既有建筑耐久性評估技術規范的介紹

方楚忠 藍曉峰 袁繼雄 黃良朋

（1 汕頭市建設工程質量與安全中心)

(2 廣東居安建筑工程檢測有限公司)

(3 仲愷農業工程學院城鄉建設學院）

耐久性損傷對鋼筋混凝土結構的正常使用壽命和安全造成的影響，越發被研究人員和工程建設者所重視。從二十多年來我們所接觸的工程項目情況而言，汕頭市沿海地區建（構）筑物、橋梁等的混凝土劣化問題明顯，部分結構（構件）問題相對嚴重，鋼筋銹縮、銹斷，混凝土開裂剝離現象普遍，耐久性評估和加固修復處理的需求量大。

由于耐久性問題與地方環境作用因素、現場實際觀測數據直接相關[1]，我們需要制定適合本地區的耐久性評估方法，并提供地區數據。本標準的編制，能夠為既有建筑物混凝土結構鑒定評估提供技術支撐,有利于解決和處理汕頭市既有建（構）筑物的質量和安全問題，有利于社會穩定和保障民生。

1 標準的主要內容

為滿足汕頭市既有建筑物耐久性評估的需要，汕頭市建設工程質量與安全中心聯合相關單位，合作編制了地方標準DB4405/T 298-2022《既有建筑混凝土結構耐久性評估技術規范》。該標準包括：基本規定，建（構）筑物進行檢測評估的前提條件和具體要求，檢測評估的基本程序，工作內容等；使用環境與工程情況調查的具體內容和要求；耐久性檢測的具體內容和要求；耐久性評估，包括大氣環境下、氯鹽侵蝕環境下兩種情形；共有四個附錄：混凝土中氯離子含量測定、汕頭市沿海地區表面氯離子濃度和混凝土有效擴散系數建議值、算例兩則、誤差函數表等。

在過去的十年間，這些技術成果在汕頭市既有混凝土結構檢測鑒定工作中已有成功應用,應用于多個典型建筑物的檢測鑒定工作，包括近代的歷史建筑、停工再續建的樓宇、未建成或未使用的“爛尾樓”、使用超過二十年的建筑物、內海灣公園碼頭的原構筑物等，建筑面積超過十萬平方米，為既有建筑物改造提供了評估鑒定資料，保證了改造工程順利進行。

2 本標準的創新點

本標準的創新性包括：基于耐久性的建筑物剩余壽命綜合評估方法，用kg/m3作為混凝土中氯離子含量的表示方法等。

2.1建筑物剩余壽命綜合評估方法

根據本地情況，要求鋼筋混凝土構件應分別進行大氣環境和氯鹽侵蝕環境時的耐久性評估[2]。該方法在既有建筑物混凝土結構檢測鑒定中具備較強的實用性和可操作性。

2.1.1大氣環境下的耐久性評估

鋼筋混凝土構件使用年限按式(1)計算。式(1)來源于式(2)，即依Fick 第一定律得到的混凝土碳化基本模型，文獻[3]采用了相同的公式。

式中：t1為大氣環境下，鋼筋混凝土構件計算使用年限(a)；X為混凝土計算保護層厚度(mm),按實測數據，考慮一定的保證率取值；k為混凝土碳化系數(mm/a),綜合反映各影響因素對碳化速度的影響，包括環境條件和混凝土抗碳化能力；XC為實測混凝土碳化深度(mm),按實測數據，考慮一定的保證率取值；t0為結構建成至檢測時的時間(a)。

2.1.2氯鹽侵蝕條件下的耐久性評估

氯鹽侵蝕條件時，鋼筋混凝土構件使用年限按式(3)計算。

式中：t2為氯鹽侵蝕條件時，鋼筋混凝土構件計算使用年限(a)；D為混凝土有效擴散系數(mm2/a),按式（4）確定；erf為誤差函數；Ccr為引起混凝土中鋼筋銹蝕的氯離子臨界濃度值，以在混凝土中的質量(kg/m3)計；C0為混凝土表面氯離子濃度值(kg/m3)，按式（4）確定；Ci為混凝土中的氯離子濃度值(kg/m3)。

混凝土表面氯離子濃度，混凝土有效擴散系數應按式(4)，由現場實測數據擬合回歸求得。式(4)是由Fick 第二擴散定律描述氯離子侵入混凝土過程的解析解。文獻[4]附錄A采用相同的公式。

式中：C為t0時刻X深度處氯離子濃度值(kg/m3)；X為距離混凝土表面，與C對應的深度值(mm)；t0為現場實測時，距離該結構（構件）混凝土成形的時間(a)。

2.2混凝土中氯離子含量的表示方法

用kg/m3作為混凝土中氯離子含量的表示方法并提供了相應的檢測方法，在檢測鑒定工作中解決了既有混凝土結構原始資料欠缺，無法通過混凝土配合比參數計算氯離子占膠凝材料百分比的問題，在工程檢測中有重要作用[5]。

硬化混凝土中氯離子含量表示方法主要有三種，一是表示為氯離子占砂漿的質量百分比，二是表示為氯離子占膠凝材料的質量百分比，三是表示為氯離子占混凝土的質量百分比。三種表示方法在檢測過程的化學分析部分完全相同，均采用電位滴定法，區別只在于取樣和樣品制備環節。前兩種表示方法和檢測方法在《建筑結構檢測技術標準》GB 50344-2019 中均有明確規定，其本質上是相同的，因為二者的數值可以通過混凝土的膠砂比進行換算。其弊端是使用鉆芯法取樣對混凝土結構有一定破壞，芯樣在不同深度分層切割時有一定難度和空氣污染；另外，在計算時如遇到混凝土配合比資料缺失或資料與實體不一致時，只能憑借經驗進行估算。

在本標準中，硬化混凝土中氯離子含量表示為氯離子占混凝土的質量百分比。取樣方法采用鉆孔法，用小直徑鉆頭在混凝土多個部位，不同深度中鉆取粉末，經再次研磨后進行檢測，檢測對象是膠凝材料、砂、石的混合物。在計算過程中，不涉及混凝土的配合比參數，僅與混凝土干密度取值有關，普通混凝土干密度約為2350～2450kg/m3，本標準取為2400kg/m3。本方法的優點在于取樣方便，對混凝土結構基本沒有破壞，缺點是單孔數據離散性大，應盡量增加鉆孔數量來提高樣品代表性。

3 相關問題的討論

3.1氯離子臨界濃度的確定

氯離子臨界濃度，是計算鋼筋混凝土構件使用年限的關鍵數值，宜根據建筑物所處實際環境條件和既有工程調查確定。當缺乏可靠資料時，可按本標準的規定取用。位于大氣區的混凝土結構相對干燥，電阻率會大大提高，陽極與陰極間的離子傳導相對困難，因此將大氣區氯離子臨界濃度定為0.55%(占水泥用量)或2.10kg/m3。這與文獻[3]所采用的數值相同。

如現場調查時，發現鋼筋混凝土構件的縱向受力鋼筋已發生銹蝕，宜根據現場實測氯離子濃度判定氯離子臨界濃度。編制組對汕頭市部分典型項目進行了氯離子取樣檢測，如某上世紀90 年代高層建筑，位于礐石大橋北岸，現場實測的三層結構柱，氯離子含量為0.28%～0.40%（占水泥用量），現場未見鋼筋銹蝕和混凝土脹裂，推斷臨界氯離子濃度大于0.40%（占水泥用量），又如南澳島后宅鎮某停建建筑物，臨海岸線100m，現場實測了三層結構柱，氯離子含量為0.38%～0.67%（占水泥用量），現場鋼筋銹蝕嚴重，混凝土脹裂現象普遍，推斷臨界氯離子濃度0.45%～0.60%（占水泥用量）之間。

3.2表面氯離子濃度和混凝土有效擴散系數的建議值

在本標準的附錄，給出了汕頭市沿海地區表面氯離子濃度和混凝土有效擴散系數建議值。這些建議值，是從眾多工程案例提取出來的。

混凝土有效擴散系數D，按Fick第二擴散定律的誤差函數解析解公式（其中假定在這一暴露時間內的擴散系數和表面氯離子濃度均為定值）進行曲線擬合，回歸求得（回歸求得的另一參數為表觀表面濃度Csa）。D 的數值隨暴露時間的增長而降低，當年限很長時（如數十年后）可認為趨于穩定?，F場混凝土的表層氯離子濃度由于受到諸多外界因素的影響，不能直接取用現場實測的表面氯離子濃度值，而應采用表觀表面濃度Csa[1]。

文獻[3]附錄D 給出了混凝土有效擴散系數的計算公式，其中包括若干個回歸系數?？紤]該標準為推薦性國家標準，本標準把該公式列入附錄。文獻[6]也給出具體的計算公式，但主要適用于已建港口水工建筑物。

3.3近海環境調查的情況

2021～2022 年，對汕頭市沿海環境腐蝕性介質進行了一年時間的調查和監測，共獲取了184 組大氣環境檢測數據，66 組近海海水中氯離子濃度數據。通過調查和檢測，了解了汕頭海域海水中氯離子濃度及變化規律，汕頭地區大氣中二氧化碳和氯離子濃度基礎數據及其變化規律，對影響氯離子濃度的氣相因素有了進一步的認識，確認汕頭市沿海處于近海大氣區(Ⅲ-E)與海洋鹽霧區(Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-C、Ⅲ-D)。調查結果是標準中系數取值的重要參考，也為新建建筑物混凝土耐久性設計提供依據。

4 結論

⑴由Fick 第一定律、第二定律直接得到耐久性評估方法，經實際工程驗證，其結果是可以接受的。

⑵用kg/m3作為混凝土中氯離子含量的表示方法，具有實踐意義；表面氯離子濃度和混凝土有效擴散系數的建議值時根據當地實際工程給出的，具有合理性。

⑶實際工程評估時，出現數據離散性較大的問題，建議加大檢測數據量，并考慮不同高度、朝向、位置等影響因素。