■ 倪浩群 Ni Haoqun

0 引言

商品混凝土是由水泥、骨料、水、外加劑、礦物摻合料等成分按照一定比例計(jì)量、拌制后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)送到使用地點(diǎn)的混凝土拌合物。商品混凝土的質(zhì)量是評(píng)定混凝土構(gòu)件質(zhì)量和構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能的決定性因素。雖然商品混凝土具有質(zhì)量穩(wěn)定、技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)，但是在實(shí)際工作中，由于管理的不完善和不到位，有時(shí)會(huì)造成有質(zhì)量缺陷的商品混凝土應(yīng)用于建設(shè)工程，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件失效。下面以某在建高層住宅小區(qū)為例，對(duì)其商品混凝土表面出現(xiàn)的點(diǎn)狀爆裂和剝落事故進(jìn)行分析。

1 工程事故概況

上海某住宅小區(qū)由8幢（1～8#）18層高層住宅組成，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，3層以上梁、板、剪力墻等構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。施工單位對(duì)2#房5層剪力墻構(gòu)件進(jìn)行拆模后，發(fā)現(xiàn)混凝土表面存在起皮、凸點(diǎn)和白色顆粒物現(xiàn)象，且分布不均勻。隨著時(shí)間的延續(xù)，混凝土表面爆裂和剝落現(xiàn)象呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)。

2 工程現(xiàn)狀調(diào)查

為判定該批次商品混凝土的爆裂原因，分析爆裂現(xiàn)象對(duì)2#樓整體結(jié)構(gòu)性能的影響，建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、檢測(cè)及混凝土攪拌站等各參建單位成立聯(lián)合調(diào)查組，并邀請(qǐng)有關(guān)專家進(jìn)行咨詢指導(dǎo)，積極開展檢查、分析、處理工作。

經(jīng)調(diào)查，該項(xiàng)目2#樓5層墻柱梁板等混凝土的澆筑日期為12月3日6：20～13：30，共計(jì)方量272m3，采用泵送方式輸送，澆搗、養(yǎng)護(hù)均按規(guī)范要求操作，且按規(guī)定制作3組標(biāo)養(yǎng)混凝土試件。12月6日拆除剪力墻模板，發(fā)現(xiàn)多處混凝土表面鼓包、崩裂現(xiàn)象，并且在混凝土崩裂處，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在白色塊狀或粉狀物質(zhì)（圖1）。12月15日拆除部分梁板構(gòu)件的模板，發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象同樣存在于梁板構(gòu)件中。

另調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目8#樓6層墻柱梁板等混凝土的澆筑日期也為12月3日，共計(jì)方量137m3，同樣使用了該批次的商品混凝土，但拆除剪力墻模板后，基本未發(fā)現(xiàn)異常情況。

3 事故原因排查

為分析該批次商品混凝土的爆裂原因，聯(lián)合調(diào)查組赴混凝土攪拌站進(jìn)行調(diào)查取證。根據(jù)混凝土攪拌站提供的質(zhì)保資料顯示，該批次商品混凝土所用的原材料進(jìn)場(chǎng)后由質(zhì)檢人員對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)報(bào)告未出現(xiàn)不合格的情況；查閱該混凝土攪拌站原材料運(yùn)輸?shù)拇鏅n資料，也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)違規(guī)的情況。

聯(lián)合調(diào)查組擴(kuò)大調(diào)查范圍，通過對(duì)送貨船只和貨運(yùn)人員的排查，發(fā)現(xiàn)貨運(yùn)船只在運(yùn)輸該批次商品混凝土所用水泥的散裝水泥之前曾裝運(yùn)過生石灰。貨運(yùn)人員在運(yùn)輸水泥之前曾私自承接運(yùn)輸生石灰的生意，但因清倉不徹底導(dǎo)致部分倉底（該船共計(jì)10個(gè)倉）留存少量的石灰殘余，從而導(dǎo)致商品混凝土所用的水泥中混入生石灰小顆粒。

4 爆裂物質(zhì)檢測(cè)

為了驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，聯(lián)合調(diào)查組委托檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)混凝土構(gòu)件表面異常爆裂點(diǎn)的內(nèi)部白色物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析和DSC（差示掃描量熱法）分析檢測(cè)。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)取樣過程中，考慮澆筑部位、澆筑時(shí)間及空間分布等因素，進(jìn)行均勻布點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)于混凝土局部表面異常區(qū)域重點(diǎn)取樣。

圖1 2#樓5層剪力墻混凝土照片

化學(xué)分析結(jié)果顯示，爆裂組份的主要成分為CaO。同時(shí)，DSC分析結(jié)果表明，該物質(zhì)為CaO的水化產(chǎn)物Ca(OH)2（圖2、3）。綜合兩種分析結(jié)果推斷，該爆裂組份由生石灰水化后形成，其化學(xué)公式為：CaO + H2O =Ca(OH)2。

根據(jù)混凝土構(gòu)件表面異常爆裂點(diǎn)內(nèi)部白色物質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果，與現(xiàn)場(chǎng)排查結(jié)果相吻合，可判定該物質(zhì)為CaO。

5 工程事故處理

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排查情況和爆裂點(diǎn)物質(zhì)的檢測(cè)結(jié)論，結(jié)合相關(guān)專家的咨詢意見，決定對(duì)2#樓5層墻柱梁板等混凝土構(gòu)件實(shí)施拆除，重新澆搗混凝土構(gòu)件，確保不留安全隱患。

5.1 拆除順序

混凝土構(gòu)件拆除順序：先上后下，先內(nèi)后外，先樓板后剪力墻。首先進(jìn)行樓板自東向西方向的機(jī)械破碎，然后利用人工將建筑垃圾及時(shí)清運(yùn)，待樓板混凝土全部割除后再對(duì)梁進(jìn)行拆除，最后利用切割機(jī)械進(jìn)行混凝土剪力墻的切除工作，并用塔吊及時(shí)將切割的混凝土板塊進(jìn)行清運(yùn)（圖3）。

圖2 白色特殊物質(zhì)的DSC分析結(jié)果

圖3 2#房5層混凝土構(gòu)件拆除照片

5.2 拆除要求

剪力墻構(gòu)造邊緣構(gòu)件切割時(shí)必須留置1m高度，鑿除原有的混凝土，保留原縱向受力鋼筋，后續(xù)縱向鋼筋接頭連接區(qū)段的長(zhǎng)度為35d（d為鋼筋直徑），且不應(yīng)小于500mm。同時(shí)，應(yīng)滿足在同一連接區(qū)段的縱向受力鋼筋接頭面積百分率不超過50%。對(duì)在剔鑿過程中破壞的縱向鋼筋，應(yīng)進(jìn)行切除并增補(bǔ)同規(guī)格同牌號(hào)鋼筋，增補(bǔ)鋼筋采用植筋處理，并做好相應(yīng)的拉拔試驗(yàn)（圖4）。

6 混凝土體積安定性檢測(cè)

因8#樓6層墻柱梁板混凝土拆模后表面未發(fā)現(xiàn)異常，故未涉及暫緩施工，施工單位仍按照正常施工流程和程序進(jìn)行。但隨著時(shí)間的延續(xù)，8#樓6層墻柱梁板混凝土表面開始斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)零星鼓包和小爆點(diǎn)（圖5），而施工進(jìn)度已達(dá)到主體結(jié)構(gòu)11層。由于f-CaO水化作用緩慢，且水化后其體積膨脹約1倍，因此，混凝土中若存在過多的f-CaO會(huì)導(dǎo)致混凝土體積安定性不良[1]。

若參照2#樓采取置換混凝土的處理方法，雖然能徹底解決混凝土質(zhì)量問題，但從技術(shù)和安全角度分析，存在一定的施工風(fēng)險(xiǎn)；且從進(jìn)度和成本角度分析，又存在工期延誤和費(fèi)用大幅增加的情況。聯(lián)合調(diào)查組根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況，決定先委托某大學(xué)材料研究實(shí)驗(yàn)室對(duì)8#樓有疑慮的混凝土實(shí)施檢測(cè)（主要通過沸煮法與膨脹應(yīng)力法綜合分析鑒定混凝土體積安定性），再根據(jù)鑒定報(bào)告采取處理措施。

6.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)取樣

考慮不同的澆筑部位、澆筑時(shí)間及空間分布等因素，取樣均勻布點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)于混凝土局部表面異常區(qū)域重點(diǎn)取樣。取樣類別為：φ50mm×200mm芯樣、φ10mm×100mm芯樣及用于化學(xué)分析和微觀分析的砂漿試樣。

圖4 2#樓5層混凝土構(gòu)件鋼筋綁扎照片

6.2 混凝土內(nèi)部游離氧化鈣分布分析

鉆芯試樣破型后，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)此問題混凝土中的CaO分布存在細(xì)觀不均勻和宏觀不均勻的雙重特性：即在指定面積的混凝土內(nèi)部，CaO的分布呈結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，而不是均勻分布；宏觀上，特定幾組構(gòu)件中的CaO含量略高。將數(shù)據(jù)繪制成柱狀圖（圖6）可知，混凝土內(nèi)部f-CaO的體積百分比集中在0%～0.2%，部分試樣仍存在CaO。

6.3 沸煮條件下游離氧化鈣對(duì)混凝土性能的影響

將受檢混凝土芯樣沸煮12h，促使混凝土中的f-CaO快速水化，然后對(duì)比沸煮前后體積膨脹情況及表面裂紋情況，進(jìn)行超聲波檢測(cè)，觀察其聲速變化值，推測(cè)內(nèi)部裂紋情況；并對(duì)比沸煮前后混凝土芯樣的劈裂抗拉強(qiáng)度，來評(píng)定體積安定性[2]。

圖5 8#樓6層剪力墻混凝土照片

圖6 CaO在混凝土中的體積百分比

檢測(cè)結(jié)果表明，混凝土無宏觀裂縫，且超聲波聲速基本相同，對(duì)于結(jié)構(gòu)安全性不會(huì)產(chǎn)生顯著影響（表1）。

6.4 從膨脹應(yīng)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）根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中，σ—f-CaO水化產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力（MPa）；

X—混凝土中殘存f-CaO的百分含量。

（3）根據(jù)測(cè)定芯樣劈裂抗拉強(qiáng)度獲得混凝土抗拉強(qiáng)度。

（4）依據(jù)公式（2）進(jìn)行混凝土體積安定性的評(píng)定。

式中，ft—混凝土抗拉強(qiáng)度（MPa）；

s—膨脹應(yīng)力方差（MPa）。

檢測(cè)結(jié)果表明，混凝土抗拉強(qiáng)度＞殘存f-CaO水化所產(chǎn)生的體積膨脹應(yīng)力，混凝土體積安定性良好（表2）。

6.5 處理措施

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土表面爆點(diǎn)勘測(cè)結(jié)果和鉆芯取樣的混凝土內(nèi)部f-CaO分布結(jié)果，表明混入混凝土的生石灰大部分已水化為Ca(OH)2；根據(jù)沸煮法與膨脹應(yīng)力法的檢測(cè)結(jié)果，混凝土安定性合格。

聯(lián)合調(diào)查組一致認(rèn)為，8#樓6層墻柱梁板混凝土無需進(jìn)行置換，但為了保證工程結(jié)構(gòu)的耐久性，特采取如下措施：①清除混凝土表面的起皮、凸點(diǎn)，并摳除石灰點(diǎn)；②在混凝土表面涂刷2道水泥滲透性結(jié)晶，對(duì)混凝土表面進(jìn)行封閉處理。

表1 沸煮前后混凝土試樣的性能變化

表2 膨脹應(yīng)力法評(píng)定結(jié)果

7 評(píng)定結(jié)果探討

采用上述方法對(duì)混凝土體積安定性進(jìn)行論證，用具有代表性的完整數(shù)據(jù)通過理論計(jì)算而得出的結(jié)論，具有一定的理論依據(jù)。但筆者認(rèn)為，混凝土體積安定性僅代表混凝土在非受力環(huán)境下的發(fā)展情況，在混凝土結(jié)構(gòu)受到設(shè)計(jì)極限荷載時(shí)，因C30混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.01MPa，根據(jù)實(shí)際測(cè)得的混凝土抗拉強(qiáng)度結(jié)果，部分混凝土構(gòu)件在受到內(nèi)部膨脹應(yīng)力與混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值最不利組合共同作用的情況下，存在ft＜ftk+σ的情況。由于混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度存在一定比例關(guān)系，因此，該批混凝土是否能達(dá)到原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)還需進(jìn)一步鑒定。

在確定體積安定性合格的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50344—2004）附錄B中“f-CaO對(duì)混凝土質(zhì)量影響的檢測(cè)”的方法，進(jìn)行芯樣試件抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。當(dāng)出現(xiàn)芯樣試件強(qiáng)度變化百分率平均值＞30%，或有一組芯樣試件強(qiáng)度＜混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)，則判定f-CaO對(duì)混凝土有質(zhì)量影響。設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)受力重新進(jìn)行驗(yàn)算，采取相應(yīng)加固補(bǔ)強(qiáng)措施或在規(guī)范允許情況下降低使用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，以此達(dá)到結(jié)構(gòu)安全使用的目的。

8 結(jié)語

可見，商品混凝土的質(zhì)量將直接影響到混凝土構(gòu)件的質(zhì)量和構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能，從而影響房屋結(jié)構(gòu)的安全性?；炷辽a(chǎn)企業(yè)應(yīng)以此事故為教訓(xùn)，加強(qiáng)原材料質(zhì)量管理與控制，建立及時(shí)有效的事故處理預(yù)案，堅(jiān)決杜絕類似事件的發(fā)生。工程參建各方應(yīng)加強(qiáng)日常管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，認(rèn)真對(duì)待事故處理工作，確保主體結(jié)構(gòu)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀晟．某高層住宅樓混凝土爆裂事故檢測(cè)及處理[J]．山西建筑 ,2008,34(32)：82-83．

[2]張雄,韓繼紅,呂靖．混凝土中f-CaO引起的體積安定性鑒定方法[J]．建筑材料學(xué)報(bào),1999,2(3)：257-260．