重庆鹅岭二厂文创园1#楼室外钢筋混凝土楼梯耐久性分析

李伟，谢传喜，贺建旺，邹振川

(重庆市建筑科学研究院，重庆400042)

重庆鹅岭二厂文创园1#楼室外钢筋混凝土楼梯耐久性分析

李伟，谢传喜，贺建旺，邹振川

(重庆市建筑科学研究院，重庆400042)

随着社会的发展及时间的推移，越来越多的建筑使用年限接近或超出设计使用年限，部分超出使用年限的建筑因其历史意义、时代意义、地方特色等因素无法拆除重建，因此须就其耐久性对结构安全的影响进行分析。楼梯作为运输工具，使用频率及重要性高，特别是室外楼梯的耐久性将极大地影响结构安全性能。该文结合原重庆印制二厂1#楼室外钢筋混凝土楼梯耐久性分析来说明耐久性理论计算与工程实际之间的差异，并分析造成差异的可能原因。

历史建筑；剩余使用年限；耐久性分析；对比分析

1 混凝土结构的现实状况

随着经济的发展，各个城市的城市基础建设均呈现出井喷式发展。城市用地出现短缺现象，部分建设用地通过拆除旧有建筑进行提供，部分建筑由于其历史意义、时代意义及标志意义无法进行拆除。但因使用年限的原因，超过设计使用期限的房屋耐久性或多或少均会出现不足或缺陷。这将带来一系列的问题：无法处置的房屋结构安全性能如何，其结构构件耐久性是否满足要求，如何评价一栋超出设计使用期限的房屋的剩余使用年限等。

2 耐久性的影响因素

混凝土结构的耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，保持其自身工作能力的性能[1]。影响混凝土耐久性的主要因素包括：混凝土的碳化、钢筋保护层厚度、局部环境影响、环境温度、环境湿度、钢筋直径。

混凝土碳化是混凝土耐久性影响中最常见的一种，空气中的二氧化碳与混凝土中的碱性物质发生化学反应后混凝土的性能发生变化，其力学性能遭受到显著破坏，混凝土碳化后，钢筋表面的钝化膜遭受侵蚀使钢筋失去混凝土的保护从而产生锈胀现象。混凝土碳化与混凝土结构的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物可靠度的重要指标。碳化与混凝土的水灰比、水泥品种、水泥用量、养护方法、气孔尺寸与分布有关，还与环境的相对湿度、温度及二氧化碳的浓度有关[2-6]。

3 结构剩余使用年限推定

根据《混凝土结构耐久性评定标准》CECS 220：2007[7]内容，钢筋锈蚀耐久性极限状态应按下列规定确定：

（1）对下一目标使用年限内不允许钢筋锈蚀或严格不允许保护层锈胀开裂的构件（如预应力混凝土构件），可将钢筋开始锈蚀作为耐久性极限状态。

（2）对下一目标使用年限内一般不允许出现锈胀裂缝的构件，可将保护层锈胀开裂作为耐久性极限状态。

（3）对下一目标使用年限内允许出现锈胀裂缝或局部破损的构件，可将混凝土表面出现可接受最大外观损伤作为耐久性极限状态。

根据工程结构使用的特性，按第（2）条规定评定一般住宅、办公楼工程的耐久性剩余使用年限的评定公式如下。

影响混凝土耐久性的一个主要原因是混凝土碳化，碳化系数反映碳化速度的大小，碳化系数表达式为：

其中：

（1）xc表示实测碳化深度(mm)；t0表示结构建成至检测时的时间(年)。从式中可以看出碳化系数与碳化深度成正比，与检测时间成反比。

根据上述公式及耐久性极限状态评定依据，结构距检测时剩余使用年限t=tcr-t0，t0表示结构建成至检测时的时间(年)。

根据上述公式，影响结构剩余使用年限的重要参数有钢筋保护层厚度、碳化深度（混凝土密实性）、构件类型、工程使用环境情况等。

采用单参变化对混凝土保护层锈胀开裂的影响进行分析表明，影响混凝土保护层锈胀开裂的主要原因为钢筋保护层厚度、混凝土评定强度、碳化深度、钢筋直径、构件的部位。保护层厚度越大，混凝土评定强度越高，保护层碳化深度越小，混凝土保护层锈胀开裂混凝土锈胀开裂时间越大；所用钢筋直径越大，开裂时间越短；构件角部比其他部位更容易锈胀开裂。

4工程实例分析

原重庆印制二厂1号楼位于重庆市渝中区鹅岭，楼梯正面临江。该区域地势高，气象环境复杂，风、雨、雪等气象条件可直接作用在该建筑上。该建筑修建于19世纪80年代初期，至检测时已使用34年。该楼梯为梁式楼梯，共计4层，为卵石钢筋混凝土结构。该楼梯位于室外，长期受到各种气象条件直接作用。楼梯平面布置见图1。

现场对该楼体实体进行了检测，检测时现场剔开部分构件混凝土并在混凝土表面布置测孔，测量前清扫孔内碎屑和粉末后采用1%酚酞试剂对混凝土碳化进行测试，测量时每孔不少于3次。根据测量结果，该楼梯混凝土构件碳化深度为6.0mm。

剔开柱钢筋，采用游标卡尺对柱主筋直径进行测量发现柱主筋直径为B16；采用钢筋位置测定仪对构件钢筋保护层厚度进行测量，根据检测结果表明抽测钢筋保护层厚度最小值为30mm；采用回弹法对混凝土强度进行检测，根据检测结果表明该楼梯混凝土强度可按C20进行分析。查阅重庆气象条件，年平均气温约为18.3℃，年平均相对湿度为70%～80%。

图1 楼梯结构平面布置图(mm)

保护层锈胀时的临界钢筋锈蚀深度：δσ=0.12c/d+0.00084fcu,k+0.018=0.0573，保护层锈胀开裂前的年平均钢筋锈蚀速率λ0=7.5kd·m(0.75+ 0.0125T)(RH-0.45)2/3·c-0.675·fcu,k-1.8=0.00969mm/年。根据计算结果

钢筋开始锈蚀时间计算为

检测时该楼梯使用了34年，按照耐久性理论计算分析可知，该楼梯尚能使用时间为t=tcr-t0=53.6-34=19.6年。根据现场检测结果发现，该楼梯混凝土构件钢筋锈蚀、角部锈胀，结构耐久性不满足要求，典型现象见图2所示。

通过上述分析表明理论计算不完全满足工程实际检测情况，须考虑结构使用情况对结构耐久性进行综合分析。

图2 柱钢筋锈蚀、锈胀

5 结语

针对既有建筑的耐久性，本文介绍了理论剩余使用年限的计算方法，并结合室外楼梯分析了既有室外结构的剩余使用。通过分析表明，理论计算不完全满足工程实际检测情况，环境影响系数的选取对耐久性年限的分析影响明显，在工程实际分析时，应详细调查结构所在地区的耦合气象条件，如雨水的酸碱性、小区域的气候、气象条件、地形等因素等的影响，才能得出比较合理的结构剩余使用年限。

[1]金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性研究的回顾与展望[J].浙江大学学报：工学版，2002，36（4）.

[2]邸小坛，周燕.混凝土碳化规律的研究[R].北京：中国建筑科学研究院结构所，1994.

[3]张誉，蒋利学.基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型[J].工业建筑，1998，28（1）：16-19.

[4]金伟良，张亮，鄢飞.函数型神经网络法在混凝土碳化分析中的作用[J].浙江大学学报：工学版，1998，32（5）：519-525.

[5]鄢飞，金伟良，张亮.碳化反应区对混凝土碳化规律的影响[J].工业建筑，1999，29（1）：12-17.

[6]张亮.钢筋混凝土结构的碳化、锈蚀和可靠性[D].杭州：浙江大学，1999.

[7]西安建筑科技大学.CECS 220：2007混凝土结构耐久性评定标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.

责任编辑：孙苏，李红

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

李伟（1987-），男，重庆人，研究生，工程师，主要从事建筑结构检测鉴定、加固设计和加固施工等工作。

基金论文：该文为重庆市建设科技计划项目“老旧工业厂房改造再利用技术及工程管理综合研究”（项目编号：城科字2015第（1-36）号）系列研究论文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.06.047