0引言
砌体耐久性是指砌体抵抗气候作用、化学腐蚀、物理作用或任何其他破坏过程的能力. 相对于混凝土结构,砌体建筑的使用历史更悠久,其中不乏使用时间超过50年,已超过设计合理使用年限的建筑, 那么这些建筑的外墙在经受了长时间环境侵蚀后,其块材的耐久性能如何? 目前尚无相关研究报道.
重庆最高温度40℃左右,平均相对湿度70%左右,夏季不通风时间是高温加高湿,属于典型的湿热地区. 本文对重庆主城区使用时间超过50年的砌体建筑外墙耐久性退化情况进行调查, 发现湿热地区外墙砖耐久性退化的主要现象为表面风化和强度下降,退化程度和时间无明显相关性,而是和使用状况等有关. 在墙面设置防护层可以有效提升外墙砖的耐久性.
1调查对象
调查对象情况列于表1,修建时间从19世纪80年代至20世纪60年代,最长使用时间已超过100年,最短使用时间也已超过50年,都为民用建筑,砖木或砖混结构,层数2至5层不等,采用粘土砖或页岩砖砌筑,墙厚240mm.
2调查情况及结果
2.1 损伤情况
风化作用大致分为物理风化、化学风化、冻融风化和生物风化等,其中物理风化主要受温度变化影响,而化学风化受温度和水分变化影响都较大. 根据文献[1]的内容及现场调查,重庆地区外墙的使用环境属于Ⅰf,即湿热地区室外环境(室外淋雨);另外调查各建筑外墙砖表面损伤情况发现,受损砖表面起皮,质地疏松,用手触摸即化成粉末脱落,部分砖内部出现泥化现象(如图1所示),据此判断外墙砖遭受了物理和化学共同作用的风化损伤.
各建筑外墙砖损伤列于表2. 由于底层墙体特别是根部,干、湿变化最大,因此该部位的损伤最为严重(如图2所示).
比较各房屋外墙损伤情况发现, 风化的面积和深度及时间没有明显对应关系, 这可能与修建时砖自身质量的优劣有关,同时外墙面设置了防护层,砖风化程度较轻微,反之则较严重.
另外房屋的用途也影响砖损伤程度,相对私人住宅而言,公共建筑外墙砖风化程度低,这可能和公共建筑的维护、维修较好有关,而私人住宅由于资金缺乏和意识不够,对房屋的维护相对较差,因此墙体风化程度较严重.
2.2 砖抗压强度
在非承重部位如女儿墙、护栏等部位抽取10匹砖,根据文献[2]的相关内容在试验室内进行抗压强度试验,试验结果如表3所示,抗压强度变异系数偏大,都大于0.21,只能以单砖最小值进行评定,评定结果小于或等于M7.5.
由于建筑修建年代久远,无法查到砖的设计强度,根据设计及工程检测经验, 块材的设计强度和实际检测强度一般不低于M10, 可见经过长时间反复干湿交替的物理及化学作用,砖的密实性降低,导致抗压强度随之降低.
表3还可看出,砖抗压强度大小和时间长短并无明显相关关系,原国民政府行政院距今近120年,砖的抗压强度检测值最高,其原因可能是该建筑表面设置了装饰面层,防止砖的风化,有效提升了砖的耐久性能.
另外检测砖抗压强度同时, 采用回弹法检测了各建筑的砂浆抗压强度, 砂浆强度低, 离散性大, 评定强度等级小于M2.5,平均值约0.5MPa.
2.3 损伤后外墙承载力分析
根据文献[3]相关内容及现场调查结果,对底层外墙的受压承载力进行验算,计算参数取值如下.
开间3.6m,层高3.3m,横墙承重(标准层如图3所示),墙厚200mm(原墙厚240mm,考虑截面损伤后为200mm),楼面恒载2.0kN/m2(木楼盖),楼面活载1.5kN/m2(按旧规范取值),屋面恒载4.0kN/m2,屋面活载0.5kN/m2,砖取M7.5,砂浆取0.5MPa. 采用中国建筑科学研究院开发的砌体模块计算软件进行建模计算,(A)-(B)/(1)外墙计算结果如表4所示,2层和3层建筑的底层外墙承载力满足要求,4层建筑以上的底层外墙受压承载力小于荷载,应适当考虑承载能力补强.
3结论
根据前面的调查、试验及分析得出如下结论:
(1) 在湿热地区,砌体外墙长期承受反复的干湿交替的物理和化学风化作用,砌墙砖表面风化严重,强度下降明显.
(2) 当使用状况良好时,砌墙砖耐久性较好,反之则较差,外墙砖的损伤程度和时间没有明显相关性.
(3) 外墙面设置防护层可以有效提升外墙砖的耐久性.
(4) 对于4层以上且使用时间超过50年的砌体建筑 ,在工程检测中应注意外墙的耐久性损伤对承载力的不利影响.
参考文献:
[1] 西安建筑科技大学.CECS220:2007混凝土结构耐久性评定标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2] 国家质量监督检验检疫总局 ,中国国家标准化管理委员会.GB2542-2012砌墙砖试验方法[S].北京:中国标准出版社,2012.
[3] 中国建筑东北设计院研究有限公司.GB50003-2011砌体结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011
