張 華

（珠海市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)測站 珠海519015）

0 前言

珠海市被稱為百島之城，是珠三角海域面積最大、島嶼最多、海岸線最長的城市，147 座海島星羅棋布，其中有人居住的有12 座，外伶仃島、東澳島、桂山島和萬山島等每年均吸引大批游客。珠海優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境和強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，必然帶動(dòng)海島旅游業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。目前這些海島上的商業(yè)建筑和居民自住房大部分為20世紀(jì)八九十年代建造，許多建筑面臨外立面或使用功能的升級(jí)改造，因此了解海島上既有建筑的健康狀況，對充分利用現(xiàn)有資源完善海島旅游環(huán)境、保障島上既有建筑安全、為新建擬建建筑提供借鑒，具有重要意義。

1 既有建筑概況

因海島上既有建筑改造、業(yè)主欲了解建筑安全情況或完善相關(guān)手續(xù)等原因，會(huì)涉及對海島既有建筑的檢測鑒定。統(tǒng)計(jì)了2010～2019 年間主要位于外伶仃島、東澳島、桂山島、萬山島和擔(dān)桿島的共計(jì)83棟建筑的檢測鑒定情況，從位置分布、建造年代、結(jié)構(gòu)類型、鑒定結(jié)論幾個(gè)方面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

1.1 位置分布

如圖1所示，統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)鑒定建筑數(shù)量以東澳島、萬山島居多。東澳島鑒定項(xiàng)目主要建于20 世紀(jì)70～90 年代，在東澳島漁村整片更新改造創(chuàng)建4A 級(jí)景區(qū)的背景下，基于該漁村現(xiàn)狀用地布局，充分利用既有建筑并升級(jí)改造，著重體現(xiàn)海島漁村居民生活特點(diǎn)，增設(shè)曬臺(tái)及標(biāo)準(zhǔn)旅館間等設(shè)計(jì)。鑒定項(xiàng)目主要為單層或2層磚（石）砌體結(jié)構(gòu)房屋。

圖1 位置分布Fig.1 Location Distribution

萬山島鑒定項(xiàng)目主要包含2013 年新建格力萬山島酒店檢測鑒定，以及建于20世紀(jì)八九十年代的辦公樓、宿舍樓、糧站倉庫和萬山市場等建筑。格力萬山島酒店為2 層或4 層框架結(jié)構(gòu)多功能綜合型別墅，獨(dú)立基礎(chǔ)；其余鑒定項(xiàng)目以低層磚（石）砌體結(jié)構(gòu)和多層框架結(jié)構(gòu)為主。

外伶仃島旅游環(huán)境較為成熟，水電、交通、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施齊備，統(tǒng)計(jì)期間有7棟建筑進(jìn)行過安全鑒定，其中有6 棟4～8 層框架結(jié)構(gòu)房屋，1 棟3 層磚混結(jié)構(gòu)房屋，為賓館、驛站、市場等商業(yè)和公共建筑，主要建于20世紀(jì)90年代，基礎(chǔ)型式為獨(dú)立基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)。

擔(dān)桿島9 棟鑒定建筑，是2017 年天鴿臺(tái)風(fēng)后當(dāng)?shù)卣私饩用褡越ǚ堪踩闆r而進(jìn)行的安全鑒定，均為1～2層毛石砌體結(jié)構(gòu)房屋。

桂山島8 棟鑒定建筑，涵蓋居民自建房、旅館、文化中心、商鋪、衛(wèi)生院、學(xué)校、員工宿舍樓，居民自建房均為建于20 世紀(jì)90 年代單層毛石砌體結(jié)構(gòu)房屋，旅館和商鋪為低層磚混結(jié)構(gòu)房屋，其余為2～4 層框架結(jié)構(gòu)房屋。

1.2 建造年代

統(tǒng)計(jì)的83棟鑒定建筑建造年代如圖2所示，有64棟建于20 世紀(jì)70～90 年代，占比77%，其中35 棟為居民自建房；19 棟建于2000 年后，占比23%，以酒店、微電網(wǎng)配套建筑為主。參考民用建筑設(shè)計(jì)使用年限一般為50年，大部分房屋使用年限已過半或接近使用年限，存在混凝土構(gòu)件鋼筋銹蝕脹裂保護(hù)層、砌筑砂漿因風(fēng)化導(dǎo)致強(qiáng)度低等質(zhì)量問題。

圖2 建造年代Fig.2 Age of Construction

1.3 結(jié)構(gòu)類型

如圖3所示，統(tǒng)計(jì)的83棟鑒定建筑中有33棟為框架結(jié)構(gòu)，以酒店、微電網(wǎng)配套建筑、職工宿舍樓、廠房為主，其中有18 棟采用獨(dú)立基礎(chǔ)，1 棟采用筏板基礎(chǔ)，14 棟因資料缺失基礎(chǔ)型式不詳。13 棟磚混結(jié)構(gòu)建筑和31棟石砌體結(jié)構(gòu)建筑基本均為低層居民自建房，大部分作為住宅使用，少數(shù)用作文化站、倉庫、信用社等。此外尚有6 棟建筑結(jié)構(gòu)較為混雜，采用部分石砌部分磚砌結(jié)構(gòu)或部分框架部分磚混結(jié)構(gòu)，對抗震不利。因石塊砌體形狀不規(guī)則，大部分存在砌筑砂漿不飽滿、內(nèi)部有孔隙的缺陷，且大部分采用黃泥砌筑，經(jīng)長時(shí)間環(huán)境侵蝕目前基本已無強(qiáng)度。

圖3 結(jié)構(gòu)類型Fig.3 Structure Type

1.4 鑒定結(jié)果

如圖4 所示，83 棟鑒定建筑中有10 棟評(píng)為Dsu級(jí)，即整棟危房，主要危險(xiǎn)點(diǎn)為砌體結(jié)構(gòu)房屋承重墻嚴(yán)重開裂、砂漿基本無強(qiáng)度，框架結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度較低或配筋不足。40 棟評(píng)為Csu 級(jí)，即局部存在危險(xiǎn)，主要原因?yàn)槌兄亟Y(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度偏低、混凝土構(gòu)件鋼筋嚴(yán)重銹蝕、存在構(gòu)造缺陷等。12棟鑒定結(jié)果為安全的建筑主要是2010年以來新建的框架結(jié)構(gòu)房屋，基于設(shè)計(jì)理念、施工水平、質(zhì)量監(jiān)督控制等方面的提高和完善等因素，對保證建筑質(zhì)量起到重要作用。21棟評(píng)為基本正常的建筑為存在不影響結(jié)構(gòu)安全的缺陷，或經(jīng)過外觀檢查未發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)點(diǎn)的低層建筑。

圖4 鑒定結(jié)果Fig.4 Identification Result

2 混凝土強(qiáng)度分析

33 棟框架結(jié)構(gòu)房屋涉及混凝土抗壓強(qiáng)度檢測的有26 棟，已知設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的有17 棟，檢測結(jié)果如表1 所示；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不詳?shù)挠? 棟，檢測結(jié)果如圖5所示。

圖5 混凝土抗壓強(qiáng)度分布Fig.5 Distribution of Compressive Strength of Concrete

從表1 可以看出，17 棟建筑混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C20～C35，其中有7 棟建筑抽檢構(gòu)件未全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求，按實(shí)測強(qiáng)度進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算均滿足要求，但有3棟20世紀(jì)90年代建造的房屋有部分混凝土構(gòu)件鋼筋嚴(yán)重銹蝕脹裂保護(hù)層，受力鋼筋銹蝕剝落，按規(guī)范評(píng)為危險(xiǎn)構(gòu)件，整棟建筑安全性評(píng)為Csu級(jí)。

設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)不詳?shù)? 棟建筑共計(jì)90 根框架柱混凝土檢測強(qiáng)度分布如圖5a 所示，基本為C10～C45，大部分為C20～C35；61 根框架梁混凝土強(qiáng)度分布如圖5b 所示，基本位于C20～C40。9 棟建筑均建于20 世紀(jì)八九十年代，均存在不同數(shù)量的梁或柱承載力不足的問題，柱混凝土強(qiáng)度低于C20 和梁底受力鋼筋配置不足是主要原因。同時(shí)超過一半的建筑存在較多構(gòu)件鋼筋銹蝕外露的缺陷。9 棟建筑鑒定結(jié)果均為Csu級(jí)或Dsu級(jí)。

3 混凝土中鋼筋銹蝕分析

混凝土中鋼筋銹蝕是因?yàn)殇摻钼g化膜遭到了破壞，有混凝土碳化和氯離子入侵兩個(gè)主要因素?；炷撂蓟瘜?dǎo)致其孔隙液pH 值下降，使鋼筋鈍化膜遭到分解；氯離子入侵會(huì)加速鋼筋陽極反應(yīng)，降低孔隙液pH值，促進(jìn)鋼筋局部銹蝕。根據(jù)研究，氯離子引起鋼筋銹蝕是最主要的原因；在大氣或海洋環(huán)境中，由氯離子引發(fā)的鋼筋銹蝕問題比碳化所引發(fā)的更加嚴(yán)重［1］。

3.1 溶液pH值的影響

鋼筋鈍化膜穩(wěn)定性與混凝土孔隙液pH 值密切相關(guān)［2］。而混凝土孔隙液pH 值為多少時(shí)鋼筋開始銹蝕雖有許多學(xué)者做過研究，但目前尚未有通用精確值，文獻(xiàn)［3］、［4］～［7］中認(rèn)為pH 值大于11.5 時(shí)鋼筋才全完處于鈍化狀態(tài)，pH值小于9.0～10.0時(shí)鈍化膜已遭到破壞，鋼筋完全處于活化狀態(tài)。當(dāng)介于上下限區(qū)間時(shí)鋼筋鈍化膜呈不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)逐漸溶解、破裂，鋼筋表面可能發(fā)生銹蝕。表2 中21 個(gè)混凝土構(gòu)件均出現(xiàn)鋼筋銹蝕，其試樣溶液pH 值中有16 個(gè)小于10.0，占比76.2%；19個(gè)小于11.5，占比90%。說明海島上建于20世紀(jì)八九十年代的框架結(jié)構(gòu)房屋，絕大部分存在因混凝土孔隙液pH 值偏低破壞鋼筋鈍化膜，導(dǎo)致對鋼筋失去保護(hù)作用的問題。

如圖6 所示，氯離子含量越低時(shí)，pH 值相應(yīng)越高；氯離子含量越高時(shí)，pH 值相應(yīng)越低。即混凝土中氯離子含量直接影響混凝土孔隙液pH值。

圖6 pH值和氯離子含量直線圖Fig.6 pH Value and Chloride Ion Content Line Chart

表1 已知混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)項(xiàng)目檢測結(jié)果Tab.1 Test Results of Known Concrete Design Strength Grade

3.2 氯離子含量影響

珠海海島長年高溫、高濕、高鹽的大氣環(huán)境，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《混凝土及設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50010-2010（2015版）》，可界定為三類環(huán)境（海風(fēng)環(huán)境或海岸環(huán)境）。如排除混凝土原材料中氯離子的影響，海風(fēng)、海霧之中的氯離子從混凝土表面的微細(xì)裂縫和孔隙向內(nèi)部逐漸滲透，當(dāng)氯離子達(dá)到一定濃度就會(huì)開始局部破壞鋼筋鈍化膜，鋼筋表面喪失保護(hù)，鐵基體就會(huì)裸露，并與尚完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成電位差而形成腐蝕電池，腐蝕往往由局部開始逐漸在鋼筋表面擴(kuò)展。同時(shí)氯離子還起到了極化作用，并只起到“搬運(yùn)”作用而未被“消耗”，即進(jìn)入到混凝土中的游離狀態(tài)氯離子周而復(fù)始起著作用。可見氯離子是威脅混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最危險(xiǎn)介質(zhì)。鋼筋腐蝕會(huì)隨著氯離子的日積月累逐漸加劇，裂紋擴(kuò)展，混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力下降，最終導(dǎo)致保護(hù)層混凝土剝落。同時(shí)，過高的氯鹽濃度會(huì)降低混凝土的抗壓性能［8］。

表2 混凝土試樣化學(xué)檢測結(jié)果Tab.2 Chemical Test Results of Concrete Samples

根據(jù)《混凝土及設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50010-2010（2015版）》三a 類環(huán)境不宜超過0.15%的規(guī)定，表2 中27 個(gè)構(gòu)件中超過0.15%的有10個(gè)。根據(jù)研究，當(dāng)混凝土中氯離子含量為0.06%時(shí)，鋼筋保護(hù)膜已經(jīng)破鈍［9］。而根據(jù)其他研究，引起鋼筋腐蝕的最低氯離子濃度不是固定值，而是隨條件變化，其中最重要的是混凝土孔隙液的pH 值［10］。pH 值較低時(shí)去鈍化占優(yōu)勢，較低濃度的氯離子也能引起鋼筋腐蝕。由表2中檢測數(shù)據(jù)可以看出，有些構(gòu)件氯離子含量未超過規(guī)范允許值，但應(yīng)pH值較低仍然出現(xiàn)了鋼筋銹蝕的現(xiàn)象。

該類構(gòu)件外觀表現(xiàn)為鋼筋嚴(yán)重銹蝕剝落，有效截面尺寸減小，混凝土保護(hù)層大面積脫落。按規(guī)范規(guī)定該類構(gòu)件可評(píng)為危險(xiǎn)構(gòu)件。典型照片如圖7所示。

圖7 鋼筋銹蝕Fig.7 Reinforcement Rusted

4 砌體砂漿強(qiáng)度分析

有25 棟建筑共計(jì)77 個(gè)構(gòu)件采用貫入法進(jìn)行了砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度檢測，實(shí)測值分布如圖8 所示。其中55個(gè)構(gòu)件檢測值≤1.0 MPa，67個(gè)構(gòu)件檢測值≤2.5 MPa，其中絕大部分為毛石砌塊黃泥砌筑，承載力不能滿足安全使用要求。典型照片如圖9所示。

圖8 砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度實(shí)測值分布Fig.8 Distribution of Masured Compressive Strength of Masonry Mortar

5 結(jié)論

綜上所述，目前珠海海島既有建筑存在的質(zhì)量問題主要如下：

圖9 毛石砌體結(jié)構(gòu)典型照片F(xiàn)ig.9 Typical Photos of Rubble Masonry Structure

⑴無設(shè)計(jì)圖紙資料的框架結(jié)構(gòu)房屋混凝土抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果離散性偏大，個(gè)別構(gòu)件強(qiáng)度低于C15，部分構(gòu)件配筋不足，大部分房屋承載力不滿足安全要求。

⑵建于20 世紀(jì)90 年代及以前的框架結(jié)構(gòu)房屋，均存在混凝土構(gòu)件鋼筋鈍化膜已遭破壞、鋼筋嚴(yán)重銹蝕脹裂混凝土保護(hù)層的問題，混凝土中氯離子入侵是其主要原因。進(jìn)行承載力驗(yàn)算時(shí)無法準(zhǔn)確確定銹蝕鋼筋剩余有效截面，一般只能根據(jù)銹蝕程度對構(gòu)件進(jìn)行安全評(píng)級(jí)。

⑶采用毛石砌塊黃泥砌筑的砌體結(jié)構(gòu)房屋，承載力基本不能滿足安全要求，且毛石砌體加紅磚砌體混雜結(jié)構(gòu)房屋不滿足抗震要求，存在安全隱患。