 鋼筋或鋼材銹蝕

鋼筋或鋼材的銹蝕程度，首先可以通過目測判斷其銹蝕狀態(tài)（表面浮銹、氧化皮剝落、銹穿、銹斷），再通過除銹設(shè)備將其表面銹跡或銹斑去除，測量未銹部分的直徑或厚度，得到鋼筋或鋼材的剩余有效面積，進而計算鋼筋或鋼材的銹蝕率。若現(xiàn)場不具備局部破損條件，對于混凝土中鋼筋的銹蝕狀況還可以采用電化學(xué)方法，如半電池電位法、電阻率法、腐蝕電流密度測定法等進行鋼筋銹蝕狀況的測定[6]。

4 結(jié) 語

上海地區(qū)歷經(jīng)沉淀保留下來的歷史建筑不僅是上海城市文化的象征，也是城市更新浪潮中需要保護和利用的重點對象。本文對上海地區(qū)常見歷史建筑類型的耐久性問題及現(xiàn)場檢測方法進行了梳理，旨在通過這些檢測方法對歷史建筑的耐久性狀態(tài)做出初步判斷，進而為歷史建筑的鑒定評估和加固維修提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。通過對上海地區(qū)歷史建筑耐久性問題的檢測評估和加固維修，在保證歷史建筑保護要求的前提下合理提升其耐久性能，將為上海海派文化延續(xù)和城市文脈傳承提供關(guān)鍵物質(zhì)保障。