文｜廣州廣檢建設(shè)工程檢測中心有限公司 毛吉化

0 引言

為了建筑的美觀以及某些文化表征，大量建筑外立面開始使用幕墻作為圍護結(jié)構(gòu)體系，關(guān)于玻璃幕墻的研究已較多，紅砂巖作為裝飾材料也應(yīng)用到某些建筑之中。但紅砂巖也有自身的天然缺陷，由于孔隙率大，抗彎強度較低且抗風(fēng)化腐蝕差，隨著時間的推移，石材脫落的頻率還可能上升，存在嚴重安全隱患。由于國內(nèi)外使用紅砂巖作為幕墻使用的案例少之又少，基于此，關(guān)于紅砂巖幕墻的使用過程中的檢測、維護等問題都還未形成規(guī)范，本文結(jié)合已有規(guī)范以及某會議中心建筑紅砂巖幕墻，對系列采用紅砂巖的建筑幕墻展開了性能檢測評估研究，包括對幕墻外觀的檢測、對幕墻使用情況的調(diào)查、對幕墻局部的檢查力學(xué)性能的檢測等，同時對紅砂巖力學(xué)性能展開了力學(xué)性能試驗分析，提出相關(guān)的檢測流程與評估技術(shù)方法，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

某會議中心，由A～E五棟展廳組成，展廳之間采用連廊連接，外立面的幕墻總面積共約185097m2，其中B、C、D棟展廳和連廊幕墻面積106030.7m2，A、E棟幕墻面積79066.91m2。幕墻材料分別采用了金屬板、玻璃和天然紅砂巖石板材，其中：紅砂巖石幕墻約120000m2、玻璃和金屬幕墻約65000m2，如此大量采用天然紅砂巖石板材幕墻在我國尚屬首次，如圖1所示。天然紅砂巖石板材幕墻均采用背栓式干掛石材幕墻形式，幕墻面積分布見表1。

圖1 建筑紅砂巖幕墻外立面

表1 A～E五棟建筑紅砂巖幕墻面積分布(m2)

根據(jù)國家行業(yè)標準《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ133-2001）對石幕墻要求：“幕墻在正常使用時，使用單位應(yīng)每隔5年進行一次全面檢查?！蓖瑫r，根據(jù)建筑用戶使用過程中提供的材料，該建筑在五年使用期內(nèi)多處紅砂巖幕墻出現(xiàn)損傷、脫落情況，如圖2所示。為此，該建筑幕墻按照使用時間已滿五年，需要進行全面檢測，以保證紅砂巖石材幕墻的安全使用，并為后續(xù)的維護和管理提供技術(shù)依據(jù)。采用現(xiàn)場檢測和試驗室檢測兩種手段，現(xiàn)場檢測對紅砂巖幕墻石板的外觀、質(zhì)量、強度、連接件的工作狀態(tài)以及龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)現(xiàn)狀進行檢查，試驗室檢測測試石板的吸水率、彎曲強度等性能指標，進而對該建筑紅砂巖幕墻的使用情況展開全面評估。

圖2 使用過程中紅砂巖幕墻損毀情況

2 現(xiàn)場檢測與結(jié)果評定

2.1 現(xiàn)場檢測

現(xiàn)場檢測主要包括石板現(xiàn)狀檢測(石板裂縫、石板腐蝕與缺陷、石板松動與內(nèi)在質(zhì)量、石板強度)、連接件或緊固件狀況檢測(銹蝕、松動、損壞、失效、連接異常)、龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測(銹蝕、變形、連接異常)三大項目，石板現(xiàn)狀檢測主要采用放大鏡觀察記錄裂縫、設(shè)定距離目測腐蝕與缺陷、回彈法檢測石板強度等方式(如圖3(a)所示)，連接件或緊固件狀況檢測主要采用小錘敲擊、手搖、扳手、目測等方式(如圖3(b)所示)，龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測主要采用目測及小錘敲擊等方式(如圖3(c)所示)。具體檢測樣本選取與數(shù)量分布如下：

圖3 現(xiàn)場檢測圖

A棟紅砂巖石板共隨機抽取了315塊進行檢測，其中：西墻面50塊、南墻面150塊、東墻面50塊，北墻面15塊、天面50塊；連接件或緊固件共檢測5處108個；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測5處39條。

B棟共隨機抽取了400塊進行檢測，其中：西墻面100塊、南墻面10塊、東墻面40塊、北墻面150塊、天面100塊；連接件或緊固件共檢測10處165個；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測10處71條。

C棟共隨機抽取了350塊進行檢測，其中：南墻面125塊、北墻面125塊、天面100塊；連接件或緊固件共檢測10處130個；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測11處76條。

D棟共隨機抽取了500塊進行檢測，其中：西墻面100塊、南墻面150塊、東墻面100塊、北墻面50塊、天面100塊；連接件或緊固件共檢測10處126個；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測10處93條。

E棟共隨機抽取了315塊進行檢測，其中：西墻面50塊、東墻面50塊、北墻面165塊、天面50塊。檢測結(jié)果見表2。連接件或緊固件共檢測14處286個；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測5處60條。

2.2 檢測結(jié)果評定

A～E棟紅砂巖幕墻的檢測結(jié)果見表2?！睹裼媒ㄖ煽啃澡b定標準》（GB50292-1999）關(guān)于安全等級劃分及含義中規(guī)定：當安全性能符合要求、不影響幕墻的繼續(xù)使用時，定義為Au級；當安全性能略低、尚不顯著影響幕墻的繼續(xù)使用時，定義為Bu級；當安全性能不足、已顯著影響幕墻的繼續(xù)使用時，定義為Cu級；當安全性嚴重不符合要求、已嚴重影響幕墻的繼續(xù)使用時，定義為Du級。則可對A～E棟紅砂巖幕墻的安全性進行評定，評定結(jié)果具體如下：

A棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測315塊紅砂巖面板，其中140塊失效，失效率為44.4%；共檢測108個連接件或緊固件，其中35個失效，失效率為32.4%；共檢測39條龍骨，未發(fā)現(xiàn)連接異常，但多數(shù)焊縫存在輕微銹跡。依據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-1999）規(guī)定，A棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Cu級，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級?！睹裼媒ㄖ煽啃澡b定標準》規(guī)定：若不止一個項目低于Bu級，可根據(jù)情況定為Cu級或Du級，則A棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

B棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測400塊紅砂巖面板，其中183塊失效，失效率為45.8%；共檢測165個連接件或緊固件，其中89個失效，失效率為54%；共檢測71條龍骨，有51條達到銹蝕狀態(tài)，部分達到嚴重銹蝕狀態(tài)(如圖4(a)所示)。由此，B棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Cu級，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評定為Cu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

C棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測350塊紅砂巖面板，其中248塊失效，失效率為70.9%；共檢測130個連接件或緊固件，其中62個失效，失效率為47.7%；共檢測76條龍骨，有69條達到銹蝕狀態(tài)，且為少量輕微程度銹蝕。由此，C棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Bu級，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

D棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測500塊紅砂巖面板，其中296塊失效，失效率為59.2%；共檢測126個連接件或緊固件，其中77個失效，失效率為61.1%；共檢測93條龍骨，有73條達到銹蝕狀態(tài)，且為少量輕微程度銹蝕，有4條連接異常(如圖4(b)所示)。由此，D棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Du級，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

表2 A～E五棟建筑紅砂巖幕墻現(xiàn)場檢測結(jié)果

圖4 龍骨銹蝕與連接異常失效判定

E棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測315塊紅砂巖面板，其中132塊失效，失效率為41.9%；共檢測286個連接件或緊固件，其中46個失效，失效率為16.1%；共檢測60條龍骨，有8條達到銹蝕狀態(tài)，且為少量輕微程度銹蝕，未發(fā)現(xiàn)存在構(gòu)造異常。由此，E棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Du級，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

3 實驗室測試與結(jié)果評定

實驗室測試主要針對石板吸水率展開試驗，如圖5所示。A～E棟均隨機抽取5塊紅砂巖面板進行吸水率試驗。依據(jù)《紅砂巖石材幕墻工程技術(shù)規(guī)程》要求，防護劑在有效期內(nèi)，石板吸水率大于1%，可判定防護劑不符合要求。該中心紅砂巖防護劑的設(shè)計使用年限為10年，可見，A～E棟樓紅砂巖幕墻石板在使用五年后的吸水率均值都超過1%，且與未進行防護劑處理的吸水率基本相同，則可判定A～E棟紅砂巖幕墻面板的防護劑失效。

圖5 紅砂巖石板實驗室測試圖

4 安全性問題分析

紅砂巖石幕墻為干掛式幕墻，其突出問題是紅砂巖面板裂縫及部分嚴重腐蝕，其次是部分連接件或緊固件的松動和銹蝕。由于紅砂巖材料本身存在天然缺陷，以及紅砂巖面板的工作環(huán)境、工作條件及施工缺陷，使得紅砂巖石幕墻的紅砂巖面板產(chǎn)生了裂縫、裂紋、及不同程度的風(fēng)化、腐蝕、缺棱、掉角和防護劑失效等問題；連接件或緊固件產(chǎn)生了松動、銹蝕；鋼龍骨、立柱等幕墻的主要受力構(gòu)件產(chǎn)生了不同程度的脫漆、銹蝕。隨著時間的推移，石材脫落的頻率還可能上升，存在嚴重安全隱患。

以上問題在不同程度上影響了紅砂巖幕墻的安全使用，尤其是紅砂巖面板在使用過程中出現(xiàn)的裂縫、裂紋將導(dǎo)致面板裂碎、跌落，對周邊行人的生命安全造成嚴重影響，而且，隨著時間的推移，面板中出現(xiàn)裂縫、裂紋和防護劑失效的可能性會進一步提高，將加劇紅砂巖面板的裂碎和跌落。紅砂巖面板的風(fēng)化腐蝕，尤其是風(fēng)化腐蝕點的連貫，造成紅砂巖面板的局部粉碎和塊狀脫落；風(fēng)化腐蝕點在背栓附近時，易造成整塊紅砂巖面板的脫落，對行人的安全造成嚴重后果。而且，隨著時間的推移，石板的風(fēng)化腐蝕將加劇。需要特別指出的是，當夏季紅砂巖面板在陽光暴曬處于高溫狀態(tài)時，突如其來的暴雨使得面板溫度急降，加之雨水的侵入和風(fēng)力作用，已存在裂縫、裂紋或腐蝕的紅砂巖面板更易碎裂脫落，此時應(yīng)特別注意行人的安全。

連接件或緊固件的失效造成紅砂巖面板的松動；連接件或緊固件的銹蝕，會對紅砂巖面板及其他構(gòu)件的更換和維修造成困難。立柱、龍骨等幕墻的主要受力構(gòu)件，現(xiàn)階段僅檢查到少量鋼構(gòu)件存在輕微銹蝕，目前尚不會影響紅砂巖幕墻結(jié)構(gòu)的承載力。但是隨著時間的推移，鋼構(gòu)件表面防護漆將繼續(xù)脫落，立柱和龍骨的銹蝕程度也將進一步加深，幕墻結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的承載力儲備也將越來越少；即紅砂巖幕墻使用時間越長，立柱及龍骨的安全隱患越突出。若立柱及龍骨構(gòu)件失效，則可能造成幕墻結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)或整體破壞等嚴重后果，必須對此問題引起足夠的重視。

由此，建議對該中心紅砂巖幕墻采取整體處理措施，徹底消除安全隱患，保證幕墻的正常使用安全。

5 結(jié)論

本文針對某使用五年的會議中心紅砂巖幕墻系統(tǒng)的安全性能展開檢測與評估研究，得到以下結(jié)論：

（1）紅砂巖板大量風(fēng)化腐蝕，紅砂巖板存在多處裂縫、裂紋、粉碎及塊狀脫落現(xiàn)象，連接件或緊固件亦存在較為嚴重的損壞、松動、銹蝕及連接異常情況，立柱、龍骨等幕墻主要受力構(gòu)件產(chǎn)生了不同程度的脫漆和銹蝕。

（2）紅砂巖幕墻石板在使用五年后的吸水率均值都超過1%，且與未進行防護劑處理的吸水率基本相同，紅砂巖幕墻面板防護劑失效。

（3）五棟紅砂巖幕墻石板及連接件/緊固件的安全性能評估處于較為嚴重的Du和Cu等級，龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性能較好，多處于Bu等級。五棟紅砂巖幕墻系統(tǒng)安全性等級綜合評定為Cu級，系統(tǒng)的整體安全性能不足，已顯著影響幕墻繼續(xù)使用，存在較大的安全隱患。

表3 A～D棟紅砂巖幕墻石板吸水率測試結(jié)果