南京某工程混凝土冻害分析及处理.pdf

江苏建筑 2 0 1 4年第 5期( 总第 1 6 4期 ) 6 南京某工程混凝土冻害分析及处理 高海宁 南京长江都市建筑设计股份有限公司 。 江苏南京 2 1 0 0 0 2 ) 【 摘 要】 以某工程的楼面施工过程受冻害为例， 分析冻害机理及影响因素， 并提出了加固处理方法 【 关键词】 混凝土； 冻融破坏机理； 冻害事故分析； 加固措施 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 1 【 文献标识码】 A【 文章编号 l 0 0 5 6 2 7 0 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 6 1 0 3 An a l y s i s a n d T r e a t me n t f o r F r e e z e Da ma g e o f a C o n c r e t e P r o j e c t i n Na n j i n g GAO Ha i - n i n g ( N a n j i n g Y a n g t z e R i v e r U r b a n A r c h i t e c t u r a l D e s i g n C o ， L t d N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 2 C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n a f r o z e n d a ma g e e x a mp l e o f a r e i n f o r c e d c o n c r e t e b u i l d i n g s fl o o r d u r i n g i t S c o n s t r u c t i o n，t h i s p a p e r a n a l y z e s t h e me c h a n i s m o f f r e e z e t h a w d a ma g e a n d f a c t o r s o f f r e e z e d a ma g e ，a n d p r o v i d e s a s t r e n g t h e n i n g t r e a t me n t Ke y wo r d s ： c o n c r e t e ； f r e e z e - t h a w d a ma g e me c h a n i s m； a n a l y s i s o f f r o z e n d a ma g e ； s t r e n gth e n i n g t r e a t me n t 0引言 南京市位于长江下游的平原地带 属北亚热带季风气 候 夏热冬冷 ， 气候特征明显。一般从 l 1月中旬进入冬季 ， 周期 性地受到北方冷空气的侵袭 1 2月 2月份平均气温在 5 左右。冬季 日平均气温 O的时 间为 1 0 d 3 0 d ， 日最 低气 温一 5 左右r 强寒流入侵时 可达一 8 一 1 2 C ) 。 昼夜温差 大 。 日最低气温 出现在凌晨 4点至 7点 ， 白天迅速 回升 ， 下 午 2点至 4点达到最高峰 ： 日最低气温 O 时 。 夜 间冰冻 ， 白天融化 ， 周而复始 。 冻融频繁。 南京 冬季的气候特征 使得很多施工单位对冬季施工 措施 不重视 。 往往造成混凝土早期强度低 当寒流入侵时易 致使 新浇筑的混凝土遭受冻害 由于夜冻昼融反 复进 行 。 其 冻害比北 方寒 冷地区更严重 1 工程概况及事故分析 南京 某保障房 C片 区 0 1幢住宅采 用钢筋混凝 土剪力 墙结构 ， 设计为地下 2层 。 地上 3 4层 ； 其 中 1 层架空 。 分为东 西 2个独立的对称结构单元 该工程于 2 0 1 2年 4月 9日开 工建设 。至 2 0 1 2年 l 2月 2 9日开始浇筑东单元 3 l 层梁 、 顶 板及混凝土墙体 。该层混凝 土浇筑前后。 施工单位未采取有 效 的冬季施工措施 仅在 1 2月 3 0日下午对楼板进行 了部分 覆盖 。2 0 1 3年 1 月 1 0日 在拆 除该层楼板底模过程 中发现 梁 、 板底部大面积蜂窝 、 麻面、 露筋 。 混凝土表面酥松易剥离 脱落 部分板底及梁侧 面有冰纹 。 涉及面积约 5 0 0 。 查看施工 日志及当地气 象记录发现 ：此部分混凝土浇 筑 时间为 2 9日 l I ： 0 0至 1 9 ： 3 0 浇筑 时为小雨夹雪 天气并 伴有 3 4级偏北风 浇筑 开始时气温 为 3 傍晚开始 明显 降温 第二天凌晨最低温度为一 6 。 现场对有损失 区域进行全 面回弹检测 ， 声音沉 闷。 且回 弹后混凝土 面上有 凹痕 推定混凝土强度等级约 C1 3 C 2 0 。 对墙体 、 梁板按损伤情况不同分别钻芯取样检测。 损伤轻微 部位 的芯样表面 比较光滑 水泥水化 比较充分 骨料 与水泥 浆结合完好 但芯样两端混凝土不密实 ， 有分层现 象。损伤 较重部位 的芯样表面粗糙 、 水泥浆与粗骨料脱落严重 骨料 与水泥浆结合部位有大量裂缝 ， 芯样轻微敲击即呈粉碎状 。 损伤严重部位板芯取样后基本碎断 骨料与水泥浆分离 水 泥水化不充分 部分骨料表面有明显结 冰痕迹。 凿除剪力墙 侧边的楼板后 发现上下层剪力墙在楼板交界夹层处 的混 凝土色泽灰黑 。 部分呈碎屑状 ， 较为松软 。可 以判定该 区域 混凝土 已经遭受冻害 ， 见图 l 、 图 2 。 2混凝土冻害机理及影响混凝土抗冻性的主要因素 2 1 冻害机理t I 2 1 混 凝土 的冻 融 破坏 机 理研 究 始 于 2 O世 纪 3 0年代 1 9 4 5年 美 国混 凝土 专家 T C P o w e 等人 从混 凝土 亚微 观 层次人手 ， 分析了孔 隙水 对孔 壁的作用 ， 提 出了静水压理论 和渗透压理 论。2 O世纪 7 O年代后混凝土 的冻融破坏机理 得到更广泛和深入的研究 提 出了水 的离析 成层理论 、 充水 理论等 多种理论 但 目 【 收稿日 1 1 2 0 1 4 - 0 4 - 0 3 【 作者简介】 高 海 宁 ， ( 1 9 7 8 ) ， 南 京 长 江 都 市 建 筑 设 计 股 份 有 限 公 司 ， 工 程 师 ， 工 学 硕 士 ， 国 家 一 级 注 册 结 构 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 江苏建筑 2 0 1 4年第 5期( 总第 1 6 4期) 图 1 混 凝 土 冻害 现 场 图 2 混凝土冻害近图 前公认程度较高的 仍是 静水 压理 论和渗透 压理 论。 2 1 1 静 水压理论 混凝土在潮湿条件下， 毛细孔会吸满水 在低温下 ， 毛细 孑 L 中的水冻结成冰 。 体积膨胀约 9 如果混凝土毛细孔中含 水率超过某一l 临界值 ( 9 1 7 ) ， 孔壁将会受到很大的压力 。 进 而在孔周 围的微观结构 中产生拉应力 ， 导致裂缝的产生 。 2 1 2渗透压 理论 由于表面张力的作用 水泥净浆毛细孔 中水 的冰点会 随着孔径的减小而降低 从而在粗孔中的水结冰后 由冰和 过冷水( 存在于较细孔和胶凝孑 L 中) 的饱和蒸汽压差 和过 冷 水之 间盐分的浓度差引起水分的迁移而形成渗透压 当混 凝土内部空隙承受的这些力超过其抗拉强度时 就会 在混 凝土的表面产生裂缝 2 2 影响混凝 土抗 冻性 的主要因素p 混凝土的抗冻 是指 混凝土抵抗冻融循 环的能力是评 价严 寒地区混凝土结构耐久性的重要指标之一 混凝 土抗 冻性 与诸 多因素有关 主要有： ( 1 ) 水灰 比 水灰 比是混凝 土配合比设计的一个重要参数 它 的变 化直 接影 响混凝土的孔隙率及孔结构 ， 进而影响抗冻性 。 随 着水 灰 比的增 大 不饱 和水的 开孔 总体积增 加 而且 平均孔 径也增 大， 因而混凝土的抗 冻性必然降低。 f 2 1 含气 量 掺人 引气 剂可 以在混凝 土中引人 大量 均匀 、稳定而封 闭的微小 气泡 这些互 不连通的微细气孑 L 在混凝土受冻初 期能使 毛细孔 中的静水压力减少 ， 起到减压作用 。 在混凝 土 受冻结 冰过程中这些孑 L 隙可阻止或抑制水泥浆 中微小 冰体 的生成 。 试 验表明 使混凝土具有较好的抗冻性的最佳 含气 量约 为 5 6 ( 3 ) 混凝 土受冻龄期 混凝土 的抗冻性 随其龄期 的增大而提高 因为龄 期越 长水泥水化越充分 混凝土强度越高 抵抗膨胀 的能 力越 大 这一点对早期受冻的混凝土更为重要。 f 4 1 水 泥 品 种 水泥品种不 同则熟料部分的相对体积和硬化速度有 所不 同， 混 凝土的抗 冻性 随水 泥活性增 高而提高 。 ( 5 1 外加剂及掺合料 减水剂 可以大幅度 减少用水量 降低混凝土 的水灰 比 细化毛细管 减小毛细管 内饱和蒸气压提高混凝土的抗冻 性 。 早强剂使混凝土在早期具有较高强度 而其 中的电介质 使毛细管 内水过饱和降低冰点 ， 可以抵御初期受冻 。 矿物掺合料 ， 如粉煤灰 、 硅灰等 ， 可 以改 善孔结 构 。 使孔 细化 ， 导致 冰点 降低 ， 使冻孔数量减少。 适量的矿物掺合料 ， 有利于气泡分散 ， 使 其更加均 匀地分布在混凝土 中 因而有 利于提高混凝土的抗冻性 。 3 加 固处理方案 由于受冻后的混凝土强度低 、 耐久性差 且部分区域严 重损伤 。 已经不能满足使用的安全性和可靠性 必须采取加 固处理措施。从现场情 况来看 本层 上下 层混凝土质量完 好 。 本层剪力墙也未冻损 ： 冻害集 中在南侧 大开间楼板及相 邻上下层剪力墙与楼板交界夹层 处 。 以及部分楼层梁下部 。 在综 合考虑工期 、 经济性 、 社 会影 响等因素后 确定加固处理 方 案 如 下 ： ( 1 ) 对 3 0层 、 3 1层 的楼板搭 设钢管 支撑 ， 对上层施 工 时的荷载进行有效卸载 ： 用模板 、 彩条布封 闭本层周边门窗 孔洞 ， 增加楼 内的环境温度 ： ( 2 1对剪 力墙 与楼板交界夹层处采用 内外墙两部 分 、 4 批循环凿 除并用 C 6 0高强灌浆料置换 。第一批进行每一片 内墙 中问区域 的夹层处 受冻混凝 土的凿除并用 无收缩高强 灌浆料置换 。 2 d后灌 浆料抗压 强度 大于 3 0 MP a 进行第二 轮 每片外墙 中间区域夹层处 的凿除和置换 分别间隔 2 d 后进 行第 三轮内墙 两端 区域 夹层 处的凿除 和置换 和第四 轮外墙 两端 区域夹层处 的凿 除置换 ( 3 ) 凿除受 冻严重区域 的所有梁板 、 重新 支模 。 整理 钢 筋后 一次浇筑 。 混凝 土中添加抗冻 剂 浇筑后采用草袋和塑 料膜覆盖保温 ( 4 ) 对少量混凝土楼板仅板底轻微冻伤( 冻伤深度 1 5 mm 以内) 的处理。凿除楼板 面层 冻损 部分并 冲洗干净 采用 环 氧树脂灌注至板底 5 m m， 最后进行面层装饰处理。 加 固处理 。 自 1月 2 1日开始实施 。 2月 4日结 束。3月 7日拆模 ， 返工处理 的混凝土观感质量 良好 ， 混凝土 2 8 d试 块强度符合设计 和规范要求 。 对后浇筑楼板进行堆载试验 堆载量为 2 0 0 k g m2 。1 周后检测 ， 楼板混凝 土无裂缝 、 变形 满 足规范要求 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 4年第 5期( 总第 1 6 4期 ) 6 3 4结 语 混凝土楼板一个方 向的尺度较小 两侧 面暴 露 在 不采 取可靠冬季施工养护措施 的情况下 幼龄期 的混凝土 楼板 容易受到严重冻害。 南京地区冬季没有北方那么寒冷 。 且北 方的冬季施工措施成本较高造成了不少施工单位对南京 冬 季施 工措施的忽视。 可以通过选用合适的水泥品种 、 掺加 外加剂 、 控 制水灰 比及浇 筑后 的保 温养护等措施 既能满 足 工程质量安全可靠又具有一定的经济性 参考文献 1李金玉 混凝土冻融破坏机理的研究 】 水利学报 ， 1 9 9 9 ( 1 )： 4 1 -4 9 【 2 】吉林 ， 缪昌 文 结构 混凝 土耐久 性及 其提 升技 术【 M】 北 京 ： 人 民交通 出版社 。 2 0 1 1 【 3 】 段桂珍 ， 方从 启 混凝 土冻融破 坏研 究进展 与新思考 】 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 5 ) 4 】4 张延 年 ， 刘旭峰 ， 徐驰 ， 曹迎春 龄期对 冻融循环后 混凝 土影响试验 】 沈阳建筑大 学学报 ， 2 0 1 2 ( 3 ) 【 5 】 张云理 ， 张 师恩 ， 张莹 ， 卞葆芝 长江中下游地 区混凝 土冬 季施工外加剂技 术 混凝土 ， 2 0 0 2 ( 9 ) 1 上接第 4 6页 ) 裹 l 结构可靠性影响因素指标量化值 ： 0 3 6 0 8 1 9 + 0 2 8 0 8 8 5 + 0 2 1 x 0 8 6 9 + 0 1 5 x O 8 9 0 = 0 8 6 ( 1 ) ( 4) 地 基 及 基 础 由于房屋沉降 已经基本停止 。 不均匀沉降值相对较小 未超过规范 限制 。地基基础承载力 能够达 到设计 规范的要 求 。地基及基础状况最终 量化值取 为 l 。 ( 5 ) 结构侧向位移 考虑 到房屋倾斜 是房屋产 生侧向位移 的根本 原 因 因 此可通过结构倾斜度来确定结 构侧 向位 移。结构 向南整体 倾 斜 最 大 。其 倾 斜度 为 0 2 1 4 。相 应 的 侧 向位 移 值 为 0 21 4 H= O 2 1 4 x 2 3 1 0 0 ram- 4 9 4 mm H 4 5 0 = 2 3 1 0 0 mm 4 5 0 = 5 1 3 m m则该 框架结构 房屋的侧 向位移定 为 C S级 相应 的该量化值取 O 5 ( 6 ) 裂缝 宽度和开展情况 为保证鉴定 的可靠度 本次检测选取结构构 件最大裂 缝宽度进行量化 。本文 以所有检测构件 中最 大裂缝 宽度作 为裂缝宽度评定对象。底层轴边跨框架柱根部横向裂缝 宽度最大 ， 相应 数值 为 0 4 IT l m。则可判定为较差级 ， 其量化 值取为 0 5 ( 7 ) 混凝 土碳 化深度 取芯与 回弹检测所得 的结构构件混凝土最大碳 化深度 为 1 4 m m 相应 的量 化值 为 1 4 。 ( 8 ) 构 造与连结 现场检 查发现该 建筑物 内部 连接节点 连接方式 不 当 存在诸如柱 内箍筋间距过大等严重构造缺 陷。 据此 可判定 本结构构造与连结 为很差级 量化值取为 0 2 5 。 ( 9 ) 围护结 构 围护结构老化 、 腐蚀、 损坏情况较为普遍且程度较为严重， 局部还存在后期开洞、 渗漏现象。属于很差级别， 量化值为 0 2 5 。 根据上述分析 该框架结构的可靠性影 响因素指 标量 化数值汇总如表 1 所示 。 2 3 结构可靠性评判及最终定级 将表 l中汇总的各结构可靠性影响 因素指标量化 值作 为输入向量 输入到 已经训练成熟 的改进模糊 Mo d u l a r 神经 网络评估程序中 短时间内就可以得出关 于该结构的可靠性 评定结果 表 2中给出了该结构可靠性 的最终评判结果。 根据输 出结果 最终判定该建筑结 构可靠性等级 为 4 级 ， 建筑结构承载能力 、 正 常使用性能 和耐久性严 重不符合 国家 的相关标准要求 不能正常使用 有发生意外事 故的可 能 应 当立即进行加固处理。 参考文献 【 1 】 周虹霞 既有结构可靠性鉴定方法研究【 D】 广西 ： 广西大 学 2 0 0 7 【 2 董素 芹 现役建 筑结构可靠性鉴 定方 法的研 究【 D】 内蒙 古： 内蒙古农业大学， 2 0 0 5 【 3 】B Ko s k o ， F u z z y s y s t e ms a S u n i v e r s a l a p p r o x i ma t o r s ， I E E E Tr a m Comp ut e rs， 1 9 9 4， v o1 43： 1 3 2 91 3 33 【 4 】 J J B u c k l e y a n d Y H a y a s h i ， F u z z y n e u r a l n e t s a n d a p p l i c a - t i o n s ， F u z z y S y s t e ms a n d AI ， N o 3， 1 9 9 2 5 1 李 刚 模糊神经 网络与灰 色理论在 已有建 筑可靠性 鉴定 中的应 用研 究【 D】 上 海： 同济大学， 2 0 0 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m