地下綜合管廊混凝土爆灰檢測及加固

鄭世奪 張鵬 李彥輝 蔣錄珍 安國旗

摘要：針對某市鋼筋混凝土地下綜合管廊的現澆頂板、側壁出現的混凝土爆灰質量缺陷，為確保管廊結構的安全使用，采用鉆心法、超聲波法、沸煮試驗、爆灰物質的化學成分分析等檢測方法，對爆灰現象進行了檢測。結果顯示，混凝土中存在的塊狀氧化鈣與水熟化后體積增大1倍～2.5倍，使得混凝土在強度未達到設計抗拉強度前在塊狀氧化鈣體積膨脹應力作用下被拉裂，導致了此類質量缺陷的發(fā)生。分析了質量缺陷對管廊結構的影響，并對管廊結構進行了加固設計及處理，滿足了結構的正常安全使用要求。研究結果可為類似爆灰缺陷的設計及處理提供參考。

關鍵詞：混凝土與鋼筋混凝土結構；生石灰；爆灰；檢測；加固

中圖分類號：TU990.3文獻標志碼：Adoi： 10.7535/hbgykj.2018yx03008

在民用建筑和工業(yè)建筑中，裝修抹灰施工廣泛采用含有石灰成分的砂漿，如石灰砂漿、水泥石灰混合砂漿、石灰麻刀（紙筋）灰漿等作為內墻或天棚的抹面材料。在實際施工中，經常會出現爆灰現象[1-3]，即在抹灰面施工完后或使用一個階段后，抹灰面出現一個個炸裂的小坑、鼓包或裂縫。一般裝修抹灰爆灰現象的出現只是影響建筑外觀，對結構整體承載力不造成影響。但若在混凝土原材料中混入少量的生石灰，在預拌混凝土澆筑后，生石灰與水反應，其體積急劇膨脹[4]，就可能對結構整體承載力和耐久性造成嚴重影響。因此，若在實際已建成工程中存在此類現象，則應引起高度重視。第3期鄭世奪，等：地下綜合管廊混凝土爆灰檢測及加固河北工業(yè)科技第35卷本文結合某市地下綜合管廊的現澆頂板、側壁出現的混凝土爆灰質量缺陷，查明了混凝土的爆灰原因，分析了質量缺陷對結構的影響。為保證結構安全，對管廊結構進行了加固設計及處理[5]。

1工程概況

某市地下綜合管廊為鋼筋混凝土單層結構，頂板、底板和側壁均為現澆鋼筋混凝土，管廊凈寬7.40 m，凈高3.60 m，共2個倉室，分別為給水管、中水管和熱力管管倉（標準斷面尺寸為4.80 m×3.60 m），電力、電信管倉（標準斷面尺寸為2.30 m×3.60 m）。該工程某區(qū)段長90 m，每30 m設有1道伸縮縫，在頂板、底板和側壁混凝土澆筑完成后，經過一段時間的養(yǎng)護，在頂板、側壁多處出現混凝土表面爆灰、鼓包、裂縫等質量缺陷，爆灰粒徑在3～10 mm，爆灰物質為淡白色粉末，爆灰面積及范圍分散不均勻、無規(guī)律。由于底板與頂板和側壁不屬于同一批混凝土，底板未出現爆灰現象。該地下綜合管廊斷面圖見圖1，側壁及頂板混凝土爆灰現狀見圖2、圖3。

2結構檢測情況

2.1外觀質量現狀普查

對該區(qū)段地下管廊現澆頂板、側壁出現的混凝土爆灰、裂縫[6-7]等質量缺陷進行統(tǒng)計，并按區(qū)域內單位面積爆灰點數量將損傷區(qū)域分類，見表1。

經現場普查，A-D跨側壁和頂板中共有D類損傷區(qū)域2個，C類損傷區(qū)域18個，B類損傷區(qū)域30個，無A類損傷區(qū)域。D-F跨側壁和頂板中共有D類損傷區(qū)域11個，C類損傷區(qū)域21個，B類損傷區(qū)域21個，無A類損傷區(qū)域。普查情況見表2、表3。側壁、頂板混凝土多處爆灰點由于灰白色塊狀物質膨脹作用而產生空鼓或爆灰，部分部位側壁

混凝土爆灰點處爆灰深度超過設計鋼筋保護層厚度。

在進行鉆芯取樣[8]的過程中，發(fā)現某些區(qū)域鉆取芯樣后的孔洞內在超過設計鋼筋保護層厚度后能看到明顯的裂縫，且鉆取的芯樣因裂縫的存在而損壞，見圖4。側壁部分區(qū)域在鉆取芯樣后的孔洞內部發(fā)現灰白色塊狀物質。鉆取的芯樣經加工后，放置幾天，部分芯樣因內部存在灰塊而爆裂，見圖5。

2.2混凝土內部缺陷超聲波檢測

對該區(qū)段混凝土爆灰情況采用超聲法檢測混凝土內部是否存在不密實、裂縫和孔洞現象，所測側壁兩側每部分分別布置測點不少于100個，測點間距為100 mm進行對測和斜測，測線不少于200條。經檢測，所檢混凝土側壁部分部位存在異常點[9]。

2.3混凝土強度檢測

對該區(qū)段地下管廊隨機抽取18個芯樣用于檢測現齡期混凝土強度[10]。經檢測，所檢區(qū)段現齡期混凝土強度滿足設計要求。

2.4沸煮試驗

對該區(qū)段地下管廊隨機抽取12個芯樣用于沸煮試驗[11]，用于沸煮試驗的芯樣，每2個芯樣在同一部位鉆取，并將芯樣加工成高徑比為1.0的試件。在用于沸煮的芯樣上，同時截取1個外觀無質量缺陷厚10 mm的薄片，用作沸煮薄片。

1）將薄片試件放入沸煮箱進行沸煮，對沸煮過的試件進行外觀檢查。

2）將同一部位鉆取的2個芯樣中的一個芯樣放入沸煮箱進行沸煮，對沸煮過的試件進行外觀檢查。將沸煮過的芯樣試件晾置3天，并與未進行沸煮的試件同時進行抗壓強度試驗。

3）沸煮時間及其他操作，按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行。

通過對沸煮過的薄片試件進行外觀檢查，沸煮過的薄片試件均未出現開裂、疏松或崩潰等現象，見圖6。

通過對沸煮過的芯樣試件進行外觀檢查，沸煮過的芯樣試件中1個出現開裂、1個出現崩潰現象，剩余4個均未出現開裂、疏松或崩潰等現象，從開裂和崩潰的芯樣中可以觀察到塊狀氧化鈣，見圖7和圖8。

為23.7%。依據《建筑結構檢測技術標準》[11]，綜合以上沸煮試驗情況，可判定游離氧化鈣對混凝土質量有潛在危害。

2.5粉末化學成分分析

對該區(qū)段地下管廊現澆頂板、側壁均勻抽取6個混凝土爆灰部位，在混凝土爆灰部位取不少于10 g粉末，對粉末化學成分進行分析[12]。粉末化學成分分析結果見表5。經化學分析得知，造成爆灰現象的灰白色塊狀物質粉末的主要成分為氧化鈣，同時燒失量較大。

3混凝土爆灰原因及其對結構的影響

根據檢測結果、試驗結果及有關規(guī)范，綜合分析認為，所檢區(qū)段綜合管廊側壁及頂板存在混凝土表面爆灰現象，主要是由于混凝土中存在的塊狀氧化鈣與水熟化膨脹導致；側壁混凝土內部存在裂縫，引起側壁混凝土裂縫的原因較復雜，從目前的檢測情況不能確定具體原因，但不排除裂縫與內部存在的塊狀氧化鈣有關。

地下綜合管廊側壁、頂板混凝土多處爆灰點和裂縫是由于灰白色塊狀物質膨脹作用而產生的，塊狀氧化鈣熟化后，體積將增大1倍～2.5倍，在混凝土強度未達到設計抗拉強度前，混凝土在塊狀氧化鈣體積膨脹應力作用下被拉裂。部分部位側壁混凝土爆灰點處的爆灰深度和裂縫的存在位置超過設計鋼筋保護層厚度，鋼筋要通過保護層把均勻力傳遞到混凝土中，由于保護層厚度不滿足設計要求，鋼筋不能充分受力，加之水和二氧化碳的大量入侵，導致鋼筋銹蝕，混凝土順著鋼筋開裂、剝落、分層，鋼筋-混凝土間黏結性能下降或喪失，削弱了結構的剛度和整體性。隨著鋼筋銹蝕的加劇，鋼筋有效截面積減小，鋼筋應力更加集中，在結構承受的荷載作用下，銹蝕鋼筋將會斷裂，結構本身的剛性、剪力強度、拉力強度、抗彎強度均會降低，并可能導致結構發(fā)生應力重分配，結構承載力下降，嚴重影響結構的耐久性和安全性。

4加固設計

4.1加固方案

加固方案[13-14]必須緊緊圍繞混凝土中存在的氧化鈣進行制定。如何阻斷氧化鈣和水相通、提高結構整體承載力和耐久性是制定加固方案的根本出發(fā)點。為使相關部分結構的加固做到技術可靠、安全適用、經濟合理，本工程擬采用的加固方案如表6所示。依據國家有關規(guī)范標準要求及工程的實際情況，經有關專家充分討論，對加固方案進行了優(yōu)化，盡量保留原結構，最終采用方案4進行加固。

序號加固方法優(yōu)缺點方案1拆除重建施工速度快，根治徹底，但社會影響大方案2側壁全部置換、頂板加厚500 mm置換斷面能根治徹底，增大截面能提高承載力，保證結構使用安全，但施工復雜、速度慢方案3側壁部分置換、頂板加厚500 mm方案4內壁置換、側壁及頂板加厚250 mm，內套鋼筋混凝土結構進行加固可提高結構整體承載力和耐久性，經濟合理，但施工較復雜方案5不加固，僅作表面處理施工速度快，社會影響小，但根治不徹底，需要觀察使用方案6內壁置換、側壁及頂板加高強鋼絲繩網片-聚合物砂漿加固高強鋼絲網片具有強度高、施工方便等優(yōu)點；聚合物砂漿具有良好的黏結性耐久性能。對混凝土構件裂縫的產生和發(fā)展有明顯的抑制作用，施工速度快，經濟。但處理不徹底，需定期維護

4.2內壁置換、側壁及頂板加固

4.2.1結構的安全等級

1）工程結構的安全等級為二級[15]。

2）結構抗震等級為三級[16-17]。

4.2.2工程自然條件

1）車輛荷載按照汽-超20[18]考慮，后軸壓力為2×140 kN。

2）地面超載為10 kN/m2。

3）側向土壓力采用主動土壓力計算。

4）本工程抗震設防類別為乙類[19]，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，第2組。

5）設計使用年限為50年。

6）結構構件裂縫控制等級為三級，結構構件應按荷載效應準永久組合并考慮長期作用影響進行結構構件裂縫驗算。二類環(huán)境混凝土構件的裂縫寬度（迎土面）應不大于0.2 mm，一類環(huán)境（非迎土面及內部）混凝土構件的裂縫寬度應不大于0.3 mm。

7） 結構構件耐火等級為二級，所有受力構件防火設計應滿足現行的《建筑設計防火規(guī)范》[20]有關規(guī)定。

8）結構防水等級為三級[21]。

4.2.3加固步驟

1） 在存在裂縫的側壁打灌漿孔，間距以300 mm×300 mm為宜，裂縫干燥后灌注以環(huán)氧樹脂為主劑的化學漿液。

2） D軸側壁按照圖紙要求測量放線，劃分批次（分4批）確定需要拆除的混凝土位置。

3） 拆除D軸側壁第1批次混凝土，見圖9。

4） 在側壁和頂板植筋，并綁扎鋼筋，見圖10、圖11。

5） 對原有混凝土表面鑿毛，涂刷界面劑，支模，澆筑第1批次混凝土。澆筑混凝土前應在新舊頂板之間布設環(huán)氧樹脂灌漿孔，以封閉新舊混凝土接合縫。

6） 混凝土養(yǎng)護，當混凝土強度達到25.0 MPa時，按照圖紙要求拆除第2批需要置換的混凝土。

7） 采用相同方法澆筑第2批混凝土，拆除并澆筑第3、第4批混凝土。

8） 對新舊頂板混凝土之間接合縫灌注環(huán)氧樹脂漿液。

5結語

地下綜合管廊側壁及頂板存在的混凝土表面爆灰現象，主要是由于混凝土中存在的塊狀氧化鈣與水熟化膨脹導致的。相關研究結論如下。

1）爆灰點處爆灰深度和裂縫存在位置超過設計鋼筋保護層厚度后，鋼筋要通過保護層把均勻力傳遞到混凝土中，而保護層厚度不滿足設計要求，則鋼筋不能充分受力，削弱了結構的剛度和整體性，并可能導致結構發(fā)生應力重分配，結構承載力下降。

2）為避免此類現象的發(fā)生，在以后的施工過程中應嚴格控制混凝土質量，嚴把人工、材料、機械的管理。此外，一旦發(fā)現存在此類工程質量問題，切不要故意隱瞞，諱疾忌醫(yī)，應引起高度重視，積極主動應對，分析原因，采取措施進行處理。此類質量問題發(fā)現得越早、處理得越及時，后期的危害性就越低。

該工程最終采用了方案4進行加固處理，提高了結構的承載力和耐久性，滿足了結構的正常安全使用要求，達到了預期效果。本研究可為類似工程提供參考。

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