砌体结构耐久性设计与检测在村镇中小学校舍建设中的应用

王 坦，窦立军，袁志仁

（长春工程学院土木工程学院，长春130012）

0 引言

结构的耐久性是指在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力［1］。对于砌体结构而言，它的历史悠久，很多古代留存至今的砌体结构建筑物（主要是采用天然的石材且没有配置钢筋的）其耐久性已经经过了时间的检验。而现代的砌体结构所采用的材料则完全不同，一些砌体结构内还配置了较多的钢筋，这些墙体材料和钢筋的耐久性是否能够满足要求直接影响着砌体结构的安全性。同时，人们对于结构的适用性也提出了更高的要求，砌体结构还要在设计周期内能够保持较好的防水及保温性能。当前，我国广大的农村房屋仍处于自主投资，自主建造的阶段，虽然新版的砌体结构设计规范［2］已经明确了耐久性设计的规定，但实际的情况却是村镇自建房屋的建造过程中罕有耐久性的考量。对于村镇的中小学校舍，大多仍采用造价较为低廉的砌体结构，校舍人员密集，这样的结构一旦耐久性不满足要求，将影响结构安全，会造成严重的后果。

1 村镇砌体结构校舍耐久性设计与检测的必要性

耐久性对于砌体结构来说与混凝土结构有同样重要的地位，通过对我国东北地区某抗震设防地区的村镇中小学的砌体结构校舍的调研，分析影响其耐久性的诸多因素及对抗震承载能力的影响。一方面村镇砌体结构校舍的设计阶段要重视耐久性设计，另一方面对既有村镇校舍的检测，除了承载力检测外，还要重视耐久性的检测。

1.1 村镇砌体结构校舍现状分析

2009年，笔者参与了对东北地区某抗震设防地区村镇中小学的砌体结构校舍的抗震设防和危房情况的大量的调研工作，共排查校舍736栋，总计782 714m2，其中框架结构80 331m2，砖混结构445 668m2，砖木结构256 715m2。图1列举的是该地区20世纪80年代和90年代建设的校舍情况。由图中可以看到，80年代的校舍，在二三十年的使用期内，就有超过60%的校舍无法满足抗震设防的要求，更有24%的校舍已成为危房。90年代的校舍在短短20年内，就有10%的房屋已成危房。可见，这些校舍的耐久性远未达到设计要求，使用年限大大缩短。

图1 不同年代某地区村镇校舍抗震设防及危房情况对比

1.2 影响村镇砌体结构校舍耐久性的主要因素

通过调研分析，得出导致村镇砌体结构校舍的耐久性达不到要求的几个主要因素。

1.2.1 外部环境因素

调研区域属于高纬度地区，区域内的砌体结构会受到冻融循环的影响，且属于严重风化区［3］，建造于村镇的校舍由于周围建筑层数低、位置分散，更加重了这种影响。村镇的校舍通常外装饰简单，甚至没有外装饰材料的覆盖，使砌筑用块体和砂浆直接暴露在外，加重了以上两种因素的影响，同时更易受到雨水等的侵蚀。

1.2.2 材料因素

构成砌体结构的材料，主要是块体和砂浆，一些结构还加入了钢筋。

1.2.2.1 块体材料

20世纪八九十年代使用的建筑用块体多是烧结黏土砖，且多是当地的小砖窑出产，因此制造过程不规范，缺乏监管。如在制作砖坯过程中，因混入了石灰岩颗粒，烧结时会生成氧化钙，遇水后会生成氢氧化钙，使得墙体发生体积膨胀，进而使墙体出现裂缝［4］。而近年来使用的块体材料种类更为广泛，但由于应用研究不够，还是出现了很多耐久性的问题，如砌体内因碱含量过大，发生碱骨料反应，墙体从内部开始膨胀，裂缝开展，甚至破坏。非烧结、非蒸压硅酸盐材料，耐水性能很差，遇水后强度降低明显，失去承载能力。

1.2.2.2 砂浆和钢筋

对于广大农村地区的房屋，砂浆多采用现场拌制，水泥含量无法保证，致使砂浆层不够密实，且易被碳化，进而腐蚀砂浆层内的构造钢筋。钢筋的选用也多是普通钢筋，未经过镀锌和防锈等有效防护处理。

1.2.3 施工质量因素

长期以来，村镇房屋的建设主要是以自建为主，施工主体多是当地的民间匠人，虽有一定的自建房屋的施工经验，但缺少专业知识，而一部分村镇校舍是由这样建造的民房改造而来。另一部分校舍，虽有专业设计，但施工队伍多是本地小型施工企业，技术水平有限。这两类施工队伍对耐久性的要求了解都很少。

这就造成了本是对于保证结构耐久性很重要的灰缝砂浆保护层厚度、构造钢筋的防腐处理、防潮层的设置和易于受潮部位砌体的选用都成为了施工中的薄弱环节。这样建造的砌体结构房屋，耐久性根本无法保证。

1.3 耐久性对砌体结构抗震承载能力的影响

从以上分析可以看到，砌体结构因以上因素产生的裂缝，必然降低其承载能力，地震中，这些裂缝会进一步开展，导致结构的抗震承载能力不足。同时，碳化、冻融作用、水侵蚀等都会加速钢筋锈蚀，钢筋起不到拉结墙体形成整体受力的作用。这些因素都削弱了砌体结构的抗震承载能力。

2 村镇砌体结构校舍耐久性设计的方法

2.1 砌体结构设计规范中的耐久性规定

砌体结构设计规范［2］中根据所建建筑所处的环境类别和使用年限，从砌块的强度等级的确定、钢筋的选择和其防锈涂层的厚度要求、砂浆保护层厚度的确定、砌筑材料中氯离子和碱含量的要求几方面分别给出了相应的规定。特别是在有侵蚀的环境中，严格规定了不能使用的块体种类和不同种类块体的最低强度等级。

2.2 适用于村镇砌体结构校舍的耐久性设计建议

近年来，一方面我国村镇校舍的建设越来越规范，新建村镇校舍都必须由有专业资质的设计部门来设计，这有利于其耐久性的提高。但另一方面，外部环境进一步恶化，风化更为严重，酸雨及其他工业腐蚀环境增多，这都不利于耐久性的保持。根据村镇的具体特点，对设计提出以下几点建议：

1）设计中，应明确要求村镇房屋必须进行外部装饰，特别是对抹灰层的厚度要明确要求。因为钢筋通长埋与水平灰缝中，钢筋保护层厚度包括了从钢筋外缘到抹灰层外表面的总厚度。从调研情况看，完整的抹灰层可以起到较好的钢筋抗腐蚀作用。

2）由于村镇校舍的建设投资多来自于政府，村镇学校通常不具备资金配套或者后期维修、重建的资金支付能力。校舍的使用周期都普遍较长，在设计中应不局限于满足规范中的最低要求，可以考虑适当提高标准，如采用强度更高的块体和砂浆。对于抗震设防区的村镇校舍，钢筋在抗震设防中的作用尤为重要，可要求采用防锈钢筋。这样虽加大了初期投入成本，但可以保证结构的耐久性，延长房屋的使用年限。

3 适用于村镇砌体结构校舍的耐久性检测建议

目前国家还没有检测砌体结构耐久性的专用标准。结构耐久性检测通常分为现场和室内试验两部分进行，而从我国村镇发展的实际情况出发，并参考混凝土结构耐久性评定标准［5］，对于村镇砌体结构耐久性的检测应主要从以下几个方面来开展。

3.1 使用条件调查

包括所在的使用环境调查和设计、施工资料调查和使用历史3部分。

其中使用环境调查包括，砌体结构所处的环境温度、湿度、干湿交替情况、侵蚀性气体、液体情况和冻融循环情况等方面。设计、施工资料调查包括可行性研究报告、地勘、设计、验收资料等。

3.2 砌体结构耐久性的现场检测

砌体结构耐久性的检测主要包括两方面：一是块体和砂浆的强度，一是钢筋的锈蚀情况。

块体的强度检验以外观检查后的经验判断配合仪器设备检测。

对于村镇常见的普通砖和多孔砖砌体的检测方法推荐采用标准［6］中的砖回弹法，其仪器设备轻便，且对结构破坏小。

检测砂浆强度的各种方法的离散性较大，不应采用单一的方法确定，应综合采用回弹法、点荷法、贯入法，综合分析这3种方法的测定结果做出砂浆强度的判断。根据文献［7］的研究结果，这3种方法得到的测试特点和测定结果趋势对比见表1，可以作为进行现场测定的参考。

表1 3种砂浆强度现场测定方法的对比

3.3 钢筋锈蚀趋势检测

通过测定保护层厚度、碳化深度、氯离子含量等方法［5］，评价砌体结构中钢筋可能锈蚀的程度，分析其耐久性。

4 耐久性设计应用实例

以东北地区某镇中学新建砌体结构校舍设计为例，介绍耐久性设计的应用。此校舍所在地区，抗震设防烈度为8度，场地标准冻深1.8m，属于冻融循环环境。三层砌体结构的学生宿舍楼，建设时间是2011年。虽然当时2011版砌体结构设计规范还未正式发布，但在文献［8］中列举出新版规范对于耐久性设计更为严格的规定，本次设计采用了这些规定。

对于全部承重墙体采用MU15混凝土实心砌块，采用Mb10专用砌筑砂浆。为满足规范中对于灰缝外露砂浆保护层的厚度要求，设计中明确要求内外承重墙的抹灰厚度均不得小于15mm。浇筑圈梁和构造柱的混凝土采用C25，最小水泥含量为280kg／m3，保护层厚度不小于25mm，最大水灰比不超过0.60，最大氯离子含量为0.3%，最大碱含量为3.0kg／m3。

这样的设计，尽可能地提高了砖砌体的强度，同时保证了钢筋的保护层厚度，限制了可能影响钢筋锈蚀的诸多因素，可以有效地保证此砌体结构的耐久性能。

5 结语

村镇砌体结构校舍的耐久性设计，是一项综合性很强的系统理论，其中既有对材料的要求又有对结构的要求，其耐久性能关系着广大村镇地区学生的安全。但当前其耐久性的设计与检测研究仍不够完善，特别是对于砌体结构的耐久性检测仍缺乏一部有针对性的标准或规范。因此，为提高村镇砌体结构的耐久性能，要求工程技术人员，结合各地区村镇实际情况，在工程和研究中不断总结经验，提出更适合的设计与检测方案。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.GBT50476—2008混凝土结构耐久性设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］中华人民共和国建设部.GB50003－2011砌体结构设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［3］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB5101－2003烧结普通砖［S］.北京：中国标准出版社，2003.

［4］林文修.砌体结构的耐久性检测与评定［J］.建筑科学，2011（6）：151－153.

［5］中国建筑标准化协会.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.

［6］中华人民共和国住房和城乡建设部.GBT 50315－2011砌体工程现场检测技术标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［7］徐聘，周浪.不同方法检测评定砌体结构砂浆强度的对比分析［J］.建筑科学，2014（7）：55－58.

［8］苑振芳，刘斌，苑磊.砌体结构的耐久性［J］.建筑结构，2011（4）：117－121.