歷史建筑墻體病害及修復(fù)方法研究

李張榮，宋曰新，張杰勝，陳業(yè)照

（1.中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司，合肥 230001；2.合肥廬建工程建設(shè)有限公司，合肥 231500；3.安徽金固技術(shù)有限公司，合肥 231100）

1 引言

歷史建筑是指經(jīng)市、縣人民政府確定公布的具有一定保護(hù)價(jià)值，能夠反映歷史風(fēng)貌和地方特色的建筑物、構(gòu)筑物[1]，它見(jiàn)證了城市幾十年甚至上百年的發(fā)展變化，承載了城市文脈。對(duì)于歷史建筑的保護(hù)、修繕、利用以及歷史建筑的可持續(xù)發(fā)展日益受到人們的重視。我國(guó)的歷史建筑大多采用磚石結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)，墻體大多既作為建筑的承重構(gòu)件，又作為其圍護(hù)構(gòu)件，墻體主要采用石材、青磚和紅磚。由于歷史建筑建成年代久遠(yuǎn)，在自然災(zāi)害的長(zhǎng)期侵蝕和人類活動(dòng)的影響下，歷史建筑的墻體產(chǎn)生了不同程度的病害，嚴(yán)重影響建筑的安全性和耐久性。本文將對(duì)歷史建筑墻體病害類型和原因進(jìn)行分析和總結(jié)，并給出相應(yīng)的修復(fù)、加固方法，為相關(guān)歷史建筑的修繕提供參考。

2 墻體病害

在自然環(huán)境和人類活動(dòng)的影響下，歷史建筑墻體的主要病害類型、現(xiàn)象及原因見(jiàn)表1。其中對(duì)墻體外觀、安全性和耐久性影響較大是墻體裂縫、酥堿、斑痕變色等。

表1 歷史建筑墻體病害

2.1 墻體裂縫

歷史建筑的墻體裂縫主要是地基不均勻沉降、溫度變化、結(jié)構(gòu)超載、設(shè)計(jì)缺陷、構(gòu)造措施不當(dāng)、材料性能退化等因素造成，裂縫形式主要有豎向裂縫、斜向裂縫、水平裂縫[2]，如圖1所示。墻體裂縫的寬度或大或小，對(duì)建筑的安全性和耐久性造成不同程度的影響。

圖1 墻體裂縫

2.2 墻體酥堿

墻體酥化即粉化（見(jiàn)圖2），青磚或紅磚、砂漿內(nèi)部孔隙較多，在潮濕環(huán)境中墻體內(nèi)部含水量大，在長(zhǎng)期凍融循環(huán)作用下，墻體表面逐漸粉化[3]，并逐步向墻體內(nèi)部發(fā)展，對(duì)墻體造成侵蝕。

圖2 墻體粉化

墻體泛堿又稱白華（見(jiàn)圖3），歷史建筑墻體大多采用混合砂漿砌筑，在潮濕環(huán)境里混合砂漿中的石灰膏、水泥中的堿性氧化物與水、二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣、硫酸鹽等，在墻體表面形成白色粉末狀物質(zhì)[4]，使墻體泛堿變白，對(duì)墻體造成侵蝕。

圖3 墻體泛堿

墻體的酥化和泛堿在歷史建筑中分布較廣，并且二者常常同時(shí)或交替作用，既影響建筑的美觀，又對(duì)墻體造成損害，對(duì)建筑的安全性和耐久性造成影響。

2.3 墻體斑痕變色

歷史建筑由于建成年代較長(zhǎng)，特別是在陰暗潮濕的環(huán)境中，植物和微生物在墻體表面不斷生長(zhǎng)和死亡，在墻體表面留下斑痕（見(jiàn)圖4），墻體逐漸變色，對(duì)墻體造成侵蝕，甚至導(dǎo)致墻體面層脫落。

圖4 墻體斑痕變色

3 墻體病害成因

歷史建筑墻體產(chǎn)生病害的原因較多，包括建筑自身的因素、環(huán)境因素和人為因素等，以下對(duì)其主要原因進(jìn)行闡述。

3.1 地基不均勻沉降

當(dāng)?shù)鼗翆臃植疾痪鶆颍虼嬖谲浫跬翆樱蚪ㄖ搅⒚娌贾脧?fù)雜、豎向荷載不一致時(shí)，地基會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，同時(shí)由于歷史建筑通常基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性和剛度較弱，墻體變形不一致，在墻體中易出現(xiàn)正八字形或倒八字形的斜向裂縫。

3.2 環(huán)境溫度變化

日照和環(huán)境溫度的變化將會(huì)使建筑中各個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生收縮或膨脹，但由于樓屋蓋與砌體墻的線膨脹系數(shù)不一致，在墻體內(nèi)將產(chǎn)生較大的附加溫度應(yīng)力，墻體易出現(xiàn)豎向裂縫、斜向裂縫和水平裂縫[5]。

3.3 水的侵蝕

墻體中的磚和砂漿內(nèi)部孔隙率較高，水通過(guò)孔隙向墻體內(nèi)部擴(kuò)散，使墻體易產(chǎn)生酥化和泛堿，特別是當(dāng)水中含有侵蝕性鹽類或堿類時(shí)，會(huì)進(jìn)一步加劇水對(duì)墻體的腐蝕。

3.4 凍融循環(huán)

由于墻體內(nèi)部孔隙率高，含水量大，在寒冷地區(qū)墻體將產(chǎn)生凍融循環(huán)，出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，破壞墻體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，加速墻體的酥化。

3.5 使用不當(dāng)

歷史建筑在使用過(guò)程中會(huì)進(jìn)行裝修、改造、安裝設(shè)備等，需要在墻體上打孔、開(kāi)洞，必將對(duì)墻體造成不同程度的破壞。

4 墻體修復(fù)方法

目前，歷史建筑墻體的修復(fù)方法很多，對(duì)于修復(fù)方法的選擇要綜合考慮安全性和修舊如舊的要求，針對(duì)不同的墻體采用不同的修復(fù)方法，如對(duì)于歷史建筑的外墻，為了保持歷史建筑原有的風(fēng)貌，盡量采取修舊如舊的修復(fù)方法，而對(duì)于歷史建筑的內(nèi)墻，則可以采取提高墻體承載力和安全性的加固方法。

對(duì)于需要保持歷史建筑風(fēng)貌的墻體，基于最小干預(yù)原則，常用的修舊如舊的方法有以下3 種。

1）磚粉修復(fù)法。磚粉修復(fù)法是在舊磚瓦粉中添加無(wú)機(jī)黏結(jié)劑、精細(xì)骨料及助劑制成干粉[6]，現(xiàn)場(chǎng)加水?dāng)嚢韬髮?duì)墻體進(jìn)行修復(fù)，主要工序包括墻體清洗、清縫、裂縫修復(fù)、磚面修復(fù)等，主要適用于歷史建筑清水磚墻的修復(fù)。磚粉修復(fù)法不改變墻體原有的風(fēng)貌，但不能提高墻體的承載力。

2）置換砂漿加固法。置換砂漿加固法是把歷史建筑墻體中部分低強(qiáng)度砂漿置換成高性能砂漿[7]，主要工序包括灰縫清理、灌漿、人工壓漿及勾縫等。置換砂漿加固法對(duì)歷史建筑墻體外觀影響較小，可提高墻體的承載力。

3）壓力灌漿加固法。壓力灌漿加固法是將水泥基漿液或高分子聚合物漿液注入墻體內(nèi)，漿液在墻體灰縫、裂縫中滲透[8]，主要工序包括裂縫清理、灌漿口設(shè)置、壓力灌漿、灌漿口密封等。壓力灌漿加固法對(duì)歷史建筑墻體外觀影響較小，可提高墻體的整體性和承載力。

對(duì)于墻體破壞較為嚴(yán)重，承載力不足的情況，則需要采取提高墻體整體性和承載力的加固方法，常用的有以下3 種。

1）鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法。鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法是在墻體側(cè)面增抹一定厚度的內(nèi)部設(shè)置鋼筋網(wǎng)的水泥砂漿，形成復(fù)合截面墻體，主要工序包括界面清理、鋼筋網(wǎng)制作安裝、施工水泥砂漿面層等，但其不適用于酥堿嚴(yán)重的墻體。

2）鋼筋混凝土面層加固法。鋼筋混凝土面層加固法是在墻體側(cè)面增設(shè)鋼筋混凝土面層，形成復(fù)合截面墻體，主要工序包括界面清理、鋼筋網(wǎng)制作安裝、噴射或澆筑混凝土等。

3）高延性材料加固法。高延性材料加固法是在墻體側(cè)面增設(shè)一層高延性材料，形成復(fù)合截面墻體，常用的高延性材料包括：高延性混凝土[9]、超高性能混凝土（UHPC）[10]、高延性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（ECC）等，主要工序包括界面清理、濕潤(rùn)墻面、高延性材料制備、壓抹高延性材料等。

5 結(jié)語(yǔ)

歷史建筑見(jiàn)證了城市的發(fā)展，是實(shí)用性與觀賞性的完美結(jié)合，對(duì)歷史建筑的保護(hù)、利用得到了人們的廣泛關(guān)注。本文對(duì)歷史建筑墻體存在的病害及其原因進(jìn)行了梳理和總結(jié)，針對(duì)不同的修復(fù)要求，給出了相應(yīng)的修復(fù)、加固方法，為歷史建筑墻體的修繕提供參考。