混凝土冻害事故分析与处理

钢筋混凝土冻害事故分析与处理陕西恒源矿业公司浸出过滤车间厂房，2006年建设时主体部分冬季在结构施工期间，由于缺乏冬期施工措施，致使屋面结构大面积严重冻损，后经加固处理，取得了良好的结果。一、工程概况该工程总面积1620m2，全部为现浇钢筋混凝土梁、板、柱框架结构。1月份浇灌屋面混凝土，采用矿渣硅酸盐水泥，骨料为河砂、卵石，施工使用钢模板。浇灌混凝土当日气温为5℃左右，下午因大风气温降至－5℃以下。操作中途振捣器损坏，仍继续施工，完工后也未进行保温养护。因为急于归还模板，在低温情况下，提前拆模。拆模时即发现板反面呈麻面状，但未引起注意。春节后检查，发现板面剥落，裂缝很多。二、钢筋混凝土冻害分析现场检查混凝土有以下冻害现象：1.板面剥落。板面剥落正反两面都存在。板反面覆盖着一层白色的钙化物，用手擦时表层呈粉状脱落并形成麻面。板正面疏松，用木板刮时表层剥落，露出的石子稍加晃动即脱离。混凝土剥落的原因可能是混凝土硬化初期，了由于振捣和抹平，在板表面形成了含水泥量较多的不透水致密层；另一方面固体颗粒下沉挤密和混凝土硬化收缩后产生泌水，泌出的水由于温度低，不易被蒸发而积存在表层的下边，形成局部多孔体。如果气温下降，则多孔质部分的自由水结冰冻胀，从下向上推挤表层，从而使板面剥落。剥落使板的有效厚度减小，刚度降低，其次板面密实性差，易渗漏水造成板内钢筋锈蚀，影响结构的耐久性。2.混凝土强度降低。用回弹仪进行普遍检测，混凝土强度等级大部在C10~C13之间，个别较差部位低于C6。对回弹仪测定强度等级低于C8部位凿取块体试压，强度等级低于C6，其它部位凿取块体试压，强度等级约为C10，表明混凝土强度普遍低于设计强度等级C18。观察混凝土内部时发现，在强度等级比较低的部位，混凝土骨料砾石表面有明显的结冰痕迹，敲击易碎，且与钢筋几乎没有粘结力。其它部位虽未见明显结冰痕迹，但混凝土内部多孔隙，且较大，说明混凝土水灰比过大。另一方面搅拌振捣也比较马虎。混凝土强度降低的原因是混凝土硬化过程中，水和水泥矿物的化学反应随水的活性下降而减弱，但水的活性又随温度的变化而改变，水结冰，水化反应停止。水的冰点温度为0℃，但混凝土混合物中的水总是要溶解一些其它物质，因此水的冰点温度低于0℃，约为－1℃。在低温环境中浇灌混凝土，由于混凝土在硬化前冻结，所以水化反应很弱，同时新生成的水化物初始结构强度也低，不足以抵抗冻胀力，因而使混凝土内部结构遭到破坏。随着温度回升，混凝土中水化反应又恢复，结构强度不断提高，抗冻融能力也增强，但终因混凝土初始阶段强度已遭损伤而使强度下降。如果混凝土中水灰比过大，搅拌不匀，振捣不土中孔隙和自由水增加，混凝土混合物中水的冰点温度会相应提高，故易遭到反复冻融，导致内部结构不断损伤，此时混凝土抗拉强度和与钢筋的粘结强度也会大大降低，混凝土变得疏松易碎。3.裂缝情况。由于收缩和冻胀，板面不规则的网状龟裂较多。比较大的裂缝分布如图7-14-1所示，缝宽为0.l~0.5mm。贯通的裂缝所在板反面覆盖着一层白色的矿物质，略呈咸味。板面混凝土硬化收缩和温度变化引起的收缩，受到楼面结构梁、柱和板相互约束产生的应力，当混凝土抗拉强度低于收缩应力时，便产生了裂缝。由于水沿贯通性的裂缝渗流，混凝土中的矿物盐溶解于水并渗流到板反面凝固，从而沿缝形成一层白色的矿物盐。裂缝缝宽0.l~0.2mm，可能是因混凝土强度不高时拆模，在自重作用下，板受拆模时冲击震动引起冲剪和剪弯荷载而产生裂缝。在柱端头约500mm范围也有0.2~0.4mm宽的裂缝。柱端头裂缝是混凝土在强度很低的情况下，受拆模的敲打冲击引起的崩裂。三、冻害事故处理根据现场冻害事故的检查分析，讨论处理方案：（1）全部凿除屋面混凝土重新浇筑。（2）对屋面板增加叠合层加固，梁用三面围套现浇钢筋混凝土加固。最后考虑施工工期、经济损失等因素，又经反复计算讨论后，对板用增加板面整体刚度，提高板面防水能力的方法处理；对梁用预应力下撑式拉筋部分补强等综合治理方法处理。具体作法如下：1.梁的补强加固。由于混凝土内部损伤，强度下降，加之板面处理又要增加屋面荷重，所以梁的承载力不足，需进行补强加固。加固方案按混凝土强度等级为C10。梁内配筋是按允许弯矩为140.0kN·m，允许剪力为115kN制定的。经计算选用2Φ20下撑式预应力拉筋，悬挑端选用2Φ12预应力拉筋，详见图7-14-4。加固后除剪力稍大一点外，其它部位的弯矩和剪力均能满足要求，梁的承载力明显提高。2.裂缝处理。对宽度大于0.2mm的缝，先凿出V形槽，然后用清水洗净，刷两遍素水泥灰浆，再用环氧树脂水泥砂浆分两次压人缝隙并填平。施工应在气温较低的早晨和晚上进行。3.板面处理。凡强度等级低于C8的混凝土全部凿除，板面一律凿毛并清除松散剥落的面层，用清水冲洗干净，刷两遍素水泥灰浆。板正面现浇一层40mm厚、强度等级为C23的细石混凝土，内配￠4@150钢丝网，边浇捣边抹平，养护不少于7昼夜。板反面用20mm厚1：2水泥砂浆（内掺5%水泥重量的防水剂）分两遍压光抹平。采用上述作法可提高屋面板的整体刚度，增强板的防水密实性，保护钢筋不被锈蚀。该工程冻害屋面结构经处理后，投入使用近3年，未发现结构有任何异常，跟踪检查表明加固处理效果良好，说明板的加固措施合理。梁采用预应力下撑式拉筋部分补强，提高了冻损后梁的承载力，施工简便，费用低，对施工工期影响很小。2009年10月30日