王 坦，竇立軍，袁志仁

（長(zhǎng)春工程學(xué)院土木工程學(xué)院，長(zhǎng)春130012）

0 引言

結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)計(jì)確定的環(huán)境作用和維修、使用條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)保持其適用性和安全性的能力［1］。對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)而言，它的歷史悠久，很多古代留存至今的砌體結(jié)構(gòu)建筑物（主要是采用天然的石材且沒(méi)有配置鋼筋的）其耐久性已經(jīng)經(jīng)過(guò)了時(shí)間的檢驗(yàn)。而現(xiàn)代的砌體結(jié)構(gòu)所采用的材料則完全不同，一些砌體結(jié)構(gòu)內(nèi)還配置了較多的鋼筋，這些墻體材料和鋼筋的耐久性是否能夠滿足要求直接影響著砌體結(jié)構(gòu)的安全性。同時(shí)，人們對(duì)于結(jié)構(gòu)的適用性也提出了更高的要求，砌體結(jié)構(gòu)還要在設(shè)計(jì)周期內(nèi)能夠保持較好的防水及保溫性能。當(dāng)前，我國(guó)廣大的農(nóng)村房屋仍處于自主投資，自主建造的階段，雖然新版的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［2］已經(jīng)明確了耐久性設(shè)計(jì)的規(guī)定，但實(shí)際的情況卻是村鎮(zhèn)自建房屋的建造過(guò)程中罕有耐久性的考量。對(duì)于村鎮(zhèn)的中小學(xué)校舍，大多仍采用造價(jià)較為低廉的砌體結(jié)構(gòu)，校舍人員密集，這樣的結(jié)構(gòu)一旦耐久性不滿足要求，將影響結(jié)構(gòu)安全，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。

1 村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍耐久性設(shè)計(jì)與檢測(cè)的必要性

耐久性對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)與混凝土結(jié)構(gòu)有同樣重要的地位，通過(guò)對(duì)我國(guó)東北地區(qū)某抗震設(shè)防地區(qū)的村鎮(zhèn)中小學(xué)的砌體結(jié)構(gòu)校舍的調(diào)研，分析影響其耐久性的諸多因素及對(duì)抗震承載能力的影響。一方面村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍的設(shè)計(jì)階段要重視耐久性設(shè)計(jì)，另一方面對(duì)既有村鎮(zhèn)校舍的檢測(cè)，除了承載力檢測(cè)外，還要重視耐久性的檢測(cè)。

1.1 村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍現(xiàn)狀分析

2009年，筆者參與了對(duì)東北地區(qū)某抗震設(shè)防地區(qū)村鎮(zhèn)中小學(xué)的砌體結(jié)構(gòu)校舍的抗震設(shè)防和危房情況的大量的調(diào)研工作，共排查校舍736棟，總計(jì)782 714m2，其中框架結(jié)構(gòu)80 331m2，磚混結(jié)構(gòu)445 668m2，磚木結(jié)構(gòu)256 715m2。圖1列舉的是該地區(qū)20世紀(jì)80年代和90年代建設(shè)的校舍情況。由圖中可以看到，80年代的校舍，在二三十年的使用期內(nèi)，就有超過(guò)60%的校舍無(wú)法滿足抗震設(shè)防的要求，更有24%的校舍已成為危房。90年代的校舍在短短20年內(nèi)，就有10%的房屋已成危房?？梢?jiàn)，這些校舍的耐久性遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，使用年限大大縮短。

圖1 不同年代某地區(qū)村鎮(zhèn)校舍抗震設(shè)防及危房情況對(duì)比

1.2 影響村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍耐久性的主要因素

通過(guò)調(diào)研分析，得出導(dǎo)致村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍的耐久性達(dá)不到要求的幾個(gè)主要因素。

1.2.1 外部環(huán)境因素

調(diào)研區(qū)域?qū)儆诟呔暥鹊貐^(qū)，區(qū)域內(nèi)的砌體結(jié)構(gòu)會(huì)受到凍融循環(huán)的影響，且屬于嚴(yán)重風(fēng)化區(qū)［3］，建造于村鎮(zhèn)的校舍由于周?chē)ㄖ訑?shù)低、位置分散，更加重了這種影響。村鎮(zhèn)的校舍通常外裝飾簡(jiǎn)單，甚至沒(méi)有外裝飾材料的覆蓋，使砌筑用塊體和砂漿直接暴露在外，加重了以上兩種因素的影響，同時(shí)更易受到雨水等的侵蝕。

1.2.2 材料因素

構(gòu)成砌體結(jié)構(gòu)的材料，主要是塊體和砂漿，一些結(jié)構(gòu)還加入了鋼筋。

1.2.2.1 塊體材料

20世紀(jì)八九十年代使用的建筑用塊體多是燒結(jié)黏土磚，且多是當(dāng)?shù)氐男〈u窯出產(chǎn)，因此制造過(guò)程不規(guī)范，缺乏監(jiān)管。如在制作磚坯過(guò)程中，因混入了石灰?guī)r顆粒，燒結(jié)時(shí)會(huì)生成氧化鈣，遇水后會(huì)生成氫氧化鈣，使得墻體發(fā)生體積膨脹，進(jìn)而使墻體出現(xiàn)裂縫［4］。而近年來(lái)使用的塊體材料種類(lèi)更為廣泛，但由于應(yīng)用研究不夠，還是出現(xiàn)了很多耐久性的問(wèn)題，如砌體內(nèi)因堿含量過(guò)大，發(fā)生堿骨料反應(yīng)，墻體從內(nèi)部開(kāi)始膨脹，裂縫開(kāi)展，甚至破壞。非燒結(jié)、非蒸壓硅酸鹽材料，耐水性能很差，遇水后強(qiáng)度降低明顯，失去承載能力。

1.2.2.2 砂漿和鋼筋

對(duì)于廣大農(nóng)村地區(qū)的房屋，砂漿多采用現(xiàn)場(chǎng)拌制，水泥含量無(wú)法保證，致使砂漿層不夠密實(shí)，且易被碳化，進(jìn)而腐蝕砂漿層內(nèi)的構(gòu)造鋼筋。鋼筋的選用也多是普通鋼筋，未經(jīng)過(guò)鍍鋅和防銹等有效防護(hù)處理。

1.2.3 施工質(zhì)量因素

長(zhǎng)期以來(lái)，村鎮(zhèn)房屋的建設(shè)主要是以自建為主，施工主體多是當(dāng)?shù)氐拿耖g匠人，雖有一定的自建房屋的施工經(jīng)驗(yàn)，但缺少專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而一部分村鎮(zhèn)校舍是由這樣建造的民房改造而來(lái)。另一部分校舍，雖有專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，但施工隊(duì)伍多是本地小型施工企業(yè)，技術(shù)水平有限。這兩類(lèi)施工隊(duì)伍對(duì)耐久性的要求了解都很少。

這就造成了本是對(duì)于保證結(jié)構(gòu)耐久性很重要的灰縫砂漿保護(hù)層厚度、構(gòu)造鋼筋的防腐處理、防潮層的設(shè)置和易于受潮部位砌體的選用都成為了施工中的薄弱環(huán)節(jié)。這樣建造的砌體結(jié)構(gòu)房屋，耐久性根本無(wú)法保證。

1.3 耐久性對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗震承載能力的影響

從以上分析可以看到，砌體結(jié)構(gòu)因以上因素產(chǎn)生的裂縫，必然降低其承載能力，地震中，這些裂縫會(huì)進(jìn)一步開(kāi)展，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗震承載能力不足。同時(shí)，碳化、凍融作用、水侵蝕等都會(huì)加速鋼筋銹蝕，鋼筋起不到拉結(jié)墻體形成整體受力的作用。這些因素都削弱了砌體結(jié)構(gòu)的抗震承載能力。

2 村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍耐久性設(shè)計(jì)的方法

2.1 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的耐久性規(guī)定

砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［2］中根據(jù)所建建筑所處的環(huán)境類(lèi)別和使用年限，從砌塊的強(qiáng)度等級(jí)的確定、鋼筋的選擇和其防銹涂層的厚度要求、砂漿保護(hù)層厚度的確定、砌筑材料中氯離子和堿含量的要求幾方面分別給出了相應(yīng)的規(guī)定。特別是在有侵蝕的環(huán)境中，嚴(yán)格規(guī)定了不能使用的塊體種類(lèi)和不同種類(lèi)塊體的最低強(qiáng)度等級(jí)。

2.2 適用于村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍的耐久性設(shè)計(jì)建議

近年來(lái)，一方面我國(guó)村鎮(zhèn)校舍的建設(shè)越來(lái)越規(guī)范，新建村鎮(zhèn)校舍都必須由有專(zhuān)業(yè)資質(zhì)的設(shè)計(jì)部門(mén)來(lái)設(shè)計(jì)，這有利于其耐久性的提高。但另一方面，外部環(huán)境進(jìn)一步惡化，風(fēng)化更為嚴(yán)重，酸雨及其他工業(yè)腐蝕環(huán)境增多，這都不利于耐久性的保持。根據(jù)村鎮(zhèn)的具體特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)建議：

1）設(shè)計(jì)中，應(yīng)明確要求村鎮(zhèn)房屋必須進(jìn)行外部裝飾，特別是對(duì)抹灰層的厚度要明確要求。因?yàn)殇摻钔ㄩL(zhǎng)埋與水平灰縫中，鋼筋保護(hù)層厚度包括了從鋼筋外緣到抹灰層外表面的總厚度。從調(diào)研情況看，完整的抹灰層可以起到較好的鋼筋抗腐蝕作用。

2）由于村鎮(zhèn)校舍的建設(shè)投資多來(lái)自于政府，村鎮(zhèn)學(xué)校通常不具備資金配套或者后期維修、重建的資金支付能力。校舍的使用周期都普遍較長(zhǎng)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)不局限于滿足規(guī)范中的最低要求，可以考慮適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，如采用強(qiáng)度更高的塊體和砂漿。對(duì)于抗震設(shè)防區(qū)的村鎮(zhèn)校舍，鋼筋在抗震設(shè)防中的作用尤為重要，可要求采用防銹鋼筋。這樣雖加大了初期投入成本，但可以保證結(jié)構(gòu)的耐久性，延長(zhǎng)房屋的使用年限。

3 適用于村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍的耐久性檢測(cè)建議

目前國(guó)家還沒(méi)有檢測(cè)砌體結(jié)構(gòu)耐久性的專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)耐久性檢測(cè)通常分為現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)兩部分進(jìn)行，而從我國(guó)村鎮(zhèn)發(fā)展的實(shí)際情況出發(fā)，并參考混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［5］，對(duì)于村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)耐久性的檢測(cè)應(yīng)主要從以下幾個(gè)方面來(lái)開(kāi)展。

3.1 使用條件調(diào)查

包括所在的使用環(huán)境調(diào)查和設(shè)計(jì)、施工資料調(diào)查和使用歷史3部分。

其中使用環(huán)境調(diào)查包括，砌體結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境溫度、濕度、干濕交替情況、侵蝕性氣體、液體情況和凍融循環(huán)情況等方面。設(shè)計(jì)、施工資料調(diào)查包括可行性研究報(bào)告、地勘、設(shè)計(jì)、驗(yàn)收資料等。

3.2 砌體結(jié)構(gòu)耐久性的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

砌體結(jié)構(gòu)耐久性的檢測(cè)主要包括兩方面：一是塊體和砂漿的強(qiáng)度，一是鋼筋的銹蝕情況。

塊體的強(qiáng)度檢驗(yàn)以外觀檢查后的經(jīng)驗(yàn)判斷配合儀器設(shè)備檢測(cè)。

對(duì)于村鎮(zhèn)常見(jiàn)的普通磚和多孔磚砌體的檢測(cè)方法推薦采用標(biāo)準(zhǔn)［6］中的磚回彈法，其儀器設(shè)備輕便，且對(duì)結(jié)構(gòu)破壞小。

檢測(cè)砂漿強(qiáng)度的各種方法的離散性較大，不應(yīng)采用單一的方法確定，應(yīng)綜合采用回彈法、點(diǎn)荷法、貫入法，綜合分析這3種方法的測(cè)定結(jié)果做出砂漿強(qiáng)度的判斷。根據(jù)文獻(xiàn)［7］的研究結(jié)果，這3種方法得到的測(cè)試特點(diǎn)和測(cè)定結(jié)果趨勢(shì)對(duì)比見(jiàn)表1，可以作為進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的參考。

表1 3種砂漿強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方法的對(duì)比

3.3 鋼筋銹蝕趨勢(shì)檢測(cè)

通過(guò)測(cè)定保護(hù)層厚度、碳化深度、氯離子含量等方法［5］，評(píng)價(jià)砌體結(jié)構(gòu)中鋼筋可能銹蝕的程度，分析其耐久性。

4 耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

以東北地區(qū)某鎮(zhèn)中學(xué)新建砌體結(jié)構(gòu)校舍設(shè)計(jì)為例，介紹耐久性設(shè)計(jì)的應(yīng)用。此校舍所在地區(qū)，抗震設(shè)防烈度為8度，場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍深1.8m，屬于凍融循環(huán)環(huán)境。三層砌體結(jié)構(gòu)的學(xué)生宿舍樓，建設(shè)時(shí)間是2011年。雖然當(dāng)時(shí)2011版砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范還未正式發(fā)布，但在文獻(xiàn)［8］中列舉出新版規(guī)范對(duì)于耐久性設(shè)計(jì)更為嚴(yán)格的規(guī)定，本次設(shè)計(jì)采用了這些規(guī)定。

對(duì)于全部承重墻體采用MU15混凝土實(shí)心砌塊，采用Mb10專(zhuān)用砌筑砂漿。為滿足規(guī)范中對(duì)于灰縫外露砂漿保護(hù)層的厚度要求，設(shè)計(jì)中明確要求內(nèi)外承重墻的抹灰厚度均不得小于15mm。澆筑圈梁和構(gòu)造柱的混凝土采用C25，最小水泥含量為280kg／m3，保護(hù)層厚度不小于25mm，最大水灰比不超過(guò)0.60，最大氯離子含量為0.3%，最大堿含量為3.0kg／m3。

這樣的設(shè)計(jì)，盡可能地提高了磚砌體的強(qiáng)度，同時(shí)保證了鋼筋的保護(hù)層厚度，限制了可能影響鋼筋銹蝕的諸多因素，可以有效地保證此砌體結(jié)構(gòu)的耐久性能。

5 結(jié)語(yǔ)

村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)校舍的耐久性設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)理論，其中既有對(duì)材料的要求又有對(duì)結(jié)構(gòu)的要求，其耐久性能關(guān)系著廣大村鎮(zhèn)地區(qū)學(xué)生的安全。但當(dāng)前其耐久性的設(shè)計(jì)與檢測(cè)研究仍不夠完善，特別是對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)仍缺乏一部有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。因此，為提高村鎮(zhèn)砌體結(jié)構(gòu)的耐久性能，要求工程技術(shù)人員，結(jié)合各地區(qū)村鎮(zhèn)實(shí)際情況，在工程和研究中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出更適合的設(shè)計(jì)與檢測(cè)方案。

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GBT50476—2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50003－2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB5101－2003燒結(jié)普通磚［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［4］林文修.砌體結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)與評(píng)定［J］.建筑科學(xué)，2011（6）：151－153.

［5］中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).CECS220：2007混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［6］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GBT 50315－2011砌體工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［7］徐聘，周浪.不同方法檢測(cè)評(píng)定砌體結(jié)構(gòu)砂漿強(qiáng)度的對(duì)比分析［J］.建筑科學(xué)，2014（7）：55－58.

［8］苑振芳，劉斌，苑磊.砌體結(jié)構(gòu)的耐久性［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2011（4）：117－121.