重慶鵝嶺二廠文創園1#樓室外鋼筋混凝土樓梯耐久性分析

李偉，謝傳喜，賀建旺，鄒振川

(重慶市建筑科學研究院，重慶400042)

重慶鵝嶺二廠文創園1#樓室外鋼筋混凝土樓梯耐久性分析

李偉，謝傳喜，賀建旺，鄒振川

(重慶市建筑科學研究院，重慶400042)

隨著社會的發展及時間的推移，越來越多的建筑使用年限接近或超出設計使用年限，部分超出使用年限的建筑因其歷史意義、時代意義、地方特色等因素無法拆除重建，因此須就其耐久性對結構安全的影響進行分析。樓梯作為運輸工具，使用頻率及重要性高，特別是室外樓梯的耐久性將極大地影響結構安全性能。該文結合原重慶印制二廠1#樓室外鋼筋混凝土樓梯耐久性分析來說明耐久性理論計算與工程實際之間的差異，并分析造成差異的可能原因。

歷史建筑；剩余使用年限；耐久性分析；對比分析

1 混凝土結構的現實狀況

隨著經濟的發展，各個城市的城市基礎建設均呈現出井噴式發展。城市用地出現短缺現象，部分建設用地通過拆除舊有建筑進行提供，部分建筑由于其歷史意義、時代意義及標志意義無法進行拆除。但因使用年限的原因，超過設計使用期限的房屋耐久性或多或少均會出現不足或缺陷。這將帶來一系列的問題：無法處置的房屋結構安全性能如何，其結構構件耐久性是否滿足要求，如何評價一棟超出設計使用期限的房屋的剩余使用年限等。

2 耐久性的影響因素

混凝土結構的耐久性是指混凝土結構在自然環境、使用環境及材料內部因素的作用下，保持其自身工作能力的性能[1]。影響混凝土耐久性的主要因素包括：混凝土的碳化、鋼筋保護層厚度、局部環境影響、環境溫度、環境濕度、鋼筋直徑。

混凝土碳化是混凝土耐久性影響中最常見的一種，空氣中的二氧化碳與混凝土中的堿性物質發生化學反應后混凝土的性能發生變化，其力學性能遭受到顯著破壞，混凝土碳化后，鋼筋表面的鈍化膜遭受侵蝕使鋼筋失去混凝土的保護從而產生銹脹現象。混凝土碳化與混凝土結構的耐久性密切相關，是衡量鋼筋混凝土結構物可靠度的重要指標。碳化與混凝土的水灰比、水泥品種、水泥用量、養護方法、氣孔尺寸與分布有關，還與環境的相對濕度、溫度及二氧化碳的濃度有關[2-6]。

3 結構剩余使用年限推定

根據《混凝土結構耐久性評定標準》CECS 220：2007[7]內容，鋼筋銹蝕耐久性極限狀態應按下列規定確定：

（1）對下一目標使用年限內不允許鋼筋銹蝕或嚴格不允許保護層銹脹開裂的構件（如預應力混凝土構件），可將鋼筋開始銹蝕作為耐久性極限狀態。

（2）對下一目標使用年限內一般不允許出現銹脹裂縫的構件，可將保護層銹脹開裂作為耐久性極限狀態。

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

根據工程結構使用的特性，按第（2）條規定評定一般住宅、辦公樓工程的耐久性剩余使用年限的評定公式如下。

影響混凝土耐久性的一個主要原因是混凝土碳化，碳化系數反映碳化速度的大小，碳化系數表達式為：

其中：

（1）xc表示實測碳化深度(mm)；t0表示結構建成至檢測時的時間(年)。從式中可以看出碳化系數與碳化深度成正比，與檢測時間成反比。

根據上述公式及耐久性極限狀態評定依據，結構距檢測時剩余使用年限t=tcr-t0，t0表示結構建成至檢測時的時間(年)。

根據上述公式，影響結構剩余使用年限的重要參數有鋼筋保護層厚度、碳化深度（混凝土密實性）、構件類型、工程使用環境情況等。

采用單參變化對混凝土保護層銹脹開裂的影響進行分析表明，影響混凝土保護層銹脹開裂的主要原因為鋼筋保護層厚度、混凝土評定強度、碳化深度、鋼筋直徑、構件的部位。保護層厚度越大，混凝土評定強度越高，保護層碳化深度越小，混凝土保護層銹脹開裂混凝土銹脹開裂時間越大；所用鋼筋直徑越大，開裂時間越短；構件角部比其他部位更容易銹脹開裂。

4工程實例分析

原重慶印制二廠1號樓位于重慶市渝中區鵝嶺，樓梯正面臨江。該區域地勢高，氣象環境復雜，風、雨、雪等氣象條件可直接作用在該建筑上。該建筑修建于19世紀80年代初期，至檢測時已使用34年。該樓梯為梁式樓梯，共計4層，為卵石鋼筋混凝土結構。該樓梯位于室外，長期受到各種氣象條件直接作用。樓梯平面布置見圖1。

現場對該樓體實體進行了檢測，檢測時現場剔開部分構件混凝土并在混凝土表面布置測孔，測量前清掃孔內碎屑和粉末后采用1%酚酞試劑對混凝土碳化進行測試，測量時每孔不少于3次。根據測量結果，該樓梯混凝土構件碳化深度為6.0mm。

剔開柱鋼筋，采用游標卡尺對柱主筋直徑進行測量發現柱主筋直徑為B16；采用鋼筋位置測定儀對構件鋼筋保護層厚度進行測量，根據檢測結果表明抽測鋼筋保護層厚度最小值為30mm；采用回彈法對混凝土強度進行檢測，根據檢測結果表明該樓梯混凝土強度可按C20進行分析。查閱重慶氣象條件，年平均氣溫約為18.3℃，年平均相對濕度為70%～80%。

圖1 樓梯結構平面布置圖(mm)

保護層銹脹時的臨界鋼筋銹蝕深度：δσ=0.12c/d+0.00084fcu,k+0.018=0.0573，保護層銹脹開裂前的年平均鋼筋銹蝕速率λ0=7.5kd·m(0.75+ 0.0125T)(RH-0.45)2/3·c-0.675·fcu,k-1.8=0.00969mm/年。根據計算結果

鋼筋開始銹蝕時間計算為

檢測時該樓梯使用了34年，按照耐久性理論計算分析可知，該樓梯尚能使用時間為t=tcr-t0=53.6-34=19.6年。根據現場檢測結果發現，該樓梯混凝土構件鋼筋銹蝕、角部銹脹，結構耐久性不滿足要求，典型現象見圖2所示。

通過上述分析表明理論計算不完全滿足工程實際檢測情況，須考慮結構使用情況對結構耐久性進行綜合分析。

圖2 柱鋼筋銹蝕、銹脹

5 結語

針對既有建筑的耐久性，本文介紹了理論剩余使用年限的計算方法，并結合室外樓梯分析了既有室外結構的剩余使用。通過分析表明，理論計算不完全滿足工程實際檢測情況，環境影響系數的選取對耐久性年限的分析影響明顯，在工程實際分析時，應詳細調查結構所在地區的耦合氣象條件，如雨水的酸堿性、小區域的氣候、氣象條件、地形等因素等的影響，才能得出比較合理的結構剩余使用年限。

[1]金偉良，趙羽習.混凝土結構耐久性研究的回顧與展望[J].浙江大學學報：工學版，2002，36（4）.

[2]邸小壇，周燕.混凝土碳化規律的研究[R].北京：中國建筑科學研究院結構所，1994.

[3]張譽，蔣利學.基于碳化機理的混凝土碳化深度實用數學模型[J].工業建筑，1998，28（1）：16-19.

[4]金偉良，張亮，鄢飛.函數型神經網絡法在混凝土碳化分析中的作用[J].浙江大學學報：工學版，1998，32（5）：519-525.

[5]鄢飛，金偉良，張亮.碳化反應區對混凝土碳化規律的影響[J].工業建筑，1999，29（1）：12-17.

[6]張亮.鋼筋混凝土結構的碳化、銹蝕和可靠性[D].杭州：浙江大學，1999.

[7]西安建筑科技大學.CECS 220：2007混凝土結構耐久性評定標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2007.

責任編輯：孫蘇，李紅

Durability Analysis of Outdoor Reinforced Concrete Stair of Building 1#of the Second Printing Factory ICIP in Chongqing

With the advancement of society and of time，many buildings are getting close to or beyond their designed life,and some cannot be demolished for reconstruction out of historical and epochal significance as well as local specialties,so it is a must to analyze its durability impact on structural safety. As a means of transportation,the stairs are frequently used and of great importance,especially the durability of outdoor stairs has a greater impact on the structural safety.This paper combines the durability analysis of the outdoor reinforced concrete stair of Building 1#of the Second Printing Factory ICIP in Chongqing(also called"TESTBED 2")to elaborate the differences between theoretical calculation and practical engineering of durability,with possible causes for the differences analyzed.

heritage architecture;remaining service life;durability analysis;comparative analysis

TU375.4

A

1671-9107（2017）06-0047-02

2017-05-09

李偉（1987-），男，重慶人，研究生，工程師，主要從事建筑結構檢測鑒定、加固設計和加固施工等工作。

基金論文：該文為重慶市建設科技計劃項目“老舊工業廠房改造再利用技術及工程管理綜合研究”（項目編號：城科字2015第（1-36）號）系列研究論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.06.047