商品混凝土爆裂事故原因排查、檢測及處理

■ 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量、拌制后，在規(guī)定時間內(nèi)運送到使用地點的混凝土拌合物。商品混凝土的質(zhì)量是評定混凝土構(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)先進等特點，但是在實際工作中，由于管理的不完善和不到位，有時會造成有質(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，對其商品混凝土表面出現(xiàn)的點狀爆裂和剝落事故進行分析。

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)件的混凝土強度等級為C30。施工單位對2#房5層剪力墻構(gòu)件進行拆模后，發(fā)現(xiàn)混凝土表面存在起皮、凸點和白色顆粒物現(xiàn)象，且分布不均勻。隨著時間的延續(xù)，混凝土表面爆裂和剝落現(xiàn)象呈現(xiàn)增多的趨勢。

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2#樓整體結(jié)構(gòu)性能的影響，建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工、檢測及混凝土攪拌站等各參建單位成立聯(lián)合調(diào)查組，并邀請有關(guān)專家進行咨詢指導(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，共計方量272m3，采用泵送方式輸送，澆搗、養(yǎng)護均按規(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場后由質(zhì)檢人員對其相關(guān)性能進行了檢測，檢測報告未出現(xiàn)不合格的情況；查閱該混凝土攪拌站原材料運輸?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)查組擴大調(diào)查范圍，通過對送貨船只和貨運人員的排查，發(fā)現(xiàn)貨運船只在運輸該批次商品混凝土所用水泥的散裝水泥之前曾裝運過生石灰。貨運人員在運輸水泥之前曾私自承接運輸生石灰的生意，但因清倉不徹底導(dǎo)致部分倉底（該船共計10個倉）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

為了驗證現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，聯(lián)合調(diào)查組委托檢測機構(gòu)對混凝土構(gòu)件表面異常爆裂點的內(nèi)部白色物質(zhì)進行化學(xué)分析和DSC（差示掃描量熱法）分析檢測。在現(xiàn)場檢測取樣過程中，考慮澆筑部位、澆筑時間及空間分布等因素，進行均勻布點，同時，對于混凝土局部表面異常區(qū)域重點取樣。

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，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)件表面異常爆裂點內(nèi)部白色物質(zhì)的檢測結(jié)果，與現(xiàn)場排查結(jié)果相吻合，可判定該物質(zhì)為CaO。

5 工程事故處理

針對現(xiàn)場排查情況和爆裂點物質(zhì)的檢測結(jié)論，結(jié)合相關(guān)專家的咨詢意見，決定對2#樓5層墻柱梁板等混凝土構(gòu)件實施拆除，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。首先進行樓板自東向西方向的機械破碎，然后利用人工將建筑垃圾及時清運，待樓板混凝土全部割除后再對梁進行拆除，最后利用切割機械進行混凝土剪力墻的切除工作，并用塔吊及時將切割的混凝土板塊進行清運（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)段的長度為35d（d為鋼筋直徑），且不應(yīng)小于500mm。同時，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%。對在剔鑿過程中破壞的縱向鋼筋，應(yīng)進行切除并增補同規(guī)格同牌號鋼筋，增補鋼筋采用植筋處理，并做好相應(yīng)的拉拔試驗（圖4）。

6 混凝土體積安定性檢測

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行。但隨著時間的延續(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（圖5），而施工進度已達(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；且從進度和成本角度分析，又存在工期延誤和費用大幅增加的情況。聯(lián)合調(diào)查組根據(jù)現(xiàn)場實際狀況，決定先委托某大學(xué)材料研究實驗室對8#樓有疑慮的混凝土實施檢測（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)鑒定報告采取處理措施。

6.1 現(xiàn)場檢測取樣

考慮不同的澆筑部位、澆筑時間及空間分布等因素，取樣均勻布點，同時，對于混凝土局部表面異常區(qū)域重點取樣。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，然后對比沸煮前后體積膨脹情況及表面裂紋情況，進行超聲波檢測，觀察其聲速變化值，推測內(nèi)部裂紋情況；并對比沸煮前后混凝土芯樣的劈裂抗拉強度，來評定體積安定性[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

檢測結(jié)果表明，混凝土無宏觀裂縫，且超聲波聲速基本相同，對于結(jié)構(gòu)安全性不會產(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）進行計算：

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)測定芯樣劈裂抗拉強度獲得混凝土抗拉強度。

（4）依據(jù)公式（2）進行混凝土體積安定性的評定。

式中，ft—混凝土抗拉強度（MPa）；

s—膨脹應(yīng)力方差（MPa）。

檢測結(jié)果表明，混凝土抗拉強度＞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)場混凝土表面爆點勘測結(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，并摳除石灰點；②在混凝土表面涂刷2道水泥滲透性結(jié)晶，對混凝土表面進行封閉處理。

表1 沸煮前后混凝土試樣的性能變化

表2 膨脹應(yīng)力法評定結(jié)果

7 評定結(jié)果探討

采用上述方法對混凝土體積安定性進行論證，用具有代表性的完整數(shù)據(jù)通過理論計算而得出的結(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)計極限荷載時，因C30混凝土軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.01MPa，根據(jù)實際測得的混凝土抗拉強度結(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。由于混凝土抗拉強度與抗壓強度存在一定比例關(guān)系，因此，該批混凝土是否能達(dá)到原結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)還需進一步鑒定。

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)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50344—2004）附錄B中“f-CaO對混凝土質(zhì)量影響的檢測”的方法，進行芯樣試件抗壓強度檢測。當(dāng)出現(xiàn)芯樣試件強度變化百分率平均值＞30%，或有一組芯樣試件強度＜混凝土強度設(shè)計值時，則判定f-CaO對混凝土有質(zhì)量影響。設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)實測結(jié)果，對結(jié)構(gòu)受力重新進行驗算，采取相應(yīng)加固補強措施或在規(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。混凝土生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)以此事故為教訓(xùn)，加強原材料質(zhì)量管理與控制，建立及時有效的事故處理預(yù)案，堅決杜絕類似事件的發(fā)生。工程參建各方應(yīng)加強日常管理，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，認(rèn)真對待事故處理工作，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,1999,2(3)：257-260．