某混凝土結(jié)構(gòu)樓板凍害及處理分析

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(山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

山西省太原市位于我國北方地區(qū)，冬季溫度較低，晝夜溫差相差較小。冬季日最高氣溫約為5 ℃，夜最低氣溫約為-15 ℃。近年來，為確保市區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)量滿足相應(yīng)的環(huán)保要求，當?shù)卣块T要求一般的施工項目需在冬季停止施工。因此，多數(shù)施工單位為了趕工期，在相關(guān)文件要求的停工截止之日前迅速澆筑混凝土。在冬季養(yǎng)護期間，由于施工人員紛紛放假，致使混凝土的養(yǎng)護質(zhì)量得不到保障，最終導(dǎo)致最后澆筑的混凝土強度達不到設(shè)計要求，混凝土出現(xiàn)疏松、脫落等嚴重缺陷。

隨著抗凍混凝土的應(yīng)用，在冬季施工時如果采用抗凍混凝土，即使采用正常養(yǎng)護也可以使混凝土強度達到設(shè)計要求。但建筑市場中魚龍混雜，商品混凝土質(zhì)量參差不齊，同時施工單位的澆筑技術(shù)也相差很大，經(jīng)常導(dǎo)致在冬季施工時抗凍混凝土的強度達不到設(shè)計要求，從而產(chǎn)生一系列的安全隱患和施工質(zhì)量事故。本文對太原某工程冬季施工時一層樓板發(fā)生凍害事故的原因進行了分析，并提供相應(yīng)的加固處理方案。

1 工程概況

某住宅工程于2014年開工建設(shè)，2016年竣工驗收，為地下1層、地上8層建筑，結(jié)構(gòu)形式為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，該建筑的戶型均為復(fù)式。該樓1～2層的業(yè)主在進行裝修開鑿二層地面找平層時，發(fā)現(xiàn)一層頂板產(chǎn)生大面積裂縫，且開鑿處形成一個直徑約130 mm的洞口，輕觸洞口處的混凝土，混凝土隨即產(chǎn)生脫落，混凝土表面呈酥松狀。

查閱相關(guān)設(shè)計文件可知，該層樓板設(shè)計強度為C25，但現(xiàn)場鉆芯取樣得到的混凝土抗壓強度最低值為11 MPa，遠低于設(shè)計強度。此外，該層樓板撓度計算值為規(guī)范限值的2倍，板底已經(jīng)出現(xiàn)大量明顯裂縫。在對芯樣進行壓力試驗后，發(fā)現(xiàn)混凝土芯樣破壞時沿粗骨料與水泥漿的連接處開裂，粗骨料被壓壞的數(shù)量極少。輕輕敲擊試驗后的試件，試件內(nèi)的砂石呈粉末狀脫落。

經(jīng)過向施工單位了解情況，該層樓板于2014年11月中旬澆筑施工，該層樓板澆筑完成后即停工，并未采取有效的冬季施工措施和相應(yīng)的養(yǎng)護措施。2015年3月拆模后發(fā)現(xiàn)板底存在大量的裂縫，且樓板撓度出現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

2 混凝土凍害機理

自混凝土問世以來，就有研究人員開始研究混凝土的凍害原因，并根據(jù)凍害原因提出相應(yīng)的解決方案和預(yù)防措施。1945年，Powers T C等[1]開始對混凝土凍害的微觀因素進行研究，分析了混凝土拌合物內(nèi)部的孔隙水對孔隙壁的影響，并提出了兩套理論，即靜水壓理論和滲透壓理論。1970年之后，全球的很多研究人員對混凝土凍害的原因進行了分析，在總結(jié)前人的研究成果的基礎(chǔ)上，又產(chǎn)生了大量的研究理論與成果。但迄今為止，在研究領(lǐng)域中認可度較高的仍是Powers T C等[1]提出的靜水壓理論和滲透壓理論。

2.1 靜水壓理論

靜水壓理論主要是指在混凝土拌合物中存在大量的微小孔洞，當混凝土拌合物所處溫度較低時，拌合物內(nèi)微小孔洞中的水會結(jié)冰，水結(jié)冰后體積膨脹約10%，如果微小孔洞中的含水率超過90%，微小孔洞周圍的混凝土會受到水結(jié)冰體積膨脹的作用而脹裂，從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.2 滲透壓理論

滲透壓理論主要是指在混凝土拌合物硬化過程中產(chǎn)生大量的水化熱，從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生體積膨脹變形，混凝土中的孔洞受水化熱影響體積變大。待變形穩(wěn)定后，混凝土周圍溫度驟降，孔洞內(nèi)氣壓較低，孔洞內(nèi)水的冰點降低，使得混凝土內(nèi)部水分過早結(jié)冰?？锥粗械谋瓦^冷水受氣壓差的影響而使混凝土中的水分發(fā)生滲透遷移，當混凝土內(nèi)孔洞的抗拉強度小于滲透力時，會在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。

3 混凝土凍害的主要原因

混凝土發(fā)生凍害主要是由靜水壓和滲透壓作用所致，而在混凝土澆筑完成后發(fā)生凍害則是由商品混凝土攪拌站和施工單位共同造成的[2-7]。

3.1 商品混凝土攪拌站方面的原因

北方地區(qū)的多數(shù)工程項目在冬季會停止施工，商品混凝土攪拌站在冬季的工程業(yè)務(wù)量也較少，其在每年11月左右配制的混凝土并不是冬施混凝土，混凝土中添加的抗凍劑和外加劑的量較少。此外，商品混凝土攪拌站為降低商品混凝土的制作成本，其使用的抗凍劑往往是質(zhì)低價廉的抗凍劑，抗凍性能較差。

對該批次混凝土生產(chǎn)資料的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，商品混凝土攪拌站在配制混凝土時使用的配合比中并沒有抗凍劑，所配制的混凝土為常規(guī)的普通商品混凝土。經(jīng)查驗相應(yīng)的檢驗報告，該批次混凝土預(yù)留試塊在正常養(yǎng)護條件下的混凝土強度值達到C25的設(shè)計要求。

3.2 施工單位方面的原因

經(jīng)查閱施工單位提供的施工日志，在澆筑該層樓板混凝土時，商品混凝土攪拌站提供的混凝土存在輕微的離析，為滿足工期要求，施工單位使用了該批次混凝土?；炷翝仓戤?，在樓板頂面灑水養(yǎng)護3 d，之后施工單位相關(guān)人員陸續(xù)放假，直至來年3月開始對該層樓板進行拆模，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樓板存在裂縫、混凝土疏松的現(xiàn)象。施工單位立即對混凝土表面進行了修補，但并未進行有效的加固處理。

在上述兩種因素的綜合作用下，導(dǎo)致該層樓板出現(xiàn)了上述缺陷。

4 預(yù)防混凝土凍害的方法

為避免混凝土凍害現(xiàn)象的發(fā)生，減少質(zhì)量糾紛，商品混凝土攪拌站在進入冬期后應(yīng)立即對混凝土配合比進行變更，通過試配得到詳細的配合比，再投入生產(chǎn)應(yīng)用。由于冬季溫度較低，若混凝土的用水量較大，則混凝土拌合物發(fā)生凍害的概率和嚴重程度也會加大。因此，為了有效控制混凝土凍害，商品混凝土攪拌站應(yīng)盡可能減少混凝土拌合物中的用水量。商品混凝土攪拌站在選擇水泥品種時應(yīng)選用高活性水泥，水泥的活性越高，混凝土的抗凍性能則越好，同時混凝土早期強度的上升速度也快，可有效避免混凝土受凍害而影響其強度及其他性能。

混凝土澆筑完成后，施工單位應(yīng)立即對樓板混凝土進行冬施養(yǎng)護，以確?；炷恋脑缙趶姸冗_到設(shè)計要求。相關(guān)試驗表明，若混凝土的早期強度能達到設(shè)計要求，則后期養(yǎng)護條件對混凝土最終的抗壓強度影響較小。

據(jù)統(tǒng)計，我國北方地區(qū)在臨近冬期施工時，施工單位往往在澆筑完最后一批混凝土后則停工放假，由于對最后一批混凝土的養(yǎng)護不到位，導(dǎo)致混凝土受到凍害影響。因此，為確保混凝土不受凍害影響，混凝土強度達到相應(yīng)的設(shè)計要求，施工單位應(yīng)指派專人對臨近冬期最后一批澆筑的混凝土進行有效的養(yǎng)護，以確?；炷猎缙趶姸冗_到相關(guān)規(guī)范的要求。

5 加固處理方案

由于該層樓板混凝土的強度、厚度均不滿足設(shè)計要求，且嚴重超過相關(guān)驗收規(guī)范的偏差要求，板底混凝土表面存在大量的收縮變形裂縫，個別樓板撓度嚴重超限，因此需對混凝土樓板進行相應(yīng)的加固處理。

如果采用疊合板法對樓板進行加固處理，其施工速度快，加固成本相對較低，但會增加樓板的總厚度，降低了房間的凈高，影響建筑的使用功能。鑒于該層所有樓板混凝土均存在較為嚴重的凍害，為確保該層樓板能安全、正常使用，建議在進行加固處理時采用置換法進行加固。

(1)對所有受凍害影響的樓板混凝土予以鑿除，并使用高一個強度等級的混凝土對所有樓板進行澆筑施工。

(2)對于撓度變形嚴重超限的樓板，應(yīng)首先對樓板混凝土予以鑿除，支模處理時應(yīng)使用墊塊將樓板鋼筋網(wǎng)向上推。若鋼筋網(wǎng)出現(xiàn)嚴重變形，則樓板鋼筋也應(yīng)進行置換，將原樓板底部鋼筋在距離墻根部1 m左右切斷，再重新下料焊接，確保板底鋼筋變形量及保護層厚度滿足相關(guān)驗收規(guī)范的要求，然后再澆筑混凝土。

6 結(jié)語

混凝土冬期施工雖然不是一項新的施工方法和課題，但冬施后混凝土受凍害而引起的糾紛仍時有發(fā)生。本文就太原某小區(qū)混凝土樓板發(fā)生凍害事故的原因進行了分析，提出了預(yù)防措施及相應(yīng)的加固處理方案，以期引起商品混凝土攪拌站和施工單位的重視，避免此類事故的再次發(fā)生，確保企業(yè)和住戶的利益不受損害。