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(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，城市化進(jìn)程日益加快，城市更新的規(guī)模不斷擴(kuò)大，歷史建筑的升級(jí)改造逐漸成了各級(jí)政府和社會(huì)各界關(guān)注的熱點(diǎn)。2017 年起，上海市強(qiáng)調(diào)要以城市更新的全新理念推進(jìn)歷史建筑保護(hù)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(hù)為主”。歷史建筑在升級(jí)改造時(shí)，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(huì)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(huì)影響房屋的整體安全，因此歷史建筑的耐久性檢測(cè)是升級(jí)改造中不可或缺的一項(xiàng)重要工作。許多歷史建筑在檢測(cè)時(shí)處于使用狀態(tài)，不具備取樣進(jìn)行試驗(yàn)室測(cè)試的條件，因此如何進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、特別是無損檢測(cè)成為歷史建筑耐久性檢測(cè)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(chǎng)檢測(cè)方法，為后續(xù)歷史建筑耐久性檢測(cè)評(píng)估工作提供參考。

1 上海地區(qū)主要?dú)v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(hù)與利用的重點(diǎn)對(duì)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(hào)南京大樓、瀏河口路 50 號(hào)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(hào)彭浦機(jī)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(duì)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(jī)械崩解破碎及化學(xué)變化過程[2]。磚塊的風(fēng)化會(huì)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(huì)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(hù)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(dāng)中性化深度大于混凝土保護(hù)層厚度，就會(huì)破壞保護(hù)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(huì)出現(xiàn)銹蝕[3]。鋼筋銹蝕使得鋼筋體積增大，進(jìn)而使得混凝土產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成混凝土表面保護(hù)層剝落。當(dāng)內(nèi)層混凝土或鋼筋暴露在空氣中后，會(huì)進(jìn)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(hù)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(duì)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(chǎng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土梁、柱構(gòu)件表面的碳化深度達(dá)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(hù)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(shí)質(zhì)上是電解質(zhì)水膜，是由于空氣中相對(duì)濕度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，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(huì)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(huì)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(yuǎn)大于均勻銹蝕。對(duì)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(chǎng)常用檢測(cè)方法

歷史建筑耐久性檢測(cè)主要包括現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可進(jìn)一步分為有損檢測(cè)和無損檢測(cè)。在實(shí)際檢測(cè)工作中，難免會(huì)碰到房屋正處于使用狀態(tài)中的情況，無法進(jìn)行大范圍破損檢測(cè)或?qū)嶒?yàn)室測(cè)試。因此，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，尤其是無損檢測(cè)技術(shù)往往是歷史建筑耐久性檢測(cè)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(cè)及人工量測(cè)的方法，采用游標(biāo)卡尺量測(cè)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(chǎng)檢測(cè)時(shí)，通常需要對(duì)房屋各立面的磚塊風(fēng)化范圍進(jìn)行勾畫，便于后期的修繕維護(hù)。對(duì)于某些建筑高度較大的房屋，也可以結(jié)合無人機(jī)拍攝技術(shù)，對(duì)高度較大位置黏土磚的風(fēng)化情況進(jìn)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(cè)法識(shí)別。對(duì)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(jìn)行檢測(cè)。木材阻力儀是利用微型鉆針在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下以恒定速率鉆入木材內(nèi)部，產(chǎn)生的相對(duì)阻力的大小反映出密度的變化，通過微機(jī)系統(tǒng)采集鉆針在木材中產(chǎn)生的阻力參數(shù)并計(jì)算后，顯示出阻力曲線圖像[5]。應(yīng)力波檢測(cè)是利用應(yīng)力波通過被測(cè)材料的速度與被測(cè)材料密度以及彈性模量的物理關(guān)系所建立的測(cè)試技術(shù)[5]。超聲波檢測(cè)的基本原理是超聲波產(chǎn)生聲脈沖進(jìn)入被檢測(cè)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(hào)參數(shù)并處理，來進(jìn)行材料性質(zhì)檢測(cè)[5]。木材阻力儀檢測(cè)屬于微損檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)力波檢測(cè)與超聲波檢測(cè)屬于無損檢測(cè)技術(shù)。針對(duì)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(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置對(duì)白蟻的活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)報(bào)警即立即通知專業(yè)人員進(jìn)行消毒滅殺。

3.3 混凝土碳化深度

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

（1）采用工具在測(cè)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(dāng)已碳化與未碳化界線清晰時(shí)，應(yīng)采用碳化深度測(cè)量儀測(cè)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(cè)量 3 次，每次讀數(shù)應(yīng)精確至 0.25 mm。

（4）應(yīng)取 3 次測(cè)量的平均值作為檢測(cè)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(cè)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(cè)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(jìn)而計(jì)算鋼筋或鋼材的銹蝕率。若現(xiàn)場(chǎng)不具備局部破損條件，對(duì)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(cè)定法等進(jìn)行鋼筋銹蝕狀況的測(cè)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(hù)和利用的重點(diǎn)對(duì)象。本文對(duì)上海地區(qū)常見歷史建筑類型的耐久性問題及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法進(jìn)行了梳理，旨在通過這些檢測(cè)方法對(duì)歷史建筑的耐久性狀態(tài)做出初步判斷，進(jìn)而為歷史建筑的鑒定評(píng)估和加固維修提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。通過對(duì)上海地區(qū)歷史建筑耐久性問題的檢測(cè)評(píng)估和加固維修，在保證歷史建筑保護(hù)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。