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        珠海海島既有建筑質(zhì)量調(diào)查分析

        2020-06-03 06:31:48
        廣東土木與建筑 2020年5期
        關(guān)鍵詞:框架結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)

        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。

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