烂尾楼的寿命会更短吗?从混凝土、锈蚀等安全角度刨析

作为业主,最心酸的时刻,无非就是所购买的新房面临烂尾。

 

花光了辛苦积攒的积蓄,却不知道何时能够拿到房产证入住,还有被打乱的生活计划。

 

随着烂尾时间变得越来越长,之前的问题尚未解决,另一个问题又逐渐变得无法躲避:

 

我们购买的房子,还会像被承诺的那样牢固吗?

 

 

分 类

与直觉有点不同的是,在讨论工程质量时,烂尾楼并不可以一概而论。根据其完成度,本文大致将其分成以下三类。

 

第一类是“即将完成”。从外观上看,它们与已完成竣工的建筑物并无太大差别,主体结构、内外墙体、保温防水均已施工完毕,可能仅余一些装修、附属工程尚未完工。

即将完成

 

第二类是“基本成型”。这类烂尾楼刚做完主体结构和内外墙体,外形却仍是单调的混凝土色。

基本成型

 

第三类是“四周漏风”。这类最接近平常脑海中烂尾楼的情景,它们仅仅只是结构封顶,甚至盖到中间一半就停了下来。外围没有任何墙体(可能内部有部分核心筒或剪力墙)遮风挡雨。

四周漏风

 

本文重点关注最后一类“四周漏风”,由于缺乏外部墙体的遮挡,它们所处的环境与竣工房有明显的差别,从而导致它们的老化速度要更加迅速。

 

 

老 化

与普通商品类似,房屋作为人工制成品,也有它自身的“保质期”。

 

在一般设计规范和实践中,绝大部分建筑物的设计使用年限定为了50年。

 

这指的是如果建筑物的使用周期超过了50年,它就会有一定几率“变质”,需要重大维修才能延续生命。

 

而在这漫长的50年之中,建筑物会逐渐发生老化(Deterioration)。

 

对于最常见的钢筋混凝土住宅楼,能令结构性能产生实质性伤害的老化,通常来源于钢筋的锈蚀。随着锈蚀的发生,钢筋的直径变得越来越小,最终不堪重负。

钢筋的锈蚀

 

为了避免钢筋很快发生锈蚀,我们在设计建筑物时,通常规定在钢筋外要被一定厚度的混凝土所包裹。这层混凝土被称为“混凝土保护层”(Concrete Cover)。

混凝土保护层

 

这层保护层可以分别从两个方面保护钢筋。在物理意义上,这层混凝土基本隔绝了钢筋与空气中水分和氧气的接触;在化学意义上,由于混凝土本身的碱性,它会在钢筋表面发生化学反应,生成一个保护膜,这个过程称为钢筋的“钝化”(Passivation)。

钢筋的钝化

 

然而,即使保护层那么厉害,也不能完全避免钢筋的锈蚀,它的存在只是推迟了发生的时间。

 

因为钢筋混凝土在使用过程中,混凝土一直在发生碳化(Carbonization)。

 

 

碳 化

从表观上看,混凝土似乎密不透风。事实上,混凝土内部会存在很多肉眼所不能见的气孔。空气中的CO2气体,会通过这些细微的气孔,不断渗透到混凝土内。

空气中的CO2会渗透进混凝土

 

CO2进入混凝土内部后,会与碱性物质发生反应,生成碳酸盐和水。通过此化学反应,混凝土会逐渐从碱性变为中性,专业上称为“混凝土的碳化”。

混凝土的碳化

 

在实验室,我们通常会用酚酞试液(遇碱性才会变色)来直观地探究混凝土碳化的发展。以下是各个不同时间段的混凝土碳化深度。

混凝土碳化深度

 

可想而知,当混凝土的碳化深度超过保护层的厚度时,钢筋的化学保护就会失效,此时空气中的氧气将使钢筋逐渐布满锈迹。

 

钢筋开始锈蚀时,从混凝土表面可能并不会出现明显的痕迹。在下图中,混凝土表面没有出现异样,但挖开保护层后,里面的钢筋却早已锈迹斑斑。这就是混凝土碳化的危险之处。

钢筋早已锈迹斑斑

 

当钢筋的锈蚀趋于严重时,混凝土保护层才会开始出现裂缝。因为铁锈的生成令到钢筋体积变大,最终将混凝土胀裂。这个过程称为“锈胀”。

锈胀破坏

 

等到这个时候,建筑物结构构件所面临的只能是一系列的维修加固。

 

 

击 穿

在国家规范《既有混凝土结构耐久性评定标准》中,有专门的公式计算混凝土的碳化何时击穿保护层,使得钢筋开始出现锈蚀。

钢筋开始锈蚀时间计算

 

公式的参数比较多且复杂,在此处不展开论述。总的来说,除了混凝土材料和施工的影响,主要的影响因素有两个:一是保护层厚度的影响,厚度越大钢筋越晚开始锈蚀;第二个是环境的影响,即钢筋混凝土面临的气候环境越极端多变,钢筋开始锈蚀的时间会越早。例如今天下大雨明天烈日猛晒,一会湿润一会干燥这种情况。

 

如果以结构体钢筋开始出现锈蚀的时间作为质量隐患的标志点,我们可以对比文章一开头提及的“四周漏风”烂尾楼与普通竣工房是否有差别。

 

首先是混凝土保护层的设计厚度。由于没有楼房是奔着”烂尾”的结果进行设计的,所以烂尾楼肯定也是采用了最常规的设计指标,即《混凝土结构设计规范》中随规定的保护层最小厚度。在实践中,通常标准层楼板,梁,柱取一类环境数值,屋面板,地下室顶板取二(a)类环境类别数值。

规范中的保护层最小厚度

 

下图是各个环境类别的定义。笼统地说,一类指的通常就是指普通的室内环境,二(a)类是普通的露天环境。

环境类别

 

在这里可以发现,“四周漏风”类烂尾楼大部分结构虽然是按一类环境设计的,但由于外墙和防水保温等完全未施工,难以阻止风雨和空气交换,其所处的环境实际上是二(a)类,即基本可等同于露天环境(特别是建筑靠外侧楼板梁柱)。

 

这意味着,烂尾楼的设计环境与实际环境之间出现了错位,且随着烂尾时间的增长影响越来越大。

 

现在我们将普通竣工房与烂尾楼分别以室内环境与露天环境的情况,进行取值计算各自的钢筋锈蚀开始时间。

 

假设这两栋建筑均位于郑州,通过网上查询,我们可以知道郑州的年平均气温为12℃~22℃(取平均值17℃),年平均相对湿度为62%。代入公式后,在最不利的情况下(各项系数的范围值取大值),两者在不同保护层厚度下的锈蚀开始年限如下。

锈蚀开始年限对比

 

可以看到,如果烂尾情况维持10年左右,楼板的钢筋很大可能已经开始腐蚀。实际上,在考虑施工质量和出现极端天气的情况下,这个年限会更短。

 

 

建 议

(1)如果不确定想买的房子是否会烂尾,最起码等到外墙施工完成后再考虑购买;

 

(2)对烂尾超过10年的楼房要保持警惕。


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