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混凝土结构耐久性和建筑防水性研究

浙江建筑工程研究院有限公司教授级高工游劲秋

  浙江建筑工程研究院有限公司教授级高工游劲秋:2002年我们浙江的舟山因为海沙应用到我们建筑工程中,导致了一些房子出现了结构质量问题,舟山市政府老百姓到浙江省政治厅征求我们处理的办法。当时与水利交通等建筑市政领域业主单位和设计院咨询单位的沟通的时候要编制工程项目的咨询报告,所以手头上我使用四本规范,一本是海港工程混凝土设计规范,另外一本是公路桥梁混凝土设计规范,这两本是交通部的规范,另外是中国建筑学会混凝土耐久性设计施工指南,这是学会编的规范,再一本是我们国家的标准,混凝土结构耐久性设计规范,这些规范应用当中,是我们浙江大学主编的,我也参与编制,对规范里面的条文非常熟悉,在应用过程中突然感觉到这个关注到的建筑防水与混凝土结构设计的耐久性的关系,这个PPT的内容,这在两年东方雨虹,山东在我们浙江省举办了防水技术研讨会,今天讲的这个版本是8、9月份针对房地产公司和设计司为主要听众的版本,我有幸给大家做一个交流。这个内容是四个章节来讲,第一是我们水对环境作用等级划分的影响。第二是水对混凝土结构设计使用年限的影响。一般的房屋建筑物由主体结构、建筑部件与建筑设备三大部分按一定的方式组成而成,建筑防水层归属与建筑部件,建筑防水设计,通常分为材料防水和建造防水两类,在设计分工中,建筑防水设计由建筑师承担,在建筑合理使用说明内要确保主体结构的质量。包括我们朱总讲的我们建设部住宅工程质量两年行动方案里,对全生命周期五大主体项目负责人承担责任,结构使用说明是结构司来承担终身责任的。

  陈肇元院士认为,结构设计时需要考虑的外加作用至少有三类;荷载作用、欧山作用、环境作用,指结构所处环境的侵蚀作用。由于水严重改变建筑物环境类别,建筑防水的成败与主体结构耐久性、实际使用寿命密切相关,所以负责承担主体结构质量的工程师较少考虑建筑防水设计。我这里讲水对环境作用等级划分的影响,所有结构构建都需要考虑到的大气环境,在本轮以混凝土结构耐久性设计规范50476中环境类别“一般环境”为例,来划分在环境中的影响

  “一般环境”是指仅有正常的大气和温度湿度作用,对混凝土结构腐蚀主要是碳化引起的钢筋锈蚀,水是重要作用因素。根据我们混凝土结构规范2.1,一般是与雨水接触划分的,混凝度结构环境条件就会发生改变,环境作用等级会从A轻微到B重度。大家可以看到1—A是室内干燥环境,或者整体浸在水里的环境。到了我们的C,是干湿交替环境,从结构构建上可以看到频繁淋雨的购建,我屋面渗透以后,室内也会频繁接触到雨水。大气环境对混凝土结构构件的作用程度,需考虑环境因素主要是湿度、温度和水的供给程度。所以一般环境下,最溶液造成钢筋混凝土碳化的环境是干湿交替环境。第二个章节是水对混凝土结构设计使用年限的影响。《混凝土结构耐久性设计规范》中在一般环境中,规定了混凝土最低强度等级、最大水胶比和保护层等标准。在BG/T50476中规定了混凝土结构设计中混凝土强度的选举原则,结构构件需要采用混凝土强度等级,在许多情况下是由环境作用决定的,并非由荷载作用控制的。同时在规范的总则中明确指出,本规范规定的耐久性要求,应为结构达到设计使用年限并具有最高要求。

  我们在这里看到红颜色的板墙等结构在我们室内干燥环境下100年的设计使用说明,要求混凝土强度等级大于等于C30,我们保护层厚度最小的是20毫米。当我们影响渗透问题导致我们混凝土所处的环境等级达到EC的时候,同样一个构件,这个是A30是可以满足的,最大水胶比0.5,但是混凝土保护厚度是30米,我们设计室内干燥环境下和这个混凝土构件是一百年的,如果出现渗透,我们连使用30年的耐久性要求都不能满足。

  所以从表4.3.1中可以得知,设计使用年限100年的,当建筑防水失效,表面频繁淋雨,成为干湿交替的时候,连30年都达不到。酸雨环境对混凝土耐久性的影响,问题是我们的大气污染环境,APEC蓝也是很难得的,我们国家结构是煤炭为主的,我们酸雨类型主要是硫酸型,酸雨中H+首先与混凝土表面的Ca反应,分解出Ca与降水中的SO离子会生成“二水硫酸钙”,一部分附着在混凝土表面形成灰白色的石膏。随着反应从混凝土表面深入到内部,我们混凝土逐渐剥落,质地疏松,扛腐蚀能力下降,环境中SO2侵入混凝土后会逐渐形成钙钒石。2012年出现酸雨的市县占46.1%,降水PH值低于5.6酸雨,低于5.0较重酸雨。杭州处于华东酸控区,被国家列为酸雨控制城市。1983年杭州市酸雨在60—90%之间变化,根据2012年杭州市环境公报,全市大部分地区属于重酸雨区,降水PH值范围为2.54—7.18,最低出现在中心城区。全市HP年均值为4.65,酸雨率为88.9%。我们在刚才所示范的举例中,实际使用年限100的环境作用等级为室内干燥环境1—A的混凝土板、墙等面形构件,混凝土强度等级C30,最大水胶比0.55,钢筋保护层最小厚度20mm,确保这个设计使用年限100年,需满足混凝土强度达到C5,最大水胶比0.36,钢筋混凝土最小0.45毫米。所以酸雨环境的房屋渗透雨水侵入到混凝土结构构件,环境等级从1—A轻微发展到严重。各项指标严重招标,连20年使用年限都达不到。

  我们混凝土结构有百年使用历史,但是应用于构成的只不过50年,在环境条件下远不如当初设想的那样耐久,问题不断暴露,一直到20世纪70年代才逐渐的引起发达国家的高度重视,最终形成混凝土耐久性设计规范。在我国对混凝土结构耐久性现状调查是不错的,但是有一些科研院所做了非系统性的局部调查和研究,比如酸雨环境对混凝土耐久性影响,通过对杭州城区的调查发现,酸雨对不懂时期建造的混凝土结构已经造成了不同程度的侵蚀,这个跟重庆大学调查是类似的。

  出于室内干燥环境的混凝土结构是完全可以满足100年设计使用年限的。50010—2010编制组在《规范》条文中说明,国内实际使用超过100年混凝土结构不多,但是室内正常环境下实际使用70—80年房屋建筑混凝土大多是完好的。我们国家质量管理条例第40条规定,正常使用条件下建设工程最低保持期限为该工程合理使用文献。屋面防水工程由卫生间、房间和外墙防渗透为5年。建筑防水设计要保证5年没有责任,在主体结构设计时需要考虑室内干燥环境是50—100年。正因为建筑防水与建筑物环境与结构耐久性是相关的,所以建筑师和工程师必须从建筑结构耐久性角度考虑建筑防水。

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