鄭世奪 張鵬 李彥輝 蔣錄珍 安國(guó)旗

摘要：針對(duì)某市鋼筋混凝土地下綜合管廊的現(xiàn)澆頂板、側(cè)壁出現(xiàn)的混凝土爆灰質(zhì)量缺陷，為確保管廊結(jié)構(gòu)的安全使用，采用鉆心法、超聲波法、沸煮試驗(yàn)、爆灰物質(zhì)的化學(xué)成分分析等檢測(cè)方法，對(duì)爆灰現(xiàn)象進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)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(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度前在塊狀氧化鈣體積膨脹應(yīng)力作用下被拉裂，導(dǎo)致了此類質(zhì)量缺陷的發(fā)生。分析了質(zhì)量缺陷對(duì)管廊結(jié)構(gòu)的影響，并對(duì)管廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)及處理，滿足了結(jié)構(gòu)的正常安全使用要求。研究結(jié)果可為類似爆灰缺陷的設(shè)計(jì)及處理提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；生石灰；爆灰；檢測(cè)；加固

中圖分類號(hào)：TU990.3文獻(xiàn)標(biāo)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(nèi)墻或天棚的抹面材料。在實(shí)際施工中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)爆灰現(xiàn)象[1-3]，即在抹灰面施工完后或使用一個(gè)階段后，抹灰面出現(xiàn)一個(gè)個(gè)炸裂的小坑、鼓包或裂縫。一般裝修抹灰爆灰現(xiàn)象的出現(xiàn)只是影響建筑外觀，對(duì)結(jié)構(gòu)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(yù)拌混凝土澆筑后，生石灰與水反應(yīng)，其體積急劇膨脹[4]，就可能對(duì)結(jié)構(gòu)整體承載力和耐久性造成嚴(yán)重影響。因此，若在實(shí)際已建成工程中存在此類現(xiàn)象，則應(yīng)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(cè)及加固河北工業(yè)科技第35卷本文結(jié)合某市地下綜合管廊的現(xiàn)澆頂板、側(cè)壁出現(xiàn)的混凝土爆灰質(zhì)量缺陷，查明了混凝土的爆灰原因，分析了質(zhì)量缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。為保證結(jié)構(gòu)安全，對(duì)管廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，頂板、底板和側(cè)壁均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，管廊凈寬7.40 m，凈高3.60 m，共2個(gè)倉室，分別為給水管、中水管和熱力管管倉（標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為4.80 m×3.60 m），電力、電信管倉（標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為2.30 m×3.60 m）。該工程某區(qū)段長(zhǎng)90 m，每30 m設(shè)有1道伸縮縫，在頂板、底板和側(cè)壁混凝土澆筑完成后，經(jīng)過一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，在頂板、側(cè)壁多處出現(xiàn)混凝土表面爆灰、鼓包、裂縫等質(zhì)量缺陷，爆灰粒徑在3～10 mm，爆灰物質(zhì)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(cè)壁不屬于同一批混凝土，底板未出現(xiàn)爆灰現(xiàn)象。該地下綜合管廊斷面圖見圖1，側(cè)壁及頂板混凝土爆灰現(xiàn)狀見圖2、圖3。

2結(jié)構(gòu)檢測(cè)情況

2.1外觀質(zhì)量現(xiàn)狀普查

對(duì)該區(qū)段地下管廊現(xiàn)澆頂板、側(cè)壁出現(xiàn)的混凝土爆灰、裂縫[6-7]等質(zhì)量缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并按區(qū)域內(nèi)單位面積爆灰點(diǎn)數(shù)量將損傷區(qū)域分類，見表1。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)普查，A-D跨側(cè)壁和頂板中共有D類損傷區(qū)域2個(gè)，C類損傷區(qū)域18個(gè)，B類損傷區(qū)域30個(gè)，無A類損傷區(qū)域。D-F跨側(cè)壁和頂板中共有D類損傷區(qū)域11個(gè)，C類損傷區(qū)域21個(gè)，B類損傷區(qū)域21個(gè)，無A類損傷區(qū)域。普查情況見表2、表3。側(cè)壁、頂板混凝土多處爆灰點(diǎn)由于灰白色塊狀物質(zhì)膨脹作用而產(chǎn)生空鼓或爆灰，部分部位側(cè)壁

混凝土爆灰點(diǎn)處爆灰深度超過設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)層厚度。

在進(jìn)行鉆芯取樣[8]的過程中，發(fā)現(xiàn)某些區(qū)域鉆取芯樣后的孔洞內(nèi)在超過設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)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(cè)壁部分區(qū)域在鉆取芯樣后的孔洞內(nèi)部發(fā)現(xiàn)灰白色塊狀物質(zhì)。鉆取的芯樣經(jīng)加工后，放置幾天，部分芯樣因內(nèi)部存在灰塊而爆裂，見圖5。

2.2混凝土內(nèi)部缺陷超聲波檢測(cè)

對(duì)該區(qū)段混凝土爆灰情況采用超聲法檢測(cè)混凝土內(nèi)部是否存在不密實(shí)、裂縫和孔洞現(xiàn)象，所測(cè)側(cè)壁兩側(cè)每部分分別布置測(cè)點(diǎn)不少于100個(gè)，測(cè)點(diǎn)間距為100 mm進(jìn)行對(duì)測(cè)和斜測(cè)，測(cè)線不少于200條。經(jīng)檢測(cè)，所檢混凝土側(cè)壁部分部位存在異常點(diǎn)[9]。

2.3混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

對(duì)該區(qū)段地下管廊隨機(jī)抽取18個(gè)芯樣用于檢測(cè)現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度[10]。經(jīng)檢測(cè)，所檢區(qū)段現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4沸煮試驗(yàn)

對(duì)該區(qū)段地下管廊隨機(jī)抽取12個(gè)芯樣用于沸煮試驗(yàn)[11]，用于沸煮試驗(yàn)的芯樣，每2個(gè)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(shí)截取1個(gè)外觀無質(zhì)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(jìn)行沸煮，對(duì)沸煮過的試件進(jìn)行外觀檢查。

2）將同一部位鉆取的2個(gè)芯樣中的一個(gè)芯樣放入沸煮箱進(jìn)行沸煮，對(duì)沸煮過的試件進(jìn)行外觀檢查。將沸煮過的芯樣試件晾置3天，并與未進(jìn)行沸煮的試件同時(shí)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

3）沸煮時(shí)間及其他操作，按規(guī)程規(guī)定執(zhí)行。

通過對(duì)沸煮過的薄片試件進(jìn)行外觀檢查，沸煮過的薄片試件均未出現(xiàn)開裂、疏松或崩潰等現(xiàn)象，見圖6。

通過對(duì)沸煮過的芯樣試件進(jìn)行外觀檢查，沸煮過的芯樣試件中1個(gè)出現(xiàn)開裂、1個(gè)出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象，剩余4個(gè)均未出現(xiàn)開裂、疏松或崩潰等現(xiàn)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(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[11]，綜合以上沸煮試驗(yàn)情況，可判定游離氧化鈣對(duì)混凝土質(zhì)量有潛在危害。

2.5粉末化學(xué)成分分析

對(duì)該區(qū)段地下管廊現(xiàn)澆頂板、側(cè)壁均勻抽取6個(gè)混凝土爆灰部位，在混凝土爆灰部位取不少于10 g粉末，對(duì)粉末化學(xué)成分進(jìn)行分析[12]。粉末化學(xué)成分分析結(jié)果見表5。經(jīng)化學(xué)分析得知，造成爆灰現(xiàn)象的灰白色塊狀物質(zhì)粉末的主要成分為氧化鈣，同時(shí)燒失量較大。

3混凝土爆灰原因及其對(duì)結(jié)構(gòu)的影響

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果、試驗(yàn)結(jié)果及有關(guān)規(guī)范，綜合分析認(rèn)為，所檢區(qū)段綜合管廊側(cè)壁及頂板存在混凝土表面爆灰現(xiàn)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(dǎo)致；側(cè)壁混凝土內(nèi)部存在裂縫，引起側(cè)壁混凝土裂縫的原因較復(fù)雜，從目前的檢測(cè)情況不能確定具體原因，但不排除裂縫與內(nèi)部存在的塊狀氧化鈣有關(guān)。

地下綜合管廊側(cè)壁、頂板混凝土多處爆灰點(diǎn)和裂縫是由于灰白色塊狀物質(zhì)膨脹作用而產(chǎn)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(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度前，混凝土在塊狀氧化鈣體積膨脹應(yīng)力作用下被拉裂。部分部位側(cè)壁混凝土爆灰點(diǎn)處的爆灰深度和裂縫的存在位置超過設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)層厚度，鋼筋要通過保護(hù)層把均勻力傳遞到混凝土中，由于保護(hù)層厚度不滿足設(shè)計(jì)要求，鋼筋不能充分受力，加之水和二氧化碳的大量入侵，導(dǎo)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(jié)性能下降或喪失，削弱了結(jié)構(gòu)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(yīng)力更加集中，在結(jié)構(gòu)承受的荷載作用下，銹蝕鋼筋將會(huì)斷裂，結(jié)構(gòu)本身的剛性、剪力強(qiáng)度、拉力強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度均會(huì)降低，并可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)力重分配，結(jié)構(gòu)承載力下降，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

4加固設(shè)計(jì)

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(jìn)行制定。如何阻斷氧化鈣和水相通、提高結(jié)構(gòu)整體承載力和耐久性是制定加固方案的根本出發(fā)點(diǎn)。為使相關(guān)部分結(jié)構(gòu)的加固做到技術(shù)可靠、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理，本工程擬采用的加固方案如表6所示。依據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求及工程的實(shí)際情況，經(jīng)有關(guān)專家充分討論，對(duì)加固方案進(jìn)行了優(yōu)化，盡量保留原結(jié)構(gòu)，最終采用方案4進(jìn)行加固。

序號(hào)加固方法優(yōu)缺點(diǎn)方案1拆除重建施工速度快，根治徹底，但社會(huì)影響大方案2側(cè)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(jié)構(gòu)使用安全，但施工復(fù)雜、速度慢方案3側(cè)壁部分置換、頂板加厚500 mm方案4內(nèi)壁置換、側(cè)壁及頂板加厚250 mm，內(nèi)套鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固可提高結(jié)構(gòu)整體承載力和耐久性，經(jīng)濟(jì)合理，但施工較復(fù)雜方案5不加固，僅作表面處理施工速度快，社會(huì)影響小，但根治不徹底，需要觀察使用方案6內(nèi)壁置換、側(cè)壁及頂板加高強(qiáng)鋼絲繩網(wǎng)片-聚合物砂漿加固高強(qiáng)鋼絲網(wǎng)片具有強(qiáng)度高、施工方便等優(yōu)點(diǎn)；聚合物砂漿具有良好的黏結(jié)性耐久性能。對(duì)混凝土構(gòu)件裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展有明顯的抑制作用，施工速度快，經(jīng)濟(jì)。但處理不徹底，需定期維護(hù)

4.2內(nèi)壁置換、側(cè)壁及頂板加固

4.2.1結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)

1）工程結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)[15]。

2）結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)[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(cè)向土壓力采用主動(dòng)土壓力計(jì)算。

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

5）設(shè)計(jì)使用年限為50年。

6）結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫驗(yàn)算。二類環(huán)境混凝土構(gòu)件的裂縫寬度（迎土面）應(yīng)不大于0.2 mm，一類環(huán)境（非迎土面及內(nèi)部）混凝土構(gòu)件的裂縫寬度應(yīng)不大于0.3 mm。

7） 結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火等級(jí)為二級(jí)，所有受力構(gòu)件防火設(shè)計(jì)應(yīng)滿足現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[20]有關(guān)規(guī)定。

8）結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為三級(jí)[21]。

4.2.3加固步驟

1） 在存在裂縫的側(cè)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(xué)漿液。

2） D軸側(cè)壁按照?qǐng)D紙要求測(cè)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(cè)壁第1批次混凝土，見圖9。

4） 在側(cè)壁和頂板植筋，并綁扎鋼筋，見圖10、圖11。

5） 對(duì)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(yīng)在新舊頂板之間布設(shè)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(hù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到25.0 MPa時(shí)，按照?qǐng)D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(duì)新舊頂板混凝土之間接合縫灌注環(huán)氧樹脂漿液。

5結(jié)語

地下綜合管廊側(cè)壁及頂板存在的混凝土表面爆灰現(xiàn)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(dǎo)致的。相關(guān)研究結(jié)論如下。

1）爆灰點(diǎn)處爆灰深度和裂縫存在位置超過設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)層厚度后，鋼筋要通過保護(hù)層把均勻力傳遞到混凝土中，而保護(hù)層厚度不滿足設(shè)計(jì)要求，則鋼筋不能充分受力，削弱了結(jié)構(gòu)的剛度和整體性，并可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生應(yīng)力重分配，結(jié)構(gòu)承載力下降。

2）為避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，在以后的施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量，嚴(yán)把人工、材料、機(jī)械的管理。此外，一旦發(fā)現(xiàn)存在此類工程質(zhì)量問題，切不要故意隱瞞，諱疾忌醫(yī)，應(yīng)引起高度重視，積極主動(dòng)應(yīng)對(duì)，分析原因，采取措施進(jìn)行處理。此類質(zhì)量問題發(fā)現(xiàn)得越早、處理得越及時(shí)，后期的危害性就越低。

該工程最終采用了方案4進(jìn)行加固處理，提高了結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性，滿足了結(jié)構(gòu)的正常安全使用要求，達(dá)到了預(yù)期效果。本研究可為類似工程提供參考。

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