方東升，董道炎，胡澤翔，呂佳驊

（1.湖南省第六工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015；2.湖南省機(jī)械化施工有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015）

0 引 言

我國(guó)從 20 世紀(jì) 80年代就開始對(duì)混凝土的耐久性進(jìn)行研究，由于影響混凝土耐久性的因素很多，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損害過(guò)程的時(shí)間也很長(zhǎng)，耐久性研究的系統(tǒng)性和試驗(yàn)方法還有待完善，給耐久性問題研究增加了難度。改革開放以來(lái)我國(guó)進(jìn)行了大量的基本建設(shè)，在眾多的建設(shè)工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最多的結(jié)構(gòu)形式。隨著時(shí)間的推移，特別是沿海地區(qū)早期建設(shè)的混凝土結(jié)構(gòu)，由于環(huán)境條件對(duì)混凝土碳化的影響以及海洋氣候?qū)炷恋母g，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生早期破壞的案例時(shí)有出現(xiàn)。如何在使用過(guò)程中保障混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能，有著重要的經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)保意義。本文通過(guò)一個(gè)工程案例就室內(nèi)環(huán)境條件下對(duì)混凝土使用期耐久性保障的問題進(jìn)行探討，為以后的工程實(shí)踐提供參考。

1 工程概況

本工程開工日期 1996年5月，竣工日期為 1998年10月。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為 7 度，建筑層數(shù)為 31 層，其中地下室 1 層，裙樓 3 層，第 4 層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，第 5 至 31 層為住宅。

該工程業(yè)主于 2015年發(fā)現(xiàn)裙樓樓板底部有混凝土塊剝離脫落，鋼筋銹蝕的現(xiàn)象（見圖1），裙樓局部樓板的混凝土裂縫有持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)象，引起了業(yè)主的不安。2015年5月業(yè)主及施工雙方現(xiàn)場(chǎng)勘查情況如下：裙樓采用石膏板吊頂，用途為電子商城，使用荷載較大，揭開吊頂發(fā)現(xiàn)裙樓屋面板、2 層、3 層樓板底有不同程度的開裂、混凝土剝落和鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

查備案的竣工資料發(fā)現(xiàn)原材料質(zhì)量和檢驗(yàn)批次、隱蔽工程記錄、整體工程質(zhì)量均滿足當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且該工程被評(píng)為優(yōu)良工程。為查明原因，委托檢測(cè)單位在 2 層、3 層、裙樓屋面各抽檢 2 塊板，地下室、1、2、3 層各抽檢 2 根柱用探測(cè)儀及微破損法進(jìn)行混凝土保護(hù)層厚度檢測(cè)，用回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度；同時(shí)在上述部位用鉆芯法抽出 14 個(gè)芯樣用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行酚酞法混凝土碳化深度檢測(cè)，并用化學(xué)分析法檢測(cè)氯離子含量。

圖1 裙樓樓板底部質(zhì)量問題

2 氣候條件

該建筑位于海濱城市，距海岸線 2.1 km，屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候，長(zhǎng)夏短冬，氣候溫和，日照充足，雨量充沛，根據(jù)現(xiàn)行 GB/T 50479-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］，該建筑場(chǎng)地環(huán)境作用等級(jí)為Ⅰ類。依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，年平均氣溫 23 ℃，平均相對(duì)濕度 74 %，大于 60 %，屬于中、高濕氣候環(huán)境。綜合判斷該建筑 1～3 層裙樓樓板所處環(huán)境等級(jí)為Ⅰ-B，為干濕交替的室內(nèi)潮濕環(huán)境。

劉軍等［2］就海洋附近大氣氯離子含量在溫度、濕度、距海岸線距離、海拔高程等環(huán)境影響因素下的變化情況進(jìn)行了研究。沿海及近海地區(qū)海風(fēng)、霧氣中的大量 Cl-1和 NaCl 顆粒會(huì)逐漸沉積在建筑結(jié)構(gòu)混凝土的表面，由于混凝土具有一定的滲透性，在毛細(xì)作用和滲透作用的影響下，氯離子會(huì)向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，高溫環(huán)境會(huì)更有利于氯離子的擴(kuò)散，較高的濕度則使得氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕作用加劇，因此大氣氯離子含量對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響已經(jīng)引起業(yè)界的重視。

3 混凝土裂縫

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙、GBJ 10-89《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、現(xiàn)行 GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］。計(jì)算參數(shù)、鋼筋強(qiáng)度、樓板混凝土的保護(hù)層厚度等按照適時(shí)規(guī)范，荷載按 3.0 kN/m2，結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1 所示。

表1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

經(jīng)驗(yàn)算在設(shè)計(jì)使用荷載條件下：1 層樓板按人防要求設(shè)計(jì)，強(qiáng)度較高，裂縫計(jì)算寬度在 0.1 mm以內(nèi)；2、3層樓板的裂縫計(jì)算寬度均在 0.3 mm 以內(nèi)；裙樓屋面板的裂縫寬度在 0.2 mm 以內(nèi)，滿足相關(guān)規(guī)范的要求?；炷劣捎诿谒⑹湛s、溫度變化、凍融以及堿骨料反應(yīng)等原因，澆筑后的混凝土在使用前就已經(jīng)存在微裂縫，而在荷載和外部環(huán)境的作用下會(huì)使混凝土產(chǎn)生更多的微裂縫并使混凝土中原始裂縫擴(kuò)展和相互連通。這些微裂縫可以形成潛在的傳輸通道，使侵蝕性介質(zhì)更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部。

本次檢測(cè)未對(duì)混凝土的裂縫寬度和深度進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)到的裂紋大多是因鋼筋銹蝕引起的脹裂裂縫。1 層樓板底無(wú)脹裂裂縫和混凝土剝落現(xiàn)象，2、3 層樓板底及裙樓屋面板底脹裂裂縫和混凝土剝落現(xiàn)象較為嚴(yán)重。高麗燕等［4］對(duì)持續(xù)荷載作用下混凝土的氯離子擴(kuò)散性能的研究發(fā)現(xiàn)，氯離子的滲透與所施加荷載引起的混凝土的微裂縫發(fā)展有關(guān)，當(dāng)荷載水平為 30 % 時(shí)，荷載作用對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊戄^小，而在荷載水平為 60 %時(shí)，荷載作用對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響顯著。

1 層樓板混凝土耐久性破壞不明顯。一是此層樓板設(shè)計(jì)的板厚、配筋較強(qiáng)，混凝土強(qiáng)度較高，混凝土碳化深度較?。欢菢前宓撞坑兴嗌皾{抹灰層，相當(dāng)于增加了保護(hù)層厚度。而 2、3 層樓板及裙樓屋面板底部耐久性破壞較嚴(yán)重。一是空氣中 CO2等介質(zhì)使混凝土碳化；二是因?yàn)闃前宓谆炷谅懵叮ㄓ蟹忾]的石膏吊頂而未進(jìn)行砂漿抹灰），碳化介質(zhì)、大氣及混凝土自身所含的氯離子沿混凝土微裂縫滲透，加速了混凝土碳化；三是樓面使用荷載較大，氯離子沿混凝土裂縫加速擴(kuò)散。

根據(jù)上述分析，雖然本案中混凝土構(gòu)件裂縫寬度滿足設(shè)計(jì)荷載作用下的規(guī)范要求，但是碳化介質(zhì)會(huì)沿微細(xì)裂縫碳化混凝土、降低混凝土的 pH 值，促使氯離子活化，在樓面荷載作用下使氯離子隨碳化深度向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，侵蝕鋼筋，從而影響混凝土的耐久性。

4 混凝土強(qiáng)度及保護(hù)層厚度分析

1 層樓板、裙樓屋面板設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C30，2、3 層樓板設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C 25。從檢測(cè)的情況看，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，1 層樓板的強(qiáng)度均勻性優(yōu)于 2、3 層樓板。

根據(jù)當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)文件，樓板保護(hù)層厚度為 15 mm，查適時(shí)規(guī)范 GBJ 10-89《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和現(xiàn)行 GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）》，混凝土最低強(qiáng)度為 C 25，樓板的保護(hù)層厚度為 15 mm。而按照 GB/T 50479-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，在Ⅰ-B 類環(huán)境作用下，混凝土強(qiáng)度最低值為 C 30，保護(hù)層厚度為 25 mm。顯然，2、3 層樓板及裙樓屋面板的混凝土保護(hù)層厚度不符合要求。而 1 層樓板底有水泥砂漿抹灰層，根據(jù)規(guī)范，混凝土保護(hù)層厚度可以減少 10 mm。綜上所述 1、2、3 層樓板及裙樓屋面板中，只有 1 層樓板的混凝土保護(hù)層厚度符合現(xiàn)行耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

檢測(cè)表明 1 層樓板板底碳化深度＜2 mm，裙樓屋面板板底的碳化發(fā)展較慢，而 2、3 層樓板因混凝土強(qiáng)度、板厚、保護(hù)層厚度不滿足 GB/T 50479-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，且樓板底混凝土裸露，所以碳化深度也較大。樓板面層由于有致密的瓷磚面層，增加了保護(hù)層厚度，檢測(cè)結(jié)果混凝土碳化深度＜2 mm。

混凝土強(qiáng)度和保護(hù)層厚度是提高混凝土耐久性的有力措施，現(xiàn)行 GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和 GB/T 50479-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）》與原規(guī)范比有了明顯提高，但對(duì)保護(hù)層厚度的檢查當(dāng)時(shí)適用及現(xiàn)行 GB 50164-2011《混凝土質(zhì)量控制規(guī)范》都列在鋼筋安裝分項(xiàng)工程內(nèi)，此時(shí)檢查的數(shù)據(jù)與混凝土澆筑完成后的數(shù)據(jù)存在差異。

5 混凝土碳化深度分析

檢測(cè)的結(jié)果表明碳化面均為樓板下方，樓板面層受找平層和地面瓷磚的影響幾乎沒有碳化。豎直結(jié)構(gòu)的碳化深度＜2 mm，沒有超過(guò)保護(hù)層厚度。2 層樓板板底平均碳化深度為 17.6 mm，3 層樓板板底的碳化深度 5～31 mm，平均碳化深度 21.38 mm。裙樓屋面板的平均碳化深度為 6.3 mm，考慮到實(shí)際鋼筋保護(hù)層的厚度偏差原因，部分鋼筋也處于碳化深度臨界面，個(gè)別地方出現(xiàn)混凝土剝落，但碳化深度比 2、3 層的碳化深度小了很多。當(dāng)碳化深度超過(guò)了保護(hù)層厚度，碳化的中性化作用使混凝土空隙中的 pH 值降低，鋼筋表面的鈍化保護(hù)膜失效，即使混凝土中氯離子含量低于 0.3 % 的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，氯離子處于活化狀態(tài)，鋼筋也會(huì)產(chǎn)生銹蝕。

由于受力狀態(tài)不同，同一構(gòu)件受拉區(qū)比受壓區(qū)的碳化深度可增加 10 %～60 %。雷濤［5］對(duì)裂縫寬度對(duì)混凝土碳化的影響進(jìn)行了研究，混凝土沿裂縫界面產(chǎn)生碳化，碳化深度直達(dá)裂縫前端，在干燥環(huán)境下當(dāng)裂縫寬度大于 0.25 mm 時(shí)，保護(hù)層位置處混凝土 pH 值顯著降低。在相同的設(shè)計(jì)參數(shù)、施工條件、氣候條件下 2、3 層樓板的碳化深度明顯大于 1 層及裙樓屋面板，說(shuō)明碳化深度與混凝土強(qiáng)度、使用荷載、裂縫寬度有較大關(guān)系。

6 氯離子含量變化分析

6.1 相關(guān)規(guī)范

依據(jù)現(xiàn)行的 GB/T 50479-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，在Ⅰ類一般環(huán)境下，CO2、Cl-1等介質(zhì)是混凝土碳化、鋼筋腐蝕的主要因素。相關(guān)規(guī)范對(duì)氯離子含量做了相應(yīng)的限定（見表2）。

表2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的混凝土中氯離子含量限值

表3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土中的氯離子含量

6.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)氯離子含量

表3為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土中的氯離子含量。經(jīng)過(guò)表2、表3 對(duì)比可以看出，1 層樓板的氯離子含量低于 0.3 %，滿足適時(shí)規(guī)范也滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。2、3 層樓板均滿足適時(shí)規(guī)范的要求，部分不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。屋面板的氯離子含量普遍偏大，內(nèi)部芯樣氯離子含量滿足適時(shí)規(guī)范要求，但不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，尤其是剝落層的混凝土中氯離子含量更高。樓板上部與柱由于屬于受壓狀態(tài)，碳化深度＜2 mm，氯離子含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于受拉狀態(tài)混凝土的含量，氯離子的滲透情況在受拉區(qū)顯著大于受壓區(qū)（見圖2）。

圖2 氯離子含量圖

檢測(cè)結(jié)果反應(yīng)芯樣內(nèi)部混凝土氯離子含量明顯低于取自銹脹剝落區(qū)混凝土的氯離子含量。一是因?yàn)樘蓟墒勾髿庵幸栏皆诨炷帘砻娴穆入x子向內(nèi)遷移；二是碳化使水泥基材料固化的氯離子釋放出來(lái)，變成水溶性氯離子，在碳化作用下驅(qū)使氯離子在碳化表面富集，使局部的自由氯離子含量顯著增加，碳化和氯離子共同作用引起氯離子沿深度重新分布。

7 結(jié) 論

混凝土耐久性不是單一性問題，影響它的除了環(huán)境作用外，還與結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能、受力狀態(tài)、受力大小、原材料質(zhì)量、構(gòu)造要求等因素有關(guān)。

1）在 GB 50164-2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中，有針對(duì)施工過(guò)程中鋼筋保護(hù)層的驗(yàn)收要求，而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)成品無(wú)相關(guān)驗(yàn)收條款。建筑行業(yè)需要對(duì)混凝土成品的保護(hù)層厚度驗(yàn)收作出相關(guān)規(guī)定，規(guī)范中應(yīng)增加對(duì)混凝土成品的保護(hù)層厚度的驗(yàn)收條款，以保證設(shè)計(jì)中的耐久性措施得到驗(yàn)證。

2） GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）》對(duì)混凝土的允許裂縫寬度有限制要求，但 GB 50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》及相關(guān)規(guī)范對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)成品沒有針對(duì)裂縫的相關(guān) 條款，在主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收時(shí)在規(guī)范中應(yīng)該有要求。

3）混凝土裂縫寬度、深度對(duì)混凝土耐久性的影響已經(jīng)取得了一些實(shí)驗(yàn)研究成果，但結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行研究的較少，建筑業(yè)應(yīng)加強(qiáng)在應(yīng)用方面的研究。

4）沿海地區(qū)使用裸露混凝土構(gòu)件進(jìn)行室內(nèi)裝飾時(shí)，應(yīng)對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行水泥砂漿抹灰處理或參考 JGJ 169-2009《清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)條款對(duì)混凝土構(gòu)件的表面進(jìn)行相應(yīng)處理。

5）我國(guó)現(xiàn)行管理?xiàng)l例、標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)施工過(guò)程中的質(zhì)量管理，涉及到建筑物竣工交付投入使用后的管理的文件、標(biāo)準(zhǔn)不具體。隨著我國(guó)法制建設(shè)的深入，房屋使用安全和維護(hù)保養(yǎng)亟需一個(gè)管理標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指 導(dǎo)。Q