環(huán)境潮濕地區(qū)房屋加固改造耐久性現(xiàn)場試驗(yàn)的應(yīng)用探究

摘 "要：鋼筋混凝土作為當(dāng)今工程建設(shè)中最常用的材料，其應(yīng)用于建筑已有百年的歷史。隨著建筑的使用年限越來越長，耐久性問題也越來越突出。既有建筑在加固改造之前需要做結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，而結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中的耐久性試驗(yàn)對于環(huán)境潮濕的地區(qū)來說尤為重要。為對建筑結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行更準(zhǔn)確的檢測與評估，該文提出針對環(huán)境潮濕地區(qū)鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性評定模型，以構(gòu)件保護(hù)層厚度、構(gòu)件混凝土碳化深度、鋼筋銹蝕3個方面為主，擴(kuò)大抽樣量，對結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行定量分析，在滿足相關(guān)試驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯拢?jié)約時間及措施成本，也確保耐久性試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，為房屋的加固改造提供重要依據(jù)，可為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境潮濕地區(qū)；加固改造；耐久性試驗(yàn)；混凝土；強(qiáng)度

中圖分類號：V445 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2023）20-0071-04

Abstract： Reinforced concrete， as the most commonly used material in engineering construction， has been used in construction for a hundred years. With the longer and longer service life of buildings， the problem of durability is becoming more and more prominent. Existing buildings need to do structural tests before reinforcement and reconstruction， and the durability test in structural tests is particularly important in areas with humid environment. In order to detect and evaluate the durability of building structures more accurately， this paper puts forward a durability evaluation model of reinforced concrete members in humid areas， which is mainly from three aspects： member cover thickness， member concrete carbonization depth and steel bar rust. The sampling volume is expanded， and the structural durability is quantitatively analyzed to save time and measure cost on the premise of meeting the relevant test purposes. It also ensures the accuracy of the durability test， provides an important basis for the reinforcement and reconstruction of buildings， and can provide reference for similar projects.

Keywords： humid area; reinforcement and reconstruction; durability test; concrete; strength

我國已進(jìn)入新建建筑和存量建筑改造并重的時代，建筑改造規(guī)模越來越大，改造內(nèi)容也越來越豐富，提升結(jié)構(gòu)耐久性是增長既有建筑使用壽命的根本，既有建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐久性改造越來越受到重視。所謂耐久性，即為結(jié)構(gòu)抵抗氣候作用、化學(xué)腐蝕、物理作用或其他破壞過程的能力。評定結(jié)構(gòu)的耐久性非常復(fù)雜，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)，涉及施工質(zhì)量、材料強(qiáng)度、使用環(huán)境及大氣環(huán)境等各種因素。目前對于結(jié)構(gòu)耐久性的試驗(yàn)項(xiàng)目主要包含混凝土結(jié)構(gòu)外觀損傷狀況、混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸、混凝土滲透性、混凝土抗壓強(qiáng)度、混凝土碳化深度、混凝土中氯離子含量以及混凝土保護(hù)層厚度、鋼筋位置及直徑。其試驗(yàn)措施成本較高，耗時較長，針對性較差。筆者在重慶某工程結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，結(jié)合工程實(shí)際情況，針對性地將構(gòu)件保護(hù)層厚度、構(gòu)件混凝土碳化深度、鋼筋銹蝕3項(xiàng)作為主攻方向，擴(kuò)大抽樣量。在確保其試驗(yàn)準(zhǔn)確性的前提下，節(jié)約了時間及措施成本，可為同類工程提供參考。

1 "評定思路及方法

重慶位于中國的中、西部、長江上游，處于環(huán)境潮濕地區(qū)，其混凝土構(gòu)件耐久性問題主要為鋼筋銹蝕；對于民用建筑，引起鋼筋銹蝕的主要原因是大氣環(huán)境下混凝土的碳化，因此按大氣環(huán)境下鋼筋銹蝕對本工程耐久性進(jìn)行評定。

根據(jù)CECS 220—2007《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)內(nèi)容，鋼筋銹蝕耐久性極限狀態(tài)應(yīng)按下列規(guī)定確定。

1）對下一目標(biāo)使用年限內(nèi)不允許鋼筋銹蝕或嚴(yán)格不允許保護(hù)層銹脹開裂的構(gòu)件，可將鋼筋開始銹蝕作為耐久性極限狀態(tài)。

2）對下一目標(biāo)使用年限內(nèi)一般不允許出現(xiàn)銹脹裂縫的構(gòu)件，可將保護(hù)層銹脹開裂作為耐久性極限狀態(tài)。

3）對下一目標(biāo)使用年限內(nèi)允許出現(xiàn)銹脹裂縫或局部破損的構(gòu)件，可將混凝土表面出現(xiàn)可接受最大外觀損傷作為耐久性極限狀態(tài)。

考慮到此類工程的特性，確定采用第1）條規(guī)定評定耐久性剩余使用年限。

根據(jù)評定思路及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合此類工程特點(diǎn)及現(xiàn)場實(shí)際情況，試驗(yàn)內(nèi)容及方法如下。

1）建筑使用環(huán)境調(diào)查。通過現(xiàn)場觀察、踏勘、詢問方式對建筑周邊使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查。

2）構(gòu)件外觀情況調(diào)查。采用人工觀察的方式，對每層可檢構(gòu)件的外觀狀況進(jìn)行檢查。

3）構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測。采用回彈法檢測構(gòu)件混凝土強(qiáng)度。

4）構(gòu)件保護(hù)層厚度試驗(yàn)。采用混凝土鋼筋檢測儀檢測構(gòu)件保護(hù)層厚度，每根構(gòu)件讀取6個數(shù)值。

5）構(gòu)件混凝土碳化深度試驗(yàn)。采用鑿開混凝土的方式，用酚酞試液檢測碳化情況，用卡尺檢測碳化深度，每根構(gòu)件3個測位，每個測位測取3個碳化深度。

6）鋼筋銹蝕試驗(yàn)。通過外觀檢查是否存在銹脹開裂，以及局部鑿開保護(hù)層，直接對鋼筋銹蝕情況進(jìn)行檢查。

2 "工程概況

重慶市某公司辦公樓，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，共3層，設(shè)計層高均為3.6 m，總建筑面積970.92 m2。

1）辦公樓的結(jié)構(gòu)安全等級為二級，建筑類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值0.05 g，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計合理使用年限為50年。

2）該工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化砂巖層，工程中涉及的柱、梁、板混凝土強(qiáng)度設(shè)計等級均為C25，各種構(gòu)件的截面尺寸及配筋等參數(shù)見原設(shè)計圖。

3）基本風(fēng)壓0.4 kN/m2，B類地面粗糙度；上人屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2.0 kN/m2，非上人屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.5 kN/m2。

該工程于2000年10月份開始修建，2001年12月份竣工，竣工后陸續(xù)投入使用至今。

3 "試驗(yàn)情況及結(jié)果分析

3.1 "建筑使用環(huán)境

1）重慶地處中國的中、西部、長江上游，氣候相對溫和，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫在18 ℃左右，冬季最低氣溫平均6～8 ℃，夏季較熱，七、八月日最高氣溫均在35 ℃以上。極端氣溫最高41.9 ℃，最低-1.7 ℃，日照總時數(shù)1 000～1 200 h。

2）根據(jù)重慶市氣象環(huán)境資料，大氣年平均溫度18.3 ℃，最高溫度42.1 ℃，最低溫度3.1 ℃，其中最冷月為一月，平均氣溫6.2 ℃，平均低于0 ℃的天數(shù)為0；重慶市年均濕度為78.9%。

3）該建筑處于烏江沿岸，視野空闊，建筑密度小，附近無工業(yè)廠礦等污染源。

4）該建筑長期作為辦公樓使用，現(xiàn)場試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)室內(nèi)樓面存在嚴(yán)重潮濕等現(xiàn)象，室內(nèi)環(huán)境相對干燥。

5）經(jīng)檢查，該工程基礎(chǔ)無凍融循環(huán)及沖刷、磨損的情況。

綜上所述，根據(jù)環(huán)境調(diào)查結(jié)果和CECS 220—2007《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標(biāo)準(zhǔn)》第5.2.3條規(guī)定的環(huán)境等級，建筑的環(huán)境類別為一般大氣環(huán)境，環(huán)境等級為Ia。

3.2 "構(gòu)件外觀

根據(jù)現(xiàn)場對構(gòu)件的外觀進(jìn)行檢查，除少部分混凝土構(gòu)件存在露筋及混凝土蜂窩、麻面，未發(fā)現(xiàn)構(gòu)件存在因受力不足、地基基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的變形和開裂，未發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土開裂等現(xiàn)象，構(gòu)件整體使用情況正常。

3.3 "混凝土強(qiáng)度

現(xiàn)場采用回彈法對現(xiàn)澆柱、梁、板的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行抽測，現(xiàn)場共抽檢18根構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果：現(xiàn)澆柱的混凝土強(qiáng)度推定值在27.2～29.3 MPa，現(xiàn)澆梁的混凝土強(qiáng)度推定值在28.3～30.9 MPa，現(xiàn)澆板的混凝土強(qiáng)度推定值在27.2～31.2 MPa，柱、梁、板均滿足原設(shè)計C25的混凝土強(qiáng)度等級要求。

3.4 "構(gòu)件保護(hù)層厚度

3.4.1 "框架柱

框架柱的保護(hù)層厚度試驗(yàn)情況見表1，最小值23.2 mm，最大值28.3 mm，總平均值26.6 mm，標(biāo)準(zhǔn)差2.0 mm，變異系數(shù)0.08。

3.4.2 "框架梁

框架梁的保護(hù)層厚度試驗(yàn)情況見表2，最小值23.8 mm，最大值29.0 mm，總平均值25.9 mm，標(biāo)準(zhǔn)差1.8 mm，變異系數(shù)0.07。

3.4.3 "現(xiàn)澆板

現(xiàn)澆板的保護(hù)層厚度試驗(yàn)情況見表3，最小值16.5 mm，最大值23.5 mm，總平均值19.5 mm，標(biāo)準(zhǔn)差2.9 mm，變異系數(shù)0.14，離散性相對較大。

3.5 "混凝土碳化深度

3.5.1 "框架柱

框架柱的混凝土碳化深度試驗(yàn)結(jié)果見表4，碳化總平均值為2.1 mm。

3.5.2 "框架梁

框架梁的混凝土碳化深度試驗(yàn)結(jié)果見表5，碳化總平均值為2.3 mm。

3.5.3 "現(xiàn)澆板

受試驗(yàn)條件限制，板的碳化深度試驗(yàn)未開展。梁、板同時澆筑，且屬于同一工作環(huán)境，故板的碳化深度參照梁來進(jìn)行。

3.6 "鋼筋銹蝕

通過局部剔開保護(hù)層和構(gòu)件外觀檢查對鋼筋的銹蝕情況進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，受保護(hù)層保護(hù)的鋼筋未銹蝕，也未發(fā)現(xiàn)保護(hù)層存在因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象。

3.7 "耐久性分析及評定

3.7.1 "建筑及構(gòu)件使用環(huán)境

本工程的建筑環(huán)境類別為一般大氣環(huán)境，無污染源；構(gòu)件使用環(huán)境為一般室內(nèi)環(huán)境，室內(nèi)環(huán)境相對干燥；基礎(chǔ)無凍融循環(huán)及沖刷、磨損的情況。綜合而言，本工程外部及內(nèi)部的使用環(huán)境相對良好。

3.7.2 "構(gòu)件使用狀況

除少部分混凝土構(gòu)件存在露筋及混凝土蜂窩、麻面，未發(fā)現(xiàn)構(gòu)件存在因受力不足、地基基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的變形和開裂，未發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土開裂等現(xiàn)象，構(gòu)件整體使用情況正常。

3.7.3 "混凝土強(qiáng)度及鋼筋銹蝕狀況

本工程梁、板、柱混凝土強(qiáng)度評定結(jié)果均滿足設(shè)計要求；受保護(hù)層保護(hù)的鋼筋未銹蝕，也未發(fā)現(xiàn)保護(hù)層存在因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象。

3.7.4 "耐久性剩余使用年限評定

根據(jù)前面的調(diào)查及試驗(yàn)結(jié)果，本工程構(gòu)件耐久性剩余使用年限評定見表6，以板的耐久性剩余使用年限作為本工程的剩余使用年限，則本工程的耐久性剩余使用年限評定結(jié)果為65年。

4 "結(jié)束語

結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)是房屋加固改造之前的重要工作，關(guān)系到后續(xù)加固改造的設(shè)計與施工。評定結(jié)構(gòu)的耐久性非常復(fù)雜，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)，涉及施工質(zhì)量、材料強(qiáng)度、使用環(huán)境及大氣環(huán)境等各種因素。重慶因地理位置，環(huán)境潮濕，其混凝土構(gòu)件耐久性問題主要為鋼筋銹蝕。對民用建筑，鋼筋銹蝕引起的主要原因是大氣環(huán)境下混凝土的碳化，因此按大氣環(huán)境下鋼筋銹蝕對耐久性進(jìn)行評定。并以此為基礎(chǔ)，采用合理的加固技術(shù)對其加固處理，使其耐久性進(jìn)一步提高。

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