钢筋混凝土冻害事故分析与处理

钢筋混凝土冻害事故分析与处理

蚌埠市某综合加工楼在结构施工期间，由于缺乏冬期施工措施，致使屋面结构大面积严重冻损，后经加固处理，取得了良好的结果。

第1章 工程概况

该工程总面积3316m2，全部为现浇钢筋混凝土梁、板、柱框架结构。1月份浇灌屋面混凝土，采用矿渣硅酸盐水泥，骨料为河砂、卵石，施工使用钢模板。浇灌混凝土当日气温为5℃左右，下午因大风气温降至－5℃以下。操作中途振捣器损坏，仍继续施工，完工后也未进行保温养护。因为急于归还模板，在低温情况下，提前拆模。拆模时即发现板反面呈麻面状，但未引起注意。春节后检查，发现板面剥落，裂缝很多。

第2章 钢筋混凝土冻害分析

现场检查混凝土有以下冻害现象：

1.板面剥落。板面剥落正反两面都存在。板反面覆盖着一层白色的钙化物，用手擦时表层呈粉状脱落并形成麻面。板正面疏松，用木板刮时表层剥落，露出的石子稍加晃动即脱离。混凝土剥落的原因可能是混凝土硬化初期，了由于振捣和抹平，在板表面形成了含水泥量较多的不透水致密层；另一方面固体颗粒下沉挤密和混凝土硬化收缩后产生泌水，泌出的水由于温度低，不易被蒸发而积存在表层的下边，形成局部多孔体。如果气温下降，则多孔质部分的自由水结冰冻胀，从下向上推挤表层，从而使板面剥落。剥落使板的有效厚度减小，刚度降低，其次板面密实性差，易渗漏水造成板内钢筋锈蚀，影响结构的耐久性。

2.混凝土强度降低。用回弹仪进行普遍检测，混凝土强度等级大部在C10~C13之间，个别较差部位低于C6。对回弹仪测定强度等级低于C8部位凿取块体试压，强度等级低于C6，其它部位凿取块体试压，强度等级约为C10，表明混凝土强度普遍低于设计强度等级C18。观察混凝土内部时发现，在强度等级比较低的部位，混凝土骨料砾石表面有明显的结冰痕迹，敲击易碎，且与钢筋几乎没有粘结力。其它部位虽未见明显结冰痕迹，但混凝土内部多孔隙，且较大，说明混凝土水灰比过大。另一方面搅拌振捣也比较马虎。

混凝土强度降低的原因是混凝土硬化过程中，水和水泥矿物的化学反应随水的活性下降而减弱，但水的活性又随温度的变化而改变，水结冰，水化反应停止。水的冰点温度为0℃，但混凝土混合物中的水总是要溶解一些其它物质，因此水的冰点温度低于0℃，约为－1℃。在低温环境中浇灌混凝土，由于混凝土在硬化前冻结，所以水化反应很弱，同时新生成的水化物初始结构强度也低，不足以抵抗冻胀力，因而使混凝土内部结构遭到破坏。随着温度回升，混凝土中水化反应又恢复，结构强度不断提高，抗冻融能力也增强，但终因混凝土初始阶段强度已遭损伤而使强度下降。如果混凝土中水灰比过大，搅拌不匀，振捣不实，混凝土中孔隙和自由水增加，混凝土混合物中水的冰点温度会相应提高，故易遭到反复冻融，导致内部结构不断损伤，此时混凝土抗拉强度和与钢筋的粘结强度也会大大降低，混凝土变得疏松易碎。

3.裂缝情况。由于收缩和冻胀，板面不规则的网状龟裂较多。比较大的裂缝分布如图7-14-1所示，缝宽为0.l~0.5mm。贯通的裂缝所在板反面覆盖着一层白色的矿物质，略呈咸味。板面混凝土硬化收缩和温度变化引起的收缩，受到楼面结构梁、柱和板相互约束产生的应力，当混凝土抗拉强度低于收缩应力时，便产生了裂缝。由于水沿贯通性的裂缝渗流，混凝土中的矿物盐溶解于水并渗流到板反面凝固，从而沿缝形成一层白色的矿物盐。

梁上裂缝如图7-1-2所示，缝宽0.l~0.2mm，可能是因混凝土强度不高时拆模，在自重作用下，板受拆模时冲击震动引起冲剪和剪弯荷载而产生裂缝。

在柱端头约500mm范围也有0.2~0.4mm宽的裂缝（图7-l4-3）。柱端头裂缝是混凝土在强度很低的情况下，受拆模的敲打冲击引起的崩裂。

第3章 冻害事故处理

根据现场冻害事故的检查分析，讨论处理方案：（1）全部凿除屋面混凝土重新浇筑。（2）对屋面板增加叠合层加固，梁用三面围套现浇钢筋混凝土加固。最后考虑施工工期、经济损失等因素，又经反复计算讨论后，对板用增加板面整体刚度，提高板面防水能力的方法处理；对梁用预应力下撑式拉筋部分补强等综合治理方法处理。具体作法如下：

1.梁的补强加固。由于混凝土内部损伤，强度下降，加之板面处理又要增加屋面荷重，所以梁的承载力不足，需进行补强加固。加固方案按混凝土强度等级为C10。梁内配筋是按允许弯矩为140.0kN·m，允许剪力为115kN制定的。经计算选用2Φ20下撑式预应力拉筋，悬挑端选用2Φ12预应力拉筋，详见图7-14-4。加固后除剪力稍大一点外，其它部位的弯矩和剪力均能满足要求，梁的承载力明显提高。

2.裂缝处理。对宽度大于0.2mm的缝，先凿出V形槽，然后用清水洗净，刷两遍素水泥灰浆，再用环氧树脂水泥砂浆分两次压人缝隙并填平。施工应在气温较低的早晨和晚上进行。

3.板面处理。凡强度等级低于C8的混凝土全部凿除，板面一律凿毛并清除松散剥落的面层，用清水冲洗干净，刷两遍素水泥灰浆。板正面现浇一层40mm厚、强度等级为C23的细石混凝土，内配￠4@150钢丝网，边浇捣边抹平，养护不少于7昼夜。板反面用20mm厚1：2水泥砂浆（内掺5%水泥重量的防水剂）分两遍压光抹平。采用上述作法可提高屋面板的整体刚度，增强板的防水密实性，保护钢筋不被锈蚀。

该工程冻害屋面结构经处理后，投入使用近3年，未发现结构有任何异常，跟踪检查表明加固处理效果良好，说明板的加固措施合理。梁采用预应力下撑式拉筋部分补强，提高了冻损后梁的承载力，施工简便，费用低，对施工工期影响很小。