某205m高套筒式烟囱外筒结构安全性检测鉴定探讨

某 205m高套筒式烟囱外筒结构安全性检测鉴定探讨

胡字念

深圳市建筑科学研究院股份有限公司 广东深圳 518049

【摘要】以深圳市某205m高套筒式烟囱钢筋混凝土烟囱外筒的结构安全性检测鉴定为例，通过现场检测、承载力计算、损伤原因分析，对该烟囱外筒当前的结构安全性进行鉴定，并对存在的问题提出处理建议。本文主要描述了钢筋混凝土烟囱外筒的检测方法，并结合检测结果对当前存在的损伤进行原因分析，评估烟囱外筒主体结构的安全现状，为后续类似工程提供参考。

【关键词】套筒式烟囱；外筒；检测鉴定

1. 工程概况

深圳某205m高钢筋混凝土烟囱为套筒式烟囱，建于1992年，距海岸约220m，外筒为变厚度钢筋混凝土结构墙体，混凝土强度为C30，钢筋保护层厚度为50mm，外筒无内衬和隔热层；内筒为全钢板钢内筒结构，外筒和内筒均为自立式结构。该烟囱外筒高度为205m，筒壁顶部外半径为5.5m，内半径为5.2m，壁厚300mm；筒壁底部外半径为10.9m，内半径为10.1m，壁厚850mm。检修工作人员在烟囱钢筋混凝土外筒重新刷航空标志油漆时，发现外筒表面存在混凝土脱落现象，烟囱顶部平台处存在钢筋锈蚀现象，当前该烟囱处于正常使用中，烟囱外观见图1。

图1 烟囱外观 图2 外筒主体倾斜检测示意图

2. 检测内容及结果

2.1 地基基础检测

现场采用全站仪在烟囱两个互相垂直的方向进行烟囱主体倾斜检测，观测方法为前方交会法，该烟囱外筒主体倾斜检测示意图见图2，检测结果为：该烟囱外筒主体倾斜值为0.00086（包括施工误差和外装修的影响），小于《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)的允许限值0.002。

该烟囱外筒未发现因地基基础沉降引起的裂缝或变形，周围散水未存在裂缝且与主体结构未存在脱开或错位现象，结合外筒主体倾斜检测结果表明该烟囱外筒地基基础无明显不均匀沉降迹象。

2.2 外筒混凝土强度检测

外筒混凝土强度检测采用回弹-钻芯法，混凝土构件的回弹检测按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23-2011)的要求进行，并采用钻芯法修正，混凝土构件的钻芯检测按照《钻芯法检测混凝土抗压强度技术规程》(CECS 03:2007)的要求进行。根据现场检测条件，利用旋转楼梯休息平台，在标高0～30.0m选取6个构件进行了钻芯检测，在标高0～169.5m处表面选取26个构件进行回弹检测；标高176.0m～205.0m为垂直爬梯，不具备混凝土强度检测条件，故本次烟囱外筒混凝土强度检测分为标高0～72.5m和78.5m～169.5m两个检测批。

混凝土强度检测结果表明：该烟囱外筒标高0～72.5m和78.5m～169.5m两个检测批现龄期混凝土强度推定值均满足设计图纸要求。

2.3 外筒内侧钢筋配置情况检测

钢筋配置检测采用钢筋扫描仪进行无损检测和现场凿开实测对比的方法，根据现场检测条件，考虑到检测安全，本工程重点检测该烟囱外筒内侧的钢筋配置。烟囱外筒内侧钢筋配置检测结果表明：外筒内侧抽检位置竖向钢筋间距均满足设计图纸要求，少数抽检位置环向钢筋间距不满足设计图纸要求；抽检位置竖向和环向钢筋直径均满足设计图纸要求。

2.4 外筒内侧钢筋保护层厚度检测

现场采用钢筋扫描仪进行无损检测和现场凿开实测对比的方法检测外筒内侧钢筋保护层厚度，检测结果表明：该烟囱外筒内侧钢筋保护层厚度在38mm～75mm之间，个别位置钢筋保护层厚度不满足设计图纸要求。

2.5 外筒混凝土碳化深度检测

为保证外筒筒壁的完整性，本次混凝土碳化深度检测在已钻取的芯样上采用1%～2%的酚酞酒精溶液进行，检测结果表明：该烟囱外筒混凝土抽检位置碳化深度在18mm～27mm之间，平均值为23mm。

2.6 外筒混凝土氯离子含量检测

因当前烟囱外筒存在部分钢筋锈蚀部位，故对外筒抽检的6个混凝土芯样进行氯离子含量试验检测，检测结果表明：该烟囱外筒抽检混凝土芯样中氯离子含量在0.036%～0.045%之间，均未超过《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）（2015版）规定的三a类环境的限值0.15%。

2.7 外筒外立面损伤检测

现场采用飞行航拍器、红外热成像仪、望远镜、数码相机等相结合的方法对外筒外立面进行了检测，现场检测图片见图3～图6；其中红外热成像仪可以根据烟囱外筒表面的温度差来判断混凝土空鼓、开裂、脱落等现象。外筒外立面损伤检测结果表明：该烟囱外筒外立面存在多处混凝土剥落、钢筋锈蚀、钢筋锈胀和混凝土表层开裂等损伤，筒壁混凝土无其他大面积空鼓及破损现象。

图3 飞行航拍器损伤检查 图4 标高35m处外筒外立面钢筋锈蚀

图5 烟囱外筒中上部红外热像图 图6 烟囱外筒局部红外热像图

2.8 附属设施检查

该烟囱外筒上的爬梯、平台均完整、连接良好，基本无锈蚀现象；避雷装置、航空标志现状良好，烟道口有局部损伤但不影响正常使用。

3. 结构计算及损伤原因分析

3.1 计算参数

本次烟囱外筒承载力计算采用中国建筑科学研究院开发的PKPMV3.2，主要计算参数见表1。

表1

3.2 外筒承载力验算

经计算，该烟囱外筒内外侧竖向和环向钢筋均满足最小配筋率的要求，基本满足承载力验算要求。

3.3 损伤原因分析

该烟囱外筒外立面局部存在混凝土剥落、钢筋锈蚀、钢筋锈胀和混凝土表层开裂现象，主要原因为该烟囱位于海岸附近，距海岸约220m，属于近海大气环境，由于海水中富含大量的氯离子，夹杂氯离子的湿润空气以及盐雾常年侵袭烟囱混凝土外筒。由于氯离子是一种穿透力很强的腐蚀介质，当接触到钢筋表面时，会迅速破坏钢筋表面的钝化层从而引发钢筋锈蚀。该烟囱钢筋混凝土外筒已使用20多年，目前混凝土碳化深度已达设计保护层厚度的一半，氯离子在较长时间内从局部混凝土表面扩散到钢筋表面，在潮湿的空气、二氧化碳、氧气和氯离子的共同作用下，发生电化学反应，从而产生钢筋锈蚀，锈蚀物膨胀引起了混凝土表面沿锈蚀钢筋位置开裂破坏甚至出现混凝土剥落等现象；另一方面，沿海边的昼夜温差、日照、施工质量等因素对于外筒混凝土裂缝的产生和伸展起到了推进作用，同时也加剧了钢筋锈蚀这一过程。

4. 结构安全性鉴定及处理建议

4.1 结构安全性鉴定结论

参照《工业建筑可靠性鉴定标准》（GB 50144-2019）对该套筒式烟囱钢筋混凝土外筒进行安全性评定，按地基基础、筒壁及支撑结构、附属设施三个结构系统进行评定，评定结果见表2。

表2

4.2 处理建议

当前外筒存在的钢筋锈蚀等破损，会影响外筒结构的耐久性，针对局部保护层开裂、轻微钢筋锈蚀部位，建议凿除锈蚀钢筋周围酥松的混凝土，对钢筋进行除锈处理，并在构件表面涂覆防锈剂或其他隔离涂层，再外批高强度聚合物水泥砂浆处理；对于存在严重钢筋锈蚀、已严重削弱钢筋有效截面的部位，应采用同等规格钢筋进行焊接补强处理。

5. 结语

本文以某205m高套筒式烟囱钢筋混凝土外筒的结构安全性检测鉴定为例，按照有关国家标准要求规定，对套筒式烟囱钢筋外筒的检测内容及方法、结构安全性鉴定方面进行了探讨，并针对烟囱当前存在的损伤进行原因分析和提出处理建议。建于上世纪80、90年代的钢筋混凝土烟囱距今已有约30年，对于混凝土保护层的碳化、钢筋锈蚀、筒壁开裂等损伤，会影响烟囱主体结构承载力和耐久性，因此有必要对套筒式烟囱的钢筋混凝土外筒根据自身情况采取相应的检测方法及鉴定内容，并及时采取处理措施，确保烟囱自身、周边建筑物及人的生命财产安全。

【参考文献】

[1] GB50051-2013，烟囱设计规范[s]

[2] GB50078-2008，烟囱工程施工及验收规范[s]

[3] GB50144-2019，工业建筑可靠性鉴定标准[s]

【作者简介】胡字念（1989-），男，湖北人，工程师，硕士研究生，主要从事建筑工程检测与鉴定工作

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