既有建筑耐久性评估技术规范的介绍

2024-05-03方楚忠蓝晓峰袁继雄黄良朋

广东建材 2024年3期

方楚忠蓝晓峰袁继雄黄良朋

（1 汕头市建设工程质量与安全中心)

(2 广东居安建筑工程检测有限公司)

(3 仲恺农业工程学院城乡建设学院）

耐久性损伤对钢筋混凝土结构的正常使用寿命和安全造成的影响，越发被研究人员和工程建设者所重视。从二十多年来我们所接触的工程项目情况而言，汕头市沿海地区建（构）筑物、桥梁等的混凝土劣化问题明显，部分结构（构件）问题相对严重，钢筋锈缩、锈断，混凝土开裂剥离现象普遍，耐久性评估和加固修复处理的需求量大。

由于耐久性问题与地方环境作用因素、现场实际观测数据直接相关[1]，我们需要制定适合本地区的耐久性评估方法，并提供地区数据。本标准的编制，能够为既有建筑物混凝土结构鉴定评估提供技术支撑,有利于解决和处理汕头市既有建（构）筑物的质量和安全问题，有利于社会稳定和保障民生。

1 标准的主要内容

为满足汕头市既有建筑物耐久性评估的需要，汕头市建设工程质量与安全中心联合相关单位，合作编制了地方标准DB4405/T 298-2022《既有建筑混凝土结构耐久性评估技术规范》。该标准包括：基本规定，建（构）筑物进行检测评估的前提条件和具体要求，检测评估的基本程序，工作内容等；使用环境与工程情况调查的具体内容和要求；耐久性检测的具体内容和要求；耐久性评估，包括大气环境下、氯盐侵蚀环境下两种情形；共有四个附录：混凝土中氯离子含量测定、汕头市沿海地区表面氯离子浓度和混凝土有效扩散系数建议值、算例两则、误差函数表等。

在过去的十年间，这些技术成果在汕头市既有混凝土结构检测鉴定工作中已有成功应用,应用于多个典型建筑物的检测鉴定工作，包括近代的历史建筑、停工再续建的楼宇、未建成或未使用的“烂尾楼”、使用超过二十年的建筑物、内海湾公园码头的原构筑物等，建筑面积超过十万平方米，为既有建筑物改造提供了评估鉴定资料，保证了改造工程顺利进行。

2 本标准的创新点

本标准的创新性包括：基于耐久性的建筑物剩余寿命综合评估方法，用kg/m3作为混凝土中氯离子含量的表示方法等。

2.1建筑物剩余寿命综合评估方法

根据本地情况，要求钢筋混凝土构件应分别进行大气环境和氯盐侵蚀环境时的耐久性评估[2]。该方法在既有建筑物混凝土结构检测鉴定中具备较强的实用性和可操作性。

2.1.1大气环境下的耐久性评估

钢筋混凝土构件使用年限按式(1)计算。式(1)来源于式(2)，即依Fick 第一定律得到的混凝土碳化基本模型，文献[3]采用了相同的公式。

式中：t1为大气环境下，钢筋混凝土构件计算使用年限(a)；X为混凝土计算保护层厚度(mm),按实测数据，考虑一定的保证率取值；k为混凝土碳化系数(mm/a),综合反映各影响因素对碳化速度的影响，包括环境条件和混凝土抗碳化能力；XC为实测混凝土碳化深度(mm),按实测数据，考虑一定的保证率取值；t0为结构建成至检测时的时间(a)。

2.1.2氯盐侵蚀条件下的耐久性评估

氯盐侵蚀条件时，钢筋混凝土构件使用年限按式(3)计算。

式中：t2为氯盐侵蚀条件时，钢筋混凝土构件计算使用年限(a)；D为混凝土有效扩散系数(mm²/a),按式（4）确定；erf为误差函数；Ccr为引起混凝土中钢筋锈蚀的氯离子临界浓度值，以在混凝土中的质量(kg/m³)计；C0为混凝土表面氯离子浓度值(kg/m³)，按式（4）确定；Ci为混凝土中的氯离子浓度值(kg/m³)。

混凝土表面氯离子浓度，混凝土有效扩散系数应按式(4)，由现场实测数据拟合回归求得。式(4)是由Fick 第二扩散定律描述氯离子侵入混凝土过程的解析解。文献[4]附录A采用相同的公式。

式中：C为t0时刻X深度处氯离子浓度值(kg/m³)；X为距离混凝土表面，与C对应的深度值(mm)；t0为现场实测时，距离该结构（构件）混凝土成形的时间(a)。

2.2混凝土中氯离子含量的表示方法

用kg/m3作为混凝土中氯离子含量的表示方法并提供了相应的检测方法，在检测鉴定工作中解决了既有混凝土结构原始资料欠缺，无法通过混凝土配合比参数计算氯离子占胶凝材料百分比的问题，在工程检测中有重要作用[5]。

硬化混凝土中氯离子含量表示方法主要有三种，一是表示为氯离子占砂浆的质量百分比，二是表示为氯离子占胶凝材料的质量百分比，三是表示为氯离子占混凝土的质量百分比。三种表示方法在检测过程的化学分析部分完全相同，均采用电位滴定法，区别只在于取样和样品制备环节。前两种表示方法和检测方法在《建筑结构检测技术标准》GB 50344-2019 中均有明确规定，其本质上是相同的，因为二者的数值可以通过混凝土的胶砂比进行换算。其弊端是使用钻芯法取样对混凝土结构有一定破坏，芯样在不同深度分层切割时有一定难度和空气污染；另外，在计算时如遇到混凝土配合比资料缺失或资料与实体不一致时，只能凭借经验进行估算。

在本标准中，硬化混凝土中氯离子含量表示为氯离子占混凝土的质量百分比。取样方法采用钻孔法，用小直径钻头在混凝土多个部位，不同深度中钻取粉末，经再次研磨后进行检测，检测对象是胶凝材料、砂、石的混合物。在计算过程中，不涉及混凝土的配合比参数，仅与混凝土干密度取值有关，普通混凝土干密度约为2350～2450kg/m3，本标准取为2400kg/m3。本方法的优点在于取样方便，对混凝土结构基本没有破坏，缺点是单孔数据离散性大，应尽量增加钻孔数量来提高样品代表性。

3 相关问题的讨论

3.1氯离子临界浓度的确定

氯离子临界浓度，是计算钢筋混凝土构件使用年限的关键数值，宜根据建筑物所处实际环境条件和既有工程调查确定。当缺乏可靠资料时，可按本标准的规定取用。位于大气区的混凝土结构相对干燥，电阻率会大大提高，阳极与阴极间的离子传导相对困难，因此将大气区氯离子临界浓度定为0.55%(占水泥用量)或2.10kg/m3。这与文献[3]所采用的数值相同。

如现场调查时，发现钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋已发生锈蚀，宜根据现场实测氯离子浓度判定氯离子临界浓度。编制组对汕头市部分典型项目进行了氯离子取样检测，如某上世纪90 年代高层建筑，位于礐石大桥北岸，现场实测的三层结构柱，氯离子含量为0.28%～0.40%（占水泥用量），现场未见钢筋锈蚀和混凝土胀裂，推断临界氯离子浓度大于0.40%（占水泥用量），又如南澳岛后宅镇某停建建筑物，临海岸线100m，现场实测了三层结构柱，氯离子含量为0.38%～0.67%（占水泥用量），现场钢筋锈蚀严重，混凝土胀裂现象普遍，推断临界氯离子浓度0.45%～0.60%（占水泥用量）之间。

3.2表面氯离子浓度和混凝土有效扩散系数的建议值

在本标准的附录，给出了汕头市沿海地区表面氯离子浓度和混凝土有效扩散系数建议值。这些建议值，是从众多工程案例提取出来的。

混凝土有效扩散系数D，按Fick第二扩散定律的误差函数解析解公式（其中假定在这一暴露时间内的扩散系数和表面氯离子浓度均为定值）进行曲线拟合，回归求得（回归求得的另一参数为表观表面浓度Csa）。D 的数值随暴露时间的增长而降低，当年限很长时（如数十年后）可认为趋于稳定。现场混凝土的表层氯离子浓度由于受到诸多外界因素的影响，不能直接取用现场实测的表面氯离子浓度值，而应采用表观表面浓度Csa[1]。

文献[3]附录D 给出了混凝土有效扩散系数的计算公式，其中包括若干个回归系数。考虑该标准为推荐性国家标准，本标准把该公式列入附录。文献[6]也给出具体的计算公式，但主要适用于已建港口水工建筑物。

3.3近海环境调查的情况

2021～2022 年，对汕头市沿海环境腐蚀性介质进行了一年时间的调查和监测，共获取了184 组大气环境检测数据，66 组近海海水中氯离子浓度数据。通过调查和检测，了解了汕头海域海水中氯离子浓度及变化规律，汕头地区大气中二氧化碳和氯离子浓度基础数据及其变化规律，对影响氯离子浓度的气相因素有了进一步的认识，确认汕头市沿海处于近海大气区(Ⅲ-E)与海洋盐雾区(Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D)。调查结果是标准中系数取值的重要参考，也为新建建筑物混凝土耐久性设计提供依据。