某舊城改造項(xiàng)目混凝土表層剝落原因及處理措施分析

傅國平，汪颯紅 （銅陵市建筑工程管理局，安徽 銅陵 244000）

1 項(xiàng)目概況

某舊城改造項(xiàng)目A#樓、B#樓工程總建筑面積51495.44m2。其中A#樓建筑高度為95m，地下2層，地上主體34層，附屬裙房3層，地上建筑面積為19907.68m2；B#樓建筑高度為99.4m，地下2層，地上主體34層，附屬裙房2層，地上建筑面積為31587.76m2。主體為住宅用房，剪力墻結(jié)構(gòu)；附屬裙房為商業(yè)用房，框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度，剪力墻的抗震等級為二級，裙房框架的抗震等級為三級。該項(xiàng)目2017年3月開工建設(shè)，整體現(xiàn)澆，混凝土拌合物由某商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)提供。2019年12月完成竣工驗(yàn)收，2020年3月交付使用。2020年7月開始出現(xiàn)混凝土構(gòu)件表層剝落、起鼓現(xiàn)象。

2 鑒定方案

初步調(diào)查觀測到，混凝土表層剝落、起鼓缺陷的樓層集中在10#樓第29～34層、11#樓16層?xùn)|單元、21～27層和第28～29層西單元范圍內(nèi)?；炷翗?gòu)件表面存在數(shù)量較多、不同程度的點(diǎn)狀表層剝落、起鼓缺陷（見圖1），缺陷呈無規(guī)律分散分布?；炷羷兟浜髣兟涮幰话愠尸F(xiàn)凹坑狀，凹坑中心有黑褐色渣狀骨料，剝落的混凝土大小不一、近似錐體塊體（見圖2），最大剝落面積約170 mm×170mm，凹坑深度在2mm～40mm之間。剝落的錐體塊體頂點(diǎn)為黑褐色渣狀骨料，渣狀骨料呈松散、多孔形態(tài)；起鼓處輕觸或敲擊后表層混凝土即剝落，露出黑褐色骨料形態(tài)同已發(fā)生剝落的錐體塊體頂點(diǎn)。這些樓層混凝土澆筑時(shí)間為從2018年10月14日至2019年1月18日的約3個(gè)月內(nèi)。通過以上情況分析，高度懷疑混凝土表層剝落、起鼓缺陷由混凝土中摻有有害渣狀骨料（膨脹物質(zhì)），有害的渣狀骨料黑褐色渣狀骨料于混凝土硬化后體積膨脹，致有黑褐色渣狀骨料混凝土表層剝落、起鼓；黑褐色渣狀骨料的粒徑大小不一致剝落后的凹坑面積大小不一；黑褐色渣狀骨料的位置確定了凹坑深度在；凹坑或剝落的塊體呈錐體，是因?yàn)橛苫炷帘韺蛹霸鼱罟橇纤诘捻旤c(diǎn)，黑褐色渣狀骨料周圍混凝土對其約束逐漸增大，約束最大處為錐體頂點(diǎn)，約束最小處為錐體底面（即混凝土表面）。

圖1 剪力混凝土剝落后的錐形凹坑

圖2 剝落的混凝土塊體

為進(jìn)一步了解混凝土剝落、起鼓損傷現(xiàn)狀，分析混凝土剝落、起鼓原因，確定有害物質(zhì)的成分和含量，分析剝落、起鼓損傷和有害物質(zhì)對結(jié)構(gòu)長期性能的影響，我們委托安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測站和中冶檢測認(rèn)證有限公司等單位進(jìn)行了有缺陷樓層檢測和工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀可靠性鑒定及長期性能評價(jià)。檢測機(jī)構(gòu)根據(jù)委托要求開展以下工作。

①調(diào)查與檢測：a.圖紙資料調(diào)查，獲取房屋結(jié)構(gòu)及混凝土材料的相關(guān)信息；b.使用條件和環(huán)境調(diào)查；c.結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查與檢測，對委托鑒定樓層范圍內(nèi)混凝土構(gòu)件的剝落、起鼓現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，對典型剝落、起鼓損傷特征進(jìn)行檢測。

②混凝土現(xiàn)狀性能試驗(yàn)：根據(jù)劃分的檢驗(yàn)批進(jìn)行現(xiàn)場鉆芯取樣，針對不同檢驗(yàn)批選取有代表性的芯樣進(jìn)行破拆及骨料分離、分類，對骨料進(jìn)行巖礦鑒定，并對異常骨料進(jìn)行微觀試驗(yàn)，分析混凝土構(gòu)件的爆裂損傷原因；檢測構(gòu)件混凝土強(qiáng)度。

③結(jié)構(gòu)計(jì)算分析：采用PKPM軟件建立三維模型，進(jìn)行復(fù)核計(jì)算分析。

④現(xiàn)狀可靠性鑒定：按照有關(guān)規(guī)范對有缺陷樓層的現(xiàn)狀進(jìn)行可靠性鑒定評級。

⑤混凝土長期性能試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)長期性能評價(jià)：通過對骨料中有害物質(zhì)的潛在危害性試驗(yàn)、膨脹源含量檢驗(yàn)及骨料的體積穩(wěn)定性試驗(yàn)，判定膨脹源對混凝土質(zhì)量是否具有潛在危害，并采用PK?PM軟件按照實(shí)測的有害物質(zhì)替代率和膨脹率對結(jié)構(gòu)整體膨脹效應(yīng)進(jìn)行整體膨脹效應(yīng)宏觀分析計(jì)算和局部膨脹效應(yīng)的有限元分析計(jì)算，對結(jié)構(gòu)長期性能進(jìn)行評價(jià)。

⑥提出鑒定結(jié)論。

3 鑒定結(jié)論[1]

3.1 結(jié)構(gòu)損傷原因

通過對現(xiàn)場混凝土中未剝落、起鼓處水泥石和剝落、起鼓處膨脹物質(zhì)進(jìn)行取樣，進(jìn)行化學(xué)成分分析、物質(zhì)組成分析以及熱重分析可知：已膨脹的膨脹物質(zhì)主要成分為氫氧化鈣（Ca（OH）2）、碳酸鈣（CaCO3）、鐵酸鈣（CaO·Fe2O3）與未反應(yīng)的氧化鈣和少量二氧化錳。結(jié)合已膨脹的膨脹物質(zhì)定量礦物分析和熱重分析結(jié)果，膨脹物質(zhì)中含有過燒氧化鈣（生石灰），過燒氧化鈣同時(shí)也被膨脹物中的其他物質(zhì)包覆，過燒氧化鈣的消化速度及被其他物質(zhì)包覆導(dǎo)致其在混凝土硬化后消化并體積膨脹。膨脹物質(zhì)主要化學(xué)組成成分（Ca、Fe、Mn及Mg）與鋼渣特征RO相（由Fe、Mn、Ca等金屬氧化物形成的連續(xù)固溶體）化學(xué)成分相符，符合鋼渣水化產(chǎn)物成分特征。芯樣的破拆結(jié)果表明，膨脹物質(zhì)即為混凝土中的渣狀骨料，根據(jù)渣狀骨料的巖礦鑒定、微觀試驗(yàn)分析及氧化鈣的含量檢驗(yàn)結(jié)果可知：

①混凝土中含有的黑褐色渣狀骨料為非天然巖石制備的粗骨料，不具有天然巖石的巖性表現(xiàn)，與天然巖石種類不符。其物質(zhì)組成及相對含量與鋼渣的一般成分及相對含量相近。該骨料的含量為5.12%～6.92%。

②渣狀骨料中含有過燒氧化鈣，過燒氧化鈣于混凝土硬化后與混凝土中的水組分和環(huán)境中的水（遷移至膨脹物處）一起消化發(fā)生體積膨脹是導(dǎo)致混凝土表層出現(xiàn)剝落、起鼓的直接原因。

3.2 現(xiàn)狀可靠性鑒定

A#樓、B#樓鑒定樓層的現(xiàn)狀可靠性等級評定結(jié)果：A#樓第30層、31層為B級，第29層、32層、33層、34層為C級；B#樓第16層（東單元）、21層、22層、23層、25層、26層、28層（西單元）為B級，第24層、27層、29層（西單元）為C級。

現(xiàn)狀可靠性不滿足A級標(biāo)準(zhǔn)的主要原因是部分混凝土構(gòu)件表面存在不同程度的剝落、起鼓缺陷。

①構(gòu)件的安全性等級按承載力、構(gòu)造以及不適于承載的位移（或變形）和裂縫（或其他損傷）四個(gè)檢查項(xiàng)目評定。因部分構(gòu)件存在剝落、起鼓缺陷，其安全性不滿足au級要求。

②構(gòu)件的使用性等級按位移（變形）、裂縫、缺陷和損傷等四個(gè)檢查項(xiàng)目評定。因部分構(gòu)件存在剝落、起鼓缺陷，其使用性不滿足as級要求。

③樓層中存在安全性和使用性不滿足要求的構(gòu)件，致其可靠性不滿足A級標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對現(xiàn)狀存在損傷的構(gòu)件進(jìn)行處理。

3.3 長期性能評價(jià)

①針對膨脹源膨脹效應(yīng)的長期影響分別進(jìn)行了整體膨脹效應(yīng)的宏觀分析和局部效應(yīng)的精細(xì)化分析：

a.按照實(shí)測的渣狀骨料替代率和偏保守的膨脹率進(jìn)行膨脹效應(yīng)的整體影響分析，在局部損傷全部修復(fù)的前提下，混凝土中膨脹源的整體膨脹效應(yīng)應(yīng)對結(jié)構(gòu)整體安全無顯著影響；b.局部膨脹效應(yīng)的精細(xì)化分析表明，渣狀骨料的體積膨脹會(huì)造成混凝土的剝落、起鼓局部損傷破壞，不同粒徑的渣狀骨料在不同深度范圍內(nèi)的影響有所不同。渣狀骨料粒徑越小，距離混凝土表面深度越大，影響越小，按渣狀骨料的最大粒徑考慮，當(dāng)深度超過5cm時(shí)，不考慮混凝土強(qiáng)度的局部離散性，膨脹力導(dǎo)致的表面裂縫寬度已經(jīng)在可接受的范圍內(nèi)。

②局部膨脹效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生剝落、起鼓損傷，尚未發(fā)生膨脹的渣狀骨料仍存在膨脹破壞的風(fēng)險(xiǎn)；已經(jīng)存在現(xiàn)狀損傷的構(gòu)件，隨著渣狀骨料中氧化鈣消化的發(fā)展，構(gòu)件存在損傷點(diǎn)數(shù)量增加、剝落深度增大、可靠性等級隨之降低的可能，應(yīng)采取有效措施防止局部效應(yīng)對整體安全性的影響。

綜上，應(yīng)對存在損傷的構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)，防止局部效應(yīng)對整體安全性的不利影響。在局部損傷全部修復(fù)的前提下，混凝土中膨脹源的整體膨脹效應(yīng)應(yīng)對結(jié)構(gòu)整體安全無顯著影響，結(jié)構(gòu)整體安全基本滿足要求。

4 處理措施和維修效果

根據(jù)鑒定建議制定維修方案，組織專家對方案進(jìn)行專家論證[2]。委托有經(jīng)驗(yàn)的施工單位進(jìn)行維修處理。排查建筑物室內(nèi)、公共區(qū)域和外墻所有部位及混凝土構(gòu)件。對于室內(nèi)、公共區(qū)域及無保溫外墻部位，全部剝落、起鼓缺陷點(diǎn)均應(yīng)進(jìn)行維修處理；對于室內(nèi)已裝修樓面及衛(wèi)生間、廚房等部位，如發(fā)現(xiàn)因剝落、起鼓缺陷引起瓷磚等裝飾層開裂、變形等現(xiàn)象，也應(yīng)進(jìn)行維修處理；對于有保溫剪力墻外墻，應(yīng)定期對外墻保溫工作情況進(jìn)行檢查，待室內(nèi)剝落、起鼓缺陷情況基本不再出現(xiàn)后，再對外墻爆裂情況進(jìn)行維修處理。

4.1 處理措施

4.1.1 修補(bǔ)材料

修補(bǔ)材料采用高性能水泥復(fù)合砂漿和水泥基灌漿料進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)材料強(qiáng)度等級應(yīng)比修補(bǔ)處原結(jié)構(gòu)構(gòu)件中混凝土強(qiáng)度等級提高一級，且不得低于M30或C30。其強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)符合維修方案要求。根據(jù)現(xiàn)場損傷點(diǎn)深度，選擇不同修補(bǔ)材料修補(bǔ)：

①剝落、起鼓缺陷深度小于40mm采用混凝土結(jié)構(gòu)加固用的高性能水泥復(fù)合砂漿修補(bǔ)；

②剝落、起鼓缺陷深度大于40mm采用結(jié)構(gòu)加固用水泥基灌漿料進(jìn)行修補(bǔ)。

結(jié)構(gòu)界面膠應(yīng)選用改性環(huán)氧類界面膠，其性能應(yīng)符合維修方案要求。

4.1.2 施工要點(diǎn)

①應(yīng)組織固定專業(yè)維修人員，對現(xiàn)場存在剝落、起鼓缺陷現(xiàn)象的樓層進(jìn)行定期檢查，發(fā)現(xiàn)剝落、起鼓缺陷現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行維修處理，并制定詳細(xì)維修方案。

②對存在問題的樓層混凝土構(gòu)件進(jìn)行灑水噴霧，使存在于結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面的有害物質(zhì)完全消化、充分暴露。

③將已出現(xiàn)剝落、起鼓缺陷部位脫落混凝土清除干凈，鑿除爆裂、鼓包點(diǎn)處黑褐色有害物質(zhì)。鑿除范圍應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大，確保該點(diǎn)有害物質(zhì)被完全清除，并洗除點(diǎn)位內(nèi)浮灰等。

④在需修復(fù)結(jié)構(gòu)表面均勻涂刷混凝土結(jié)構(gòu)界面膠。

⑤根據(jù)所選界面膠使用時(shí)間，及時(shí)采用修補(bǔ)材料按要求對損傷部位修復(fù)至原結(jié)構(gòu)面。修補(bǔ)砂漿和灌漿料應(yīng)抹壓、澆筑密實(shí)，粘結(jié)牢固（見圖3）。

圖3 現(xiàn)場維修

⑥混凝土構(gòu)件修復(fù)完畢后，應(yīng)按施工方案及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

4.1.3 驗(yàn)收要求

①原構(gòu)件混凝土表層不得有剝落、酥松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，表面不得有浮漿、浮塵和油污，界面膠無漏刷或剝落現(xiàn)象。

②加固施工用復(fù)合砂漿和灌漿料應(yīng)經(jīng)檢測合格，其強(qiáng)度等級應(yīng)符合維修方案要求。

③修補(bǔ)達(dá)到齡期后，應(yīng)對結(jié)合面的牢固性進(jìn)行檢驗(yàn)。

④修補(bǔ)施工質(zhì)量驗(yàn)收可按混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。

4.2 維修效果

經(jīng)過近一年的觀察，在維修過的墻面、頂棚等部位未發(fā)現(xiàn)新的剝落、起鼓缺陷。

5 結(jié)語

①混凝土剝落、起鼓缺陷在建筑工程實(shí)踐中比較少見，需要認(rèn)真對待。應(yīng)仔細(xì)查找混凝土剝落、起鼓缺陷原因，確定構(gòu)件中有害物質(zhì)的成分和有害物質(zhì)的含量，進(jìn)行結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀可靠性鑒定，分析剝落、起鼓缺陷損傷和有害物質(zhì)對結(jié)構(gòu)長期性能的影響，保證建筑物安全性。

②商品混凝土企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)自身質(zhì)保體系建設(shè)，嚴(yán)格技術(shù)和原材料的管理，混凝土所用水泥、骨料、拌和用水、外加劑和礦物摻合料等符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，并應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。嚴(yán)禁添加鋼渣等材料作為骨料使用。

③本工程采用的處理措施可有效修復(fù)已經(jīng)存在的構(gòu)件損傷，但構(gòu)件混凝土中尚可能存在未發(fā)生反應(yīng)的有害物質(zhì)，仍有膨脹破壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此應(yīng)對該工程進(jìn)行常年定期檢查，如發(fā)現(xiàn)新的剝落、起鼓缺陷，應(yīng)按維修方案及時(shí)修復(fù)。