濕熱地區(qū)使用50年以上砌體建筑外墻磚耐久性研究

廖新雪，張興偉，林文修

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400015）

0 引言

砌體耐久性是指砌體抵抗氣候作用、化學(xué)腐蝕、物理作用或任何其他破壞過(guò)程的能力。相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)，砌體建筑的使用歷史更悠久，其中不乏使用時(shí)間超過(guò)50年，已超過(guò)設(shè)計(jì)合理使用年限的建筑，那么這些建筑的外墻在經(jīng)受了長(zhǎng)時(shí)間環(huán)境侵蝕后，其塊材的耐久性能如何？目前尚無(wú)相關(guān)研究報(bào)道。

重慶最高溫度40℃左右，平均相對(duì)濕度70%左右，夏季不通風(fēng)時(shí)間是高溫加高濕，屬于典型的濕熱地區(qū)。本文對(duì)重慶主城區(qū)使用時(shí)間超過(guò)50年的砌體建筑外墻耐久性退化情況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)濕熱地區(qū)外墻磚耐久性退化的主要現(xiàn)象為表面風(fēng)化和強(qiáng)度下降，退化程度和時(shí)間無(wú)明顯相關(guān)性，而是和使用狀況等有關(guān)。在墻面設(shè)置防護(hù)層可以有效提升外墻磚的耐久性。

1 調(diào)查對(duì)象

調(diào)查對(duì)象情況列于表1，修建時(shí)間從19世紀(jì)80年代至20世紀(jì)60年代，最長(zhǎng)使用時(shí)間已超過(guò)100年，最短使用時(shí)間也已超過(guò)50年，都為民用建筑，磚木或磚混結(jié)構(gòu)，層數(shù)2至5層不等，采用粘土磚或頁(yè)巖磚砌筑，墻厚240mm。

2 調(diào)查情況及結(jié)果

2.1 損傷情況

表1 調(diào)查對(duì)象列表

風(fēng)化作用大致分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化、凍融風(fēng)化和生物風(fēng)化等，其中物理風(fēng)化主要受溫度變化影響，而化學(xué)風(fēng)化受溫度和水分變化影響都較大。根據(jù)文獻(xiàn)[1]的內(nèi)容及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，重慶地區(qū)外墻的使用環(huán)境屬于Ⅰf，即濕熱地區(qū)室外環(huán)境（室外淋雨）；另外調(diào)查各建筑外墻磚表面損傷情況發(fā)現(xiàn)，受損磚表面起皮，質(zhì)地疏松，用手觸摸即化成粉末脫落，部分磚內(nèi)部出現(xiàn)泥化現(xiàn)象（如圖1所示），據(jù)此判斷外墻磚遭受了物理和化學(xué)共同作用的風(fēng)化損傷。

圖1 磚泥化現(xiàn)象

各建筑外墻磚損傷列于表2。由于底層墻體特別是根部，干、濕變化最大，因此該部位的損傷最為嚴(yán)重（如圖2所示）。

表2 外墻損傷情況表

圖2 外墻底部磚風(fēng)化現(xiàn)象

比較各房屋外墻損傷情況發(fā)現(xiàn)，風(fēng)化的面積和深度及時(shí)間沒(méi)有明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系，這可能與修建時(shí)磚自身質(zhì)量的優(yōu)劣有關(guān)，同時(shí)外墻面設(shè)置了防護(hù)層，磚風(fēng)化程度較輕微，反之則較嚴(yán)重。

另外房屋的用途也影響磚損傷程度，相對(duì)私人住宅而言，公共建筑外墻磚風(fēng)化程度低，這可能和公共建筑的維護(hù)、維修較好有關(guān)，而私人住宅由于資金缺乏和意識(shí)不夠，對(duì)房屋的維護(hù)相對(duì)較差，因此墻體風(fēng)化程度較嚴(yán)重。

2.2 磚抗壓強(qiáng)度

在非承重部位如女兒墻、護(hù)欄等部位抽取10匹磚，根據(jù)文獻(xiàn)[2]的相關(guān)內(nèi)容在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示，抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)偏大，都大于0.21，只能以單磚最小值進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果小于或等于M7.5。

由于建筑修建年代久遠(yuǎn)，無(wú)法查到磚的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，根據(jù)設(shè)計(jì)及工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，塊材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和實(shí)際檢測(cè)強(qiáng)度一般不低于M10，可見(jiàn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)干濕交替的物理及化學(xué)作用，磚的密實(shí)性降低，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度隨之降低。

表3 砌墻磚抗壓強(qiáng)度

表3還可看出，磚抗壓強(qiáng)度大小和時(shí)間長(zhǎng)短并無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系，原國(guó)民政府行政院距今近120年，磚的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)值最高，其原因可能是該建筑表面設(shè)置了裝飾面層，防止磚的風(fēng)化，有效提升了磚的耐久性能。

另外檢測(cè)磚抗壓強(qiáng)度同時(shí)，采用回彈法檢測(cè)了各建筑的砂漿抗壓強(qiáng)度，砂漿強(qiáng)度低，離散性大，評(píng)定強(qiáng)度等級(jí)小于M2.5，平均值約0.5MPa。

2.3 損傷后外墻承載力分析

根據(jù)文獻(xiàn)[3]相關(guān)內(nèi)容及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，對(duì)底層外墻的受壓承載力進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算參數(shù)取值如下。

開(kāi)間3.6m，層高3.3m，橫墻承重（標(biāo)準(zhǔn)層如圖3所示），墻厚200mm（原墻厚240mm，考慮截面損傷后為200mm），樓面恒載2.0kN/m2（木樓蓋），樓面活載1.5kN/m2（按舊規(guī)范取值），屋面恒載4.0kN/m2，屋面活載0.5kN/m2，磚取M7.5，砂漿取0.5MPa。采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的砌體模塊計(jì)算軟件進(jìn)行建模計(jì)算，（A）-（B）/（1）外墻計(jì)算結(jié)果如表4所示，2層和3層建筑的底層外墻承載力滿足要求，4層建筑以上的底層外墻受壓承載力小于荷載，應(yīng)適當(dāng)考慮承載能力補(bǔ)強(qiáng)。

圖3 模型標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖

3 結(jié)論

根據(jù)前面的調(diào)查、試驗(yàn)及分析得出如下結(jié)論:

（1）在濕熱地區(qū)，砌體外墻長(zhǎng)期承受反復(fù)的干濕交替的物理和化學(xué)風(fēng)化作用，砌墻磚表面風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)度下降明顯。

表4 （A）-（B）/（1）軸線處受損外墻受壓承載力計(jì)算結(jié)果

（2）當(dāng)使用狀況良好時(shí)，砌墻磚耐久性較好，反之則較差，外墻磚的損傷程度和時(shí)間沒(méi)有明顯相關(guān)性。

（3）外墻面設(shè)置防護(hù)層可以有效提升外墻磚的耐久性。

（4）對(duì)于4層以上且使用時(shí)間超過(guò)50年的砌體建筑，在工程檢測(cè)中應(yīng)注意外墻的耐久性損傷對(duì)承載力的不利影響。

[1]西安建筑科技大學(xué).CECS220:2007混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB2542-2012砌墻磚試驗(yàn)方法[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[3]中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)院研究有限公司.GB50003-2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.