上海地区历史建筑常见耐久性问题与现场检测方法

张逢伯 （上海市建筑科学研究院有限公司， 上海 200032）

随着我国经济建设的高速发展，城市化进程日益加快，城市更新的规模不断扩大，历史建筑的升级改造逐渐成了各级政府和社会各界关注的热点。2017 年起，上海市强调要以城市更新的全新理念推进历史建筑保护工作，从“拆、改、留并举，以拆为主”转换至“留、改、拆并举，以保留保护为主”。历史建筑在升级改造时，由于房屋历经多年使用，受自然或人为因素影响，或多或少会出现耐久性问题。这些耐久性问题不仅影响房屋的使用性能，也可能会影响房屋的整体安全，因此历史建筑的耐久性检测是升级改造中不可或缺的一项重要工作。许多历史建筑在检测时处于使用状态，不具备取样进行试验室测试的条件，因此如何进行现场检测、特别是无损检测成为历史建筑耐久性检测的关键所在。本文选取了上海地区常见的历史建筑类型，总结了不同历史建筑类型的典型耐久性问题及现场检测方法，为后续历史建筑耐久性检测评估工作提供参考。

1 上海地区主要历史建筑类型

上海市石库门里弄建筑是上海地区最具代表性的居住类建筑，也是城市保护与利用的重点对象。里弄建筑分为旧式里弄和新式里弄，旧式里弄建筑主要采用砖木立帖结构，新式里弄建筑则多利用承重砖墙代替传统的立帖式[1]。留存至今的诸多里弄建筑现已被陆续公布为上海市优秀历史建筑或文物建筑，如四川北路 989 弄公益坊、老重庆中路 64 弄渔阳里等。

自 1908 年上海第一座完全采用钢筋混凝土梁柱结构的建筑—德律风公司大楼建成之后，钢筋混凝土梁柱结构便成为上海多层建筑的最主要结构形式[1]。混凝土梁柱结构广泛应用于各类公共建筑、居住建筑或商业建筑中，如南京东路 233-257 号南京大楼、浏河口路 50 号比乐中学等。

此外，上海地区还存在大量历史工业建筑。这些建筑的主要结构形式为排架结构，通常采用混凝土排架柱、预制混凝土屋架或预制钢屋架组成。典型的历史工业建筑如共和新路 3201 号彭浦机器厂、力波啤酒厂等。

2 历史建筑常见耐久性问题

历史建筑耐久性问题的主要因素包括材料自然老化或退化、环境作用、施工因素或人为因素等。对于不同的结构构件类型、耐久性问题的表现形式也各不相同。

2.1 砖木结构耐久性问题

砖木结构是由承重砖墙、木柱、木梁、木搁栅、立帖构架等组成的结构。上海地区历史建筑中，承重砖墙主要采用黏土砖。其耐久性问题主要表现为砖风化。

黏土砖的风化作用指砖的表面由于温度变化、水及水溶解作用、大气及生物作用下，发生的机械崩解破碎及化学变化过程[2]。砖块的风化会导致砖墙有效截面减小，从而影响其承载性能。

木构件的耐久性问题主要表现为腐朽、虫蛀等。木材腐朽是木腐菌侵害的结果，虫蛀破坏在上海地区较为常见的种类为白蚁蛀蚀。木材腐朽或白蚁蛀蚀都会使木构件的有效截面减小，从而引起承载能力降低。

2.2 混凝土结构耐久性问题

混凝土结构耐久性问题主要表现为混凝土碳化、钢筋锈蚀、混凝土保护层剥落等。以上 3 种耐久性问题相互作用，造成混凝土构件的性能退化与承载力降低。

混凝土碳化是指混凝土中的碱性物质与空气中的酸性CO2发生反应，使得混凝土碱性下降和化学成分改变的中性化反应过程。当中性化深度大于混凝土保护层厚度，就会破坏保护层下钢筋表面的钝化膜，在钝化膜被破坏后，伴随着水和空气的共同作用，钢筋就会出现锈蚀[3]。钢筋锈蚀使得钢筋体积增大，进而使得混凝土产生裂缝，严重时会造成混凝土表面保护层剥落。当内层混凝土或钢筋暴露在空气中后，会进一步发生碳化作用或加速钢筋锈蚀，使得更多的混凝土开裂或者保护层剥落。研究表明[3-4]，影响混凝土碳化的因素主要有水灰比、水泥品种与用量、掺合料、相对湿度、温度、施工因素等。上海某建造于 1935 年的混凝土结构房屋，现场检测时发现混凝土梁、柱构件表面的碳化深度达到 36～70 mm，钢筋表面普遍有浮锈，少数构件存在钢筋锈胀、保护层剥落现象。

2.3 排架结构耐久性问题

工业厂房多采用排架结构，主要结构构件有混凝土排架柱、混凝土吊车梁或钢吊车梁、预制混凝土屋架或预制钢屋架。其中，混凝土构件常见耐久性问题如前文所述，本节主要讨论钢构件的耐久性问题。

钢构件存在的耐久性问题主要为钢材锈蚀。钢材的大气锈蚀是钢材处于表面水膜层下的电化学锈蚀过程。这种水膜实质上是电解质水膜，是由于空气中相对湿度达到一定数值时，空气中水份在金属表面吸附凝聚及溶有空气的污染物而形成的。钢材大气锈蚀按照破坏形式的不同可分为两大类：一是均匀锈蚀和局部锈蚀，均匀锈蚀会导致构件截面面积降低，降低构件的承载力；二是局部锈蚀，由于锈蚀不均匀，可能会导致构件表面出现明显的锈坑，致使构件局部区域应力集中，其危害远大于均匀锈蚀。对于锈蚀钢构件，根据锈蚀程度的不同，可以分为表面浮锈、氧化皮剥落、锈穿、锈断等。

3 耐久性现场常用检测方法

历史建筑耐久性检测主要包括现场检测和实验室测试，现场检测可进一步分为有损检测和无损检测。在实际检测工作中，难免会碰到房屋正处于使用状态中的情况，无法进行大范围破损检测或实验室测试。因此，现场检测，尤其是无损检测技术往往是历史建筑耐久性检测工作的关键所在。

3.1 黏土砖风化

黏土砖的风化深度主要通过目测及人工量测的方法，采用游标卡尺量测砖表面的风化深度，确定黏土砖风化深度的大致范围。历史建筑在现场检测时，通常需要对房屋各立面的砖块风化范围进行勾画，便于后期的修缮维护。对于某些建筑高度较大的房屋，也可以结合无人机拍摄技术，对高度较大位置黏土砖的风化情况进行拍摄记录和分析。

3.2 木构件缺陷

木材表面缺陷可以直接通过目测法识别。对于木材内部的缺陷，通常可以采用木材阻力仪、应力波、超声波等方法进行检测。木材阻力仪是利用微型钻针在电动机驱动下以恒定速率钻入木材内部，产生的相对阻力的大小反映出密度的变化，通过微机系统采集钻针在木材中产生的阻力参数并计算后，显示出阻力曲线图像[5]。应力波检测是利用应力波通过被测材料的速度与被测材料密度以及弹性模量的物理关系所建立的测试技术[5]。超声波检测的基本原理是超声波产生声脉冲进入被检测材料中，经过穿透、反射、衰减后被另一端的传感器收集，通过提取不同信号参数并处理，来进行材料性质检测[5]。木材阻力仪检测属于微损检测技术，应力波检测与超声波检测属于无损检测技术。针对木材的蚁蛀问题，目前可以通过在历史建筑内布设自动化监测装置对白蚁的活动进行监测，如出现报警即立即通知专业人员进行消毒灭杀。

3.3 混凝土碳化深度

混凝土碳化深度的检测主要采用酚酞测试法。根据行业标准 JGJ/T 23—2011 《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的规定，在混凝土强度回弹测量完毕后，应在有代表性的测区上测量碳化深度值，测点数不应少于构件测区数的30%，应取其平均值作为该构件每个测区的碳化深度值。具体测量步骤如下：

（1）采用工具在测区表面形成直径约 15 mm 的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。

（2）应清除孔洞中的粉末和碎屑，且不得用水擦洗。

（3）采用浓度为 1%～2% 的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，当已碳化与未碳化界线清晰时，应采用碳化深度测量仪测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离，并应测量 3 次，每次读数应精确至 0.25 mm。

（4）应取 3 次测量的平均值作为检测结果，并应精确至 0.5 mm。

3.4 钢筋或钢材锈蚀

钢筋或钢材的锈蚀程度，首先可以通过目测判断其锈蚀状态（表面浮锈、氧化皮剥落、锈穿、锈断），再通过除锈设备将其表面锈迹或锈斑去除，测量未锈部分的直径或厚度，得到钢筋或钢材的剩余有效面积，进而计算钢筋或钢材的锈蚀率。若现场不具备局部破损条件，对于混凝土中钢筋的锈蚀状况还可以采用电化学方法，如半电池电位法、电阻率法、腐蚀电流密度测定法等进行钢筋锈蚀状况的测定[6]。

4 结 语

上海地区历经沉淀保留下来的历史建筑不仅是上海城市文化的象征，也是城市更新浪潮中需要保护和利用的重点对象。本文对上海地区常见历史建筑类型的耐久性问题及现场检测方法进行了梳理，旨在通过这些检测方法对历史建筑的耐久性状态做出初步判断，进而为历史建筑的鉴定评估和加固维修提供关键技术支撑。通过对上海地区历史建筑耐久性问题的检测评估和加固维修，在保证历史建筑保护要求的前提下合理提升其耐久性能，将为上海海派文化延续和城市文脉传承提供关键物质保障。