CN104088472A - 沿海建筑物钢筋混凝土结构检测和修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沿海建筑物钢筋混凝土结构检测和修复方法，包括确定构件进行检测、选择修复方法并进行技术修复。检测并按照公式进行计算，分别得到同类型的混凝土构件受碳化因素或氯盐侵蚀因素影响后，所剩余的安全使用期限，选择较小值者为本发明影响结构老化的主要因素。结合构件的环境条件，确定构件的作用等级。再根据作用等级和结构老化的主要影响因素，确定修复等级和可以采取的修复方法，对结构构件进行修复。本发明与目前较多采用引入假定条件的检测鉴定模式相比，针对性高，具有更高的可信度和准确性。经采用本发明的方法进行修复，构件的耐久性得到提高，可以恢复到设计标准的安全使用期限。
Description
技术领域
本发明属于固定建筑物结构鉴定和维护领域，特别是涉及对既有建筑物的耐久性鉴定及修复技术方法。
背景技术
混凝土是当前应用最广泛、使用量最大的建筑材料。我国近现代的工业与民用建筑中，钢筋混凝土结构占有很高的比例。尤其是沿海地区，存在大量的混凝土结构建筑物。在可能引起混凝土材料性能劣化的各种作用因素，特别是沿海暖湿气流的侵蚀作用下，混凝土结构的老化现象非常严重。建筑物结构耐久性损伤问题日益突出，长期维持混凝土原有性能的能力变得弱化，钢筋锈缩、锈断，混凝土开裂剥离现象普遍出现。在众多导致混凝土内钢筋锈蚀的原因中，混凝土碳化和氯离子的侵蚀是最主要的原因。为延缓混凝土结构的老化进程，保持沿海地区既有建筑物的结构安全和使用功能，维护人民群众的生命财产安全，亟需进行耐久性评估和加固修复处理。
目前，国内外基于耐久性的研究和应用主要针对海港工程、公路桥梁和水工建筑物，对于沿海地区的建筑物涉及较少。对沿海建筑物的耐久性进行检测鉴定，并根据鉴定结果选择合适的方法对混凝土结构进行修复加固，这样的综合性的技术措施和手段还未真正成型。造成一方面，沿海地区的建筑物耐久性问题已经日显突出，另一方面，在建筑产业上，结合当地环境特点与工程实践经验开展耐久性评估和修复加固的技术明显滞后，已不能满足维护既有建筑物结构安全和使用功能的要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于提高既有沿海建筑物耐久性，使其安全使用期限保持达到建筑物的设计标准要求的方法。通过采用技术方法对混凝土结构进行检测，根据检测结果，采取有针对性的修复加固方法，对混凝土构件进行修复。在产业上实现应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，按照下列步骤进行：
（1）对同类型的混凝土构件检测混凝土保护层的碳化深度，计算平均值（ ）和标准差（σ），求出具有95%保证率的碳化深度值（Xc）；测量相同构件的混凝土保护层厚度，计算平均值（）和标准差（σ），求出具有95%保证率的保护层厚度(xh)；混凝土构件的实际龄期（t），按公式 计算系数k，再根据公式计算构件的预期安全使用期限tcy，则混凝土构件的剩余安全使用期限为tc=tcy-t；
（2）在同类型混凝土构件表面的5～10mm、10～15mm、15～20mm、20～25mm、25～30mm及30～50mm深度层钻取粉末，测定各深度层的氯离子含量(ck)和30～50mm深度层的氯离子含量（Ci），计算深度值xk根据取样深度按下表取值,
混凝土构件实际龄期（t），根据公式
进行曲线拟合，回归求得氯离子扩散系数D及表面氯离子浓度C0；
钻取构件中钢筋发生锈蚀的深度位置的混凝土粉末，测定氯离子含量，取测定值和0.4%两者之中的较小值作为氯离子临界浓度值Cc；测量该构件的混凝土保护层厚度平均值（），根据公式
计算出构件的预期安全使用期限tcly，则混凝土构件的剩余安全使用期限为tcl=tcly-t；
(3)比较tc和tcl，以其中较小值为所检测建筑物钢筋混凝土构件的剩余安全使用期限，并按剩余安全使用期限的影响因素是碳化或氯盐侵蚀，结合建筑物的地理位置和环境条件，按表1确定混凝土构件的作用等级。
（4）根据步骤（3）所选定的剩余安全使用期限的影响因素，判断建筑物钢筋混凝土构件需要进行的修复等级，按表2进行选取。
（5）根据步骤（3）所确定的构件的作用等级和步骤（4）所确定的修复等级，按表3选择对建筑物钢筋混凝土构件的修复方法。
（6）采用步骤（5）选定的修复方法，对建筑物的钢筋混凝土构件进行处理。
表1.建筑物构件作用等级的分类
表2.构件修复等级的选择标准
| 条件 | t+ min{ tc, tcl}≥50 | 25≤t+ min{ tc, tcl}<50 | t+ min{ tc, tcl} <25 |
| 修复等级 | 一般修复 | 中等修复 | 强化修复 |
表3.
（6）采用步骤（5）选定的修复方法，对建筑物的钢筋混凝土构件进行处理。
本发明的修复方法是对具有相同设计要求的成批量的构件进行的。检测步骤（1）中的同类型的混凝土构件是指相同或相近楼层的结构梁、柱和框架梁、柱、剪力墙，以构件在结构设计上具有相同的承重或力的传递作用进行划分。并按照GB/T50344-2004《建筑结构检测技术规范》对检验批的最小样本容量规定中B检测类的要求进行抽样，保证检测结果的代表性。混凝土性能分布按照正态分布的规律存在，本发明95%保证率的碳化深度值依公式计算确定，95%保证率的保护层厚度的依公式计算确定。本发明中将混凝土30～50mm深度层的氯离子含量（Ci）定义为混凝土原材料中氯离子浓度。公式中为误差函数，按数学计算方法进行计算。
构件的混凝土碳化深度检测采用乙醇酚酞试剂显色法，在混凝土表面凿出一定深度的检测区域，喷涂浓度为1%～2%的乙醇酚酞试剂，采用深度尺测量显色位置的深度，即是该构件的碳化深度。
构件的混凝土保护层厚度是指从构件的混凝土表面到构件主筋的混凝土厚度，本发明采用钢筋位置探测仪或混凝土保护层厚度检测仪进行测量。
构件混凝土内部不同深度的氯离子含量采用钻取粉末仪器检测法。测定混凝土粉末样本中氯离子含量占混凝土重量的百分比，再根据施工配合比的水泥用量，换算为氯离子含量占水泥重量的百分比，即为该深度的氯离子含量(ck)。钢筋发生锈蚀的深度位置的氯离子含量应选取相同位置的构件，钻取已经发生锈蚀钢筋周边的混凝土粉末进行测定。当建筑物的构件尚未发生钢筋锈蚀的情况时，可直接按氯离子临界浓度为0.4%（占水泥用量的重量百分比）进行计算，计算构件的预期安全使用期限tcly。
步骤（3）所述剩余安全使用期限的影响因素是碳化或氯盐侵蚀是根据这样的规则选取的：若tc≤tcl，则说明碳化是造成混凝土构件失效的关键因素，应按碳化影响序列确定构件的作用等级；若tcl <tc，则说明氯盐侵蚀是造成混凝土构件失效的关键因素，应按氯盐侵蚀影响序列确定构件的作用等级。
修复等级的选择按照对构件的检测结果进行选取：若t+ min{ tc, tcl}≥50，只需进行“一般修复”；若25≤min{ tc, tcl}<50，需进行“中等修复”；若t+ min{ tc, tcl} <25，需要进行“强化修复”。其中min{ tc, tcl}指比较tc和 tcl两个数值上，取其中较小的数值。按照本发明的修复方法进行修复后，构件的总安全使用期限均可以达到一般建筑物设计使用年限50年。
本发明对构件的修复方法是指采用特定的材料或设备，对构件的混凝土表面或钢筋进行处理的措施。分别具体阐述如下：
混凝土表面涂层法，在整个混凝土表面覆盖一层水泥基覆层、渗透型涂层或表面涂覆层，并填补自然坍塌或侵蚀老化所形成的孔洞。水泥基覆层包括普通水泥砂浆和聚合物改性水泥砂浆。渗透型涂层采用在混凝土表面涂覆渗透型硅烷浸渍剂形成涂层。混凝土表面涂覆层主要采用沥青、煤焦油类或树脂类涂料进行涂覆覆盖。
局部修补法，是对已经产生轻微锈蚀的钢筋处的混凝土去除，用碱性修补砂浆对该部位进行局部修补。
钢筋涂层法，是对锈蚀的钢筋进行除锈处理，在钢筋表面涂覆环氧树脂或聚乙烯醇缩丁醛涂层，阻止钢筋继续锈蚀。
全面覆盖碱性砂浆法（全面覆盖喷射混凝土法），是在混凝土表面涂抹一层水泥砂浆或者喷射混凝土，使混凝土再碱化和钢筋再钝化。
电化学再碱化法，在短期内（100～200小时）外敷阳极和电解质，对被保护范围内的钢筋外加阴极电流，使混凝土恢复碱性和钢筋再钝化。
电化学脱盐法，在短期内（约8周时间），外加电流于临时设置于混凝土表面的阳极和电解质溶液，对钢筋施加阴极电流，使受盐污染的混凝土中氯离子浓度下降到临界浓度以下，并在断电后可以长期保持钢筋的钝化。
阴极保护法，是将直流电源的负极连接在混凝土的钢筋上，对钢筋持续施加阴极电流，使其表面各处均不再发生释放电子的阳极反应，从而避免锈蚀。
本发明所述的既有沿海建筑物钢筋混凝土结构件的检测和修复方法，具有以下的优点：
1．针对沿海地区建筑物的特点，即在众多导致混凝土内钢筋锈蚀的原因中，混凝土碳化和氯离子侵蚀是最主要的原因。同时，不同的建筑物，影响结构安全使用期限的因素又是不同的。本发明采用来源于既有建筑物的实测数据，建立两种检测鉴定的模式，与目前较多采用引入假定条件的鉴定模式相比，具有更高的可信度和准确性。经过多个沿海建筑物的长期检测验证，这种采用对不同影响因素进行检测比对的方法是最准确的。
2．对应不同的混凝土劣化情况，以及环境因素和修复的等级要求，分别选择有针对性的修复技术方案和方法，对不同设计要求的构件进行修复加固。可以采用局部修补法或全面修复法，费用成本低，效果也好。经过采用本发明的技术方法进行修复的构件，耐久性增强，建筑物的安全使用期限可以恢复到设计标准的年限。
附图说明
图1是本发明检测修复方法的流程图
具体实施方式
下面结合在部分建筑物应用的实施例来说明本发明的一些实施方式。
实施例1
汕头市广澳濒海某多层住宅楼，2008年进行检测，抽查了第1、2层20根柱的碳化深度。实测碳化深度最小值5.5mm，最大值20.0mm，平均值10.5mm，标准差3.60，具有95%保证率的碳化深度为16.4 mm。测量上述柱的保护层厚度，最小值18.5mm，最大值38mm，平均值27.7mm，标准差3.44，具有95%保证率的保护层厚度为22 mm。结构实际龄期为19年。依公式，，则预期安全使用年限 , 剩余安全使用期限为34.2-19=15.2年。
抽查了约15根柱的氯离子含量，在深度5～10mm、10～15mm、15～20mm、20～25mm、25～30mm 、30~50 mm钻取粉末，测定氯离子含量。取5～10mm、10～15mm、15～20mm、20～25mm、25～30mm深度层的数值依公式进行曲线拟合，回归求扩散系数和表面氯离子浓度；将30~50 mm的氯离子含量作为的参考值，经综合分析，取（占水泥用量）。计算得到，（占水泥用量）。综合钢筋锈蚀测试和氯离子含量测试结果，取氯离子临界浓度为0.28%（占水泥用量）；保护层厚度为22 mm。则预期剩余安全使用期，剩余安全使用期为60.9-19=51.9年。综合两个计算结果，所实测多层住宅楼的基于耐久性的剩余安全使用期限为15.2年，该建筑物老化主要受碳化因素控制。
2013年年中，进行了第二次检测。检测第1、2层约12根柱的碳化深度，实测碳化深度最小值6.5mm，最大值20.5mm，平均值12.2mm，标准差3.77，因此具有95%保证率的碳化深度为18.4 mm。具有95%保证率的保护层厚度为22 mm。结构实际龄期为25年。依公式，，则预期安全使用期限为 , 剩余安全使用期限为35.7-25=10.7年。抽查了约10根柱的氯离子含量，经计算，预期安全使用期限，剩余寿命为59.5-25=34.5年。综合以上结果，本次所实测的基于耐久性的剩余安全使用期限为10.7年。
在本实例中，利用发明的检测鉴定方法，经过5年期间，计算出的建筑物的剩余安全使用期限减少了4.5年。可见，本发明方法是具有较高准确性的。
实施例2
某酒店，2007年检测底层柱，具有95%保证率的碳化深度为9.2 mm，保护层厚度为24 mm。结构实际龄期为25.5年。，则预期寿命, 剩余安全使用期大于50年。
分别对第一、八、二十一层柱进行混凝土中氯离子含量检测，保护层厚度平均值为25mm，取氯离子临界浓度为0.4%（占水泥用量），计算结果如下表。
综合以上结果，该建筑物基于耐久性的剩余安全使用期限为39.7 年。
可见，该建筑物剩余安全使用期限的影响因素是氯盐侵蚀。该建筑物位于离海岸线大于300米的沿海市区，选择CL3为该建筑物构件的作用等级。建筑物结构实际龄期和剩余安全使用期限的和25.5+39.7＞50,选择只需进行“一般修复”，即对现有结构梁、柱构件采取“局部修补或混凝土表面涂层”的方法进行修复。结合该建筑物规划进行改扩建的情况，对部分结构构件的混凝土表面覆盖了一层水泥基覆层。
2012年9月，再次对该酒店经过修复后的混凝土结构进行验证检测，以确认修复效果。鉴于第一次检测时，确认该建筑物剩余安全使用期限的影响因素是氯盐侵蚀，本次检测第一、四层的结构柱混凝土中的氯离子含量。所检测构件混凝土保护层厚度平均值为25mm，取氯离子临界浓度为0.4%（占水泥用量），计算结果如下表。
由于运用了本发明的检测方法和判定规则，采取技术手段进行修复，使影响混凝土老化的氯盐侵蚀因素得到控制。在经过5年后，没有出现钢筋锈蚀等现象，控制了该建筑物的老化进程，剩余安全使用期只减少了3.8年，所采取的修复措施达到预期效果。
实施例3
某民办学校教学楼，2009年结构龄期为16年，部分结构柱、楼板构件发生混凝土保护层剥离、钢筋锈蚀现象。
抽检混凝土柱30根的碳化深度，实测碳化深度最小值7.5mm，最大值23.5mm，平均值12.5mm，标准差3.75，具有95%保证率的碳化深度为18.7 mm。测量上述柱的保护层厚度，最小值15.5mm，最大值36.5mm，平均值29.5mm，标准差3.55，具有95%保证率的保护层厚度为23.7 mm。依公式，，则预期安全使用年限 , 剩余安全使用期限为39.8-16=23.8年。抽取混凝土柱20根测定其各深度层的氯离子含量，经使用本发明的计算方法，预期安全使用期限，剩余寿命为34.5-16=18.5年。综合两种检测计算结果，该建筑物基于耐久性的剩余安全使用期限为18.5年，主要控制因素为氯盐侵蚀。
根据该建筑物的地理位置，确定构件的作用等级为CL3，其预期剩余安全使用期限与实际使用期限的和25≤t+tc1=34.5<50。因此，判定修复等级属于“中等修复”，采取“全面覆盖碱性砂浆”的修复措施。在全部结构混凝土梁、柱表面涂抹一层水泥砂浆进行修复，使混凝土再碱化和钢筋再钝化。
2013年，对修复后的结构柱，再次进行钻取粉末测试，未发现钢筋锈蚀，各深度氯离子含量基本保持不变，预期安全使用期限，剩余寿命为34-19.5=14.5年。由于采取了修复技术手段，建筑构件在一般情况下随着侵蚀的深入，老化趋势随着急剧增加的情况，在该建筑物上得到扼制。该建筑物基于耐久性的剩余安全使用期限属于正常范围内。本发明的判定和修复方法是可靠和有效的。
Claims (2)
1.沿海建筑物钢筋混凝土结构检测和修复方法，按照下列步骤进行：
（1）对同类型的混凝土构件检测混凝土保护层的碳化深度，计算平均值（ ）和标准差（σ），求出具有95%保证率的碳化深度值（Xc）；测量相同构件的混凝土保护层厚度，计算平均值（）和标准差（σ），求出具有95%保证率的保护层厚度(xh)；混凝土构件的实际龄期（t），按公式 计算系数k，再根据公式计算构件的预期安全使用期限tcy，则混凝土构件的剩余安全使用期限为tc=tcy-t；
（2）在同类型混凝土构件表面的5～10mm、10～15mm、15～20mm、20～25mm、25～30mm及30～50mm深度层钻取粉末，测定各深度层的氯离子含量(ck)和30～50mm深度层的氯离子含量（Ci），计算深度值xk根据取样深度按下表取值,
混凝土构件实际龄期（t），根据公式
进行曲线拟合，回归求得氯离子扩散系数D及表面氯离子浓度C0；
钻取构件中钢筋发生锈蚀的深度位置的混凝土粉末，测定氯离子含量，取测定值和0.4%两者之中的较小值作为氯离子临界浓度值Cc；测量该构件的混凝土保护层厚度平均值（），根据公式
计算出构件的预期安全使用期限tcly，则混凝土构件的剩余安全使用期限为tcl=tcly-t；
(3)比较tc和tcl，以其中较小值为所检测建筑物钢筋混凝土构件的剩余安全使用期限，并按剩余安全使用期限的影响因素是碳化或氯盐侵蚀，结合建筑物的地理位置和环境条件，按下列表格确定混凝土构件的作用等级，
（4）根据步骤（3）所选定的剩余安全使用期限的影响因素，判断建筑物钢筋混凝土构件需要进行的修复等级，按下列表格进行选取，
（5）根据步骤（3）所确定的构件的作用等级和步骤（4）所确定的修复等级，按下列表格选择对建筑物钢筋混凝土构件采用的修复方法，
（6）采用步骤（5）选定的修复方法，对建筑物的钢筋混凝土构件进行处理。
2. 权利要求1所述的沿海建筑物钢筋混凝土结构检测和修复方法，其中步骤（1）中氯离子临界浓度Cc无实测值时，取0.4%（质量百分含量）。
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