历史建筑钢筋混凝土材料性能退化机理与承载力多尺度分析

王晓龙; 商怀帅; 解宗龙; 孟维广; 顾立龙; 徐少辉; 董培嵩

沈阳工业大学学报 ›› 2026, Vol. 48 ›› Issue (4) : 82 -90.

王晓龙, 商怀帅, 解宗龙, 孟维广, 顾立龙, 徐少辉, 董培嵩

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摘要

【目的】本研究旨在系统评估青岛地区历史建筑中钢筋混凝土材料的老化状况及其对结构承载力的影响。由于青岛地区历史建筑长期暴露于沿海高湿、高盐环境中，材料性能退化显著，对结构安全构成潜在威胁。研究聚焦于材料微观结构变化、力学性能衰减及其与宏观承载力间的关联，为科学保护与加固历史建筑提供理论依据和数据支持。【方法】研究选取青岛市三处典型历史建筑(北京路、黄岛路、平度路)作为对象，采用现场取样与实验室测试相结合的方式，开展宏观与微观两个层面的分析。宏观方面进行了混凝土抗压强度测试与钢筋拉伸试验；微观方面则利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析混凝土的微观结构与物相组成，并通过金相显微镜观察钢筋的微观组织。同时，基于ABAQUS软件建立梁、板构件有限元模型，模拟不同强度钢筋在多种位移条件下的荷载-位移响应，量化材料性能差异对构件承载力的影响。【结果】试验结果表明，部分建筑混凝土抗压强度显著降低，如平度路建筑柱体强度仅为8.8 MPa,远低于设计预期；钢筋锈蚀严重，部分样本屈服强度未达到现行HPB235级标准，且混凝土中氯离子含量高达0.56%～0.84%,远超规范限值。微观分析显示，混凝土碳化明显，孔隙率增大，C-S-H凝胶结构松散，钢筋中存在非金属杂质与不均匀微观组织。有限元模拟进一步揭示，历史钢筋的构件极限承载力显著低于现行HRB400级钢筋的构件，如在梁构件中承载力差距可达18～19 kN,证实了材料老化对结构安全具有实质性影响。【结论】本研究证实了材料老化与环境侵蚀是导致青岛地区历史建筑承载力下降的关键因素。模拟分析与试验结果表明，应重视历史建筑中钢筋实际强度的检测评估，并建议采用SEM、XRD、红外热成像等现代检测手段进行定期结构健康监测。研究强调，制定修复与加固策略时应结合材料实际性能与微观退化机理，实施针对性干预。该综合评估方法不仅为历史建筑的结构安全评估与维护提供了科学依据，也为相关保护政策与技术标准的完善提供了重要参考。