商品混凝土爆裂事故原因排查、检测及处理

2017-05-09倪浩群NiHaoqun

住宅科技 2017年11期

■ 倪浩群 Ni Haoqun

0 引言

商品混凝土是由水泥、骨料、水、外加剂、矿物掺合料等成分按照一定比例计量、拌制后，在规定时间内运送到使用地点的混凝土拌合物。商品混凝土的质量是评定混凝土构件质量和构件结构性能的决定性因素。虽然商品混凝土具有质量稳定、技术先进等特点，但是在实际工作中，由于管理的不完善和不到位，有时会造成有质量缺陷的商品混凝土应用于建设工程，导致混凝土构件失效。下面以某在建高层住宅小区为例，对其商品混凝土表面出现的点状爆裂和剥落事故进行分析。

1 工程事故概况

上海某住宅小区由8幢（1～8#）18层高层住宅组成，结构形式为剪力墙结构，3层以上梁、板、剪力墙等构件的混凝土强度等级为C30。施工单位对2#房5层剪力墙构件进行拆模后，发现混凝土表面存在起皮、凸点和白色颗粒物现象，且分布不均匀。随着时间的延续，混凝土表面爆裂和剥落现象呈现增多的趋势。

2 工程现状调查

为判定该批次商品混凝土的爆裂原因，分析爆裂现象对2#楼整体结构性能的影响，建设、设计、监理、施工、检测及混凝土搅拌站等各参建单位成立联合调查组，并邀请有关专家进行咨询指导，积极开展检查、分析、处理工作。

经调查，该项目2#楼5层墙柱梁板等混凝土的浇筑日期为12月3日6：20～13：30，共计方量272m3，采用泵送方式输送，浇捣、养护均按规范要求操作，且按规定制作3组标养混凝土试件。12月6日拆除剪力墙模板，发现多处混凝土表面鼓包、崩裂现象，并且在混凝土崩裂处，发现内部存在白色块状或粉状物质（图1）。12月15日拆除部分梁板构件的模板，发现上述现象同样存在于梁板构件中。

另调查发现，该项目8#楼6层墙柱梁板等混凝土的浇筑日期也为12月3日，共计方量137m3，同样使用了该批次的商品混凝土，但拆除剪力墙模板后，基本未发现异常情况。

3 事故原因排查

为分析该批次商品混凝土的爆裂原因，联合调查组赴混凝土搅拌站进行调查取证。根据混凝土搅拌站提供的质保资料显示，该批次商品混凝土所用的原材料进场后由质检人员对其相关性能进行了检测，检测报告未出现不合格的情况；查阅该混凝土搅拌站原材料运输的存档资料，也未发现相关违规的情况。

联合调查组扩大调查范围，通过对送货船只和货运人员的排查，发现货运船只在运输该批次商品混凝土所用水泥的散装水泥之前曾装运过生石灰。货运人员在运输水泥之前曾私自承接运输生石灰的生意，但因清仓不彻底导致部分仓底（该船共计10个仓）留存少量的石灰残余，从而导致商品混凝土所用的水泥中混入生石灰小颗粒。

4 爆裂物质检测

为了验证现场调查结果，联合调查组委托检测机构对混凝土构件表面异常爆裂点的内部白色物质进行化学分析和DSC（差示扫描量热法）分析检测。在现场检测取样过程中，考虑浇筑部位、浇筑时间及空间分布等因素，进行均匀布点，同时，对于混凝土局部表面异常区域重点取样。

图1 2#楼5层剪力墙混凝土照片

化学分析结果显示，爆裂组份的主要成分为CaO。同时，DSC分析结果表明，该物质为CaO的水化产物Ca(OH)2（图2、3）。综合两种分析结果推断，该爆裂组份由生石灰水化后形成，其化学公式为：CaO + H2O =Ca(OH)2。

根据混凝土构件表面异常爆裂点内部白色物质的检测结果，与现场排查结果相吻合，可判定该物质为CaO。

5 工程事故处理

针对现场排查情况和爆裂点物质的检测结论，结合相关专家的咨询意见，决定对2#楼5层墙柱梁板等混凝土构件实施拆除，重新浇捣混凝土构件，确保不留安全隐患。

5.1 拆除顺序

混凝土构件拆除顺序：先上后下，先内后外，先楼板后剪力墙。首先进行楼板自东向西方向的机械破碎，然后利用人工将建筑垃圾及时清运，待楼板混凝土全部割除后再对梁进行拆除，最后利用切割机械进行混凝土剪力墙的切除工作，并用塔吊及时将切割的混凝土板块进行清运（图3）。

图2 白色特殊物质的DSC分析结果

图3 2#房5层混凝土构件拆除照片

5.2 拆除要求

剪力墙构造边缘构件切割时必须留置1m高度，凿除原有的混凝土，保留原纵向受力钢筋，后续纵向钢筋接头连接区段的长度为35d（d为钢筋直径），且不应小于500mm。同时，应满足在同一连接区段的纵向受力钢筋接头面积百分率不超过50%。对在剔凿过程中破坏的纵向钢筋，应进行切除并增补同规格同牌号钢筋，增补钢筋采用植筋处理，并做好相应的拉拔试验（图4）。

6 混凝土体积安定性检测

因8#楼6层墙柱梁板混凝土拆模后表面未发现异常，故未涉及暂缓施工，施工单位仍按照正常施工流程和程序进行。但随着时间的延续，8#楼6层墙柱梁板混凝土表面开始断断续续出现零星鼓包和小爆点（图5），而施工进度已达到主体结构11层。由于f-CaO水化作用缓慢，且水化后其体积膨胀约1倍，因此，混凝土中若存在过多的f-CaO会导致混凝土体积安定性不良[1]。

若参照2#楼采取置换混凝土的处理方法，虽然能彻底解决混凝土质量问题，但从技术和安全角度分析，存在一定的施工风险；且从进度和成本角度分析，又存在工期延误和费用大幅增加的情况。联合调查组根据现场实际状况，决定先委托某大学材料研究实验室对8#楼有疑虑的混凝土实施检测（主要通过沸煮法与膨胀应力法综合分析鉴定混凝土体积安定性），再根据鉴定报告采取处理措施。

6.1 现场检测取样

考虑不同的浇筑部位、浇筑时间及空间分布等因素，取样均匀布点，同时，对于混凝土局部表面异常区域重点取样。取样类别为：φ50mm×200mm芯样、φ10mm×100mm芯样及用于化学分析和微观分析的砂浆试样。

图4 2#楼5层混凝土构件钢筋绑扎照片

6.2 混凝土内部游离氧化钙分布分析

钻芯试样破型后，观察其内部结构，发现此问题混凝土中的CaO分布存在细观不均匀和宏观不均匀的双重特性：即在指定面积的混凝土内部，CaO的分布呈结团现象，而不是均匀分布；宏观上，特定几组构件中的CaO含量略高。将数据绘制成柱状图（图6）可知，混凝土内部f-CaO的体积百分比集中在0%～0.2%，部分试样仍存在CaO。

6.3 沸煮条件下游离氧化钙对混凝土性能的影响

将受检混凝土芯样沸煮12h，促使混凝土中的f-CaO快速水化，然后对比沸煮前后体积膨胀情况及表面裂纹情况，进行超声波检测，观察其声速变化值，推测内部裂纹情况；并对比沸煮前后混凝土芯样的劈裂抗拉强度，来评定体积安定性[2]。

图5 8#楼6层剪力墙混凝土照片

图6 CaO在混凝土中的体积百分比

检测结果表明，混凝土无宏观裂缝，且超声波声速基本相同，对于结构安全性不会产生显著影响（表1）。

6.4 从膨胀应力角度分析混凝土安全性

（1）采用甘油酒精法和DSC法定量分析混凝土中f-CaO含量。

（2）根据公式（1）进行计算：

式中，σ—f-CaO水化产生的膨胀应力（MPa）；

X—混凝土中残存f-CaO的百分含量。

（3）根据测定芯样劈裂抗拉强度获得混凝土抗拉强度。

（4）依据公式（2）进行混凝土体积安定性的评定。

式中，ft—混凝土抗拉强度（MPa）；

s—膨胀应力方差（MPa）。

检测结果表明，混凝土抗拉强度＞残存f-CaO水化所产生的体积膨胀应力，混凝土体积安定性良好（表2）。

6.5 处理措施

根据现场混凝土表面爆点勘测结果和钻芯取样的混凝土内部f-CaO分布结果，表明混入混凝土的生石灰大部分已水化为Ca(OH)2；根据沸煮法与膨胀应力法的检测结果，混凝土安定性合格。

联合调查组一致认为，8#楼6层墙柱梁板混凝土无需进行置换，但为了保证工程结构的耐久性，特采取如下措施：①清除混凝土表面的起皮、凸点，并抠除石灰点；②在混凝土表面涂刷2道水泥渗透性结晶，对混凝土表面进行封闭处理。

表1 沸煮前后混凝土试样的性能变化

表2 膨胀应力法评定结果

7 评定结果探讨

采用上述方法对混凝土体积安定性进行论证，用具有代表性的完整数据通过理论计算而得出的结论，具有一定的理论依据。但笔者认为，混凝土体积安定性仅代表混凝土在非受力环境下的发展情况，在混凝土结构受到设计极限荷载时，因C30混凝土轴心抗拉强度标准值ftk=2.01MPa，根据实际测得的混凝土抗拉强度结果，部分混凝土构件在受到内部膨胀应力与混凝土轴心抗拉强度标准值最不利组合共同作用的情况下，存在ft＜ftk+σ的情况。由于混凝土抗拉强度与抗压强度存在一定比例关系，因此，该批混凝土是否能达到原结构设计荷载标准还需进一步鉴定。

在确定体积安定性合格的基础上，应结合《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344—2004）附录B中“f-CaO对混凝土质量影响的检测”的方法，进行芯样试件抗压强度检测。当出现芯样试件强度变化百分率平均值＞30%，或有一组芯样试件强度＜混凝土强度设计值时，则判定f-CaO对混凝土有质量影响。设计单位应根据实测结果，对结构受力重新进行验算，采取相应加固补强措施或在规范允许情况下降低使用荷载标准值，以此达到结构安全使用的目的。