某混凝土结构楼板冻害及处理分析

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(山西建筑职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

山西省太原市位于我国北方地区，冬季温度较低，昼夜温差相差较小。冬季日最高气温约为5 ℃，夜最低气温约为-15 ℃。近年来，为确保市区内的空气质量满足相应的环保要求，当地政府部门要求一般的施工项目需在冬季停止施工。因此，多数施工单位为了赶工期，在相关文件要求的停工截止之日前迅速浇筑混凝土。在冬季养护期间，由于施工人员纷纷放假，致使混凝土的养护质量得不到保障，最终导致最后浇筑的混凝土强度达不到设计要求，混凝土出现疏松、脱落等严重缺陷。

随着抗冻混凝土的应用，在冬季施工时如果采用抗冻混凝土，即使采用正常养护也可以使混凝土强度达到设计要求。但建筑市场中鱼龙混杂，商品混凝土质量参差不齐，同时施工单位的浇筑技术也相差很大，经常导致在冬季施工时抗冻混凝土的强度达不到设计要求，从而产生一系列的安全隐患和施工质量事故。本文对太原某工程冬季施工时一层楼板发生冻害事故的原因进行了分析，并提供相应的加固处理方案。

1 工程概况

某住宅工程于2014年开工建设，2016年竣工验收，为地下1层、地上8层建筑，结构形式为短肢剪力墙结构，该建筑的户型均为复式。该楼1～2层的业主在进行装修开凿二层地面找平层时，发现一层顶板产生大面积裂缝，且开凿处形成一个直径约130 mm的洞口，轻触洞口处的混凝土，混凝土随即产生脱落，混凝土表面呈酥松状。

查阅相关设计文件可知，该层楼板设计强度为C25，但现场钻芯取样得到的混凝土抗压强度最低值为11 MPa，远低于设计强度。此外，该层楼板挠度计算值为规范限值的2倍，板底已经出现大量明显裂缝。在对芯样进行压力试验后，发现混凝土芯样破坏时沿粗骨料与水泥浆的连接处开裂，粗骨料被压坏的数量极少。轻轻敲击试验后的试件，试件内的砂石呈粉末状脱落。

经过向施工单位了解情况，该层楼板于2014年11月中旬浇筑施工，该层楼板浇筑完成后即停工，并未采取有效的冬季施工措施和相应的养护措施。2015年3月拆模后发现板底存在大量的裂缝，且楼板挠度出现逐渐增大的趋势。

2 混凝土冻害机理

自混凝土问世以来，就有研究人员开始研究混凝土的冻害原因，并根据冻害原因提出相应的解决方案和预防措施。1945年，Powers T C等[1]开始对混凝土冻害的微观因素进行研究，分析了混凝土拌合物内部的孔隙水对孔隙壁的影响，并提出了两套理论，即静水压理论和渗透压理论。1970年之后，全球的很多研究人员对混凝土冻害的原因进行了分析，在总结前人的研究成果的基础上，又产生了大量的研究理论与成果。但迄今为止，在研究领域中认可度较高的仍是Powers T C等[1]提出的静水压理论和渗透压理论。

2.1 静水压理论

静水压理论主要是指在混凝土拌合物中存在大量的微小孔洞，当混凝土拌合物所处温度较低时，拌合物内微小孔洞中的水会结冰，水结冰后体积膨胀约10%，如果微小孔洞中的含水率超过90%，微小孔洞周围的混凝土会受到水结冰体积膨胀的作用而胀裂，从而导致混凝土产生裂缝。

2.2 渗透压理论

渗透压理论主要是指在混凝土拌合物硬化过程中产生大量的水化热，从而导致混凝土发生体积膨胀变形，混凝土中的孔洞受水化热影响体积变大。待变形稳定后，混凝土周围温度骤降，孔洞内气压较低，孔洞内水的冰点降低，使得混凝土内部水分过早结冰。孔洞中的冰和过冷水受气压差的影响而使混凝土中的水分发生渗透迁移，当混凝土内孔洞的抗拉强度小于渗透力时，会在混凝土表面产生裂缝。

3 混凝土冻害的主要原因

混凝土发生冻害主要是由静水压和渗透压作用所致，而在混凝土浇筑完成后发生冻害则是由商品混凝土搅拌站和施工单位共同造成的[2-7]。

3.1 商品混凝土搅拌站方面的原因

北方地区的多数工程项目在冬季会停止施工，商品混凝土搅拌站在冬季的工程业务量也较少，其在每年11月左右配制的混凝土并不是冬施混凝土，混凝土中添加的抗冻剂和外加剂的量较少。此外，商品混凝土搅拌站为降低商品混凝土的制作成本，其使用的抗冻剂往往是质低价廉的抗冻剂，抗冻性能较差。

对该批次混凝土生产资料的调查发现，商品混凝土搅拌站在配制混凝土时使用的配合比中并没有抗冻剂，所配制的混凝土为常规的普通商品混凝土。经查验相应的检验报告，该批次混凝土预留试块在正常养护条件下的混凝土强度值达到C25的设计要求。

3.2 施工单位方面的原因

经查阅施工单位提供的施工日志，在浇筑该层楼板混凝土时，商品混凝土搅拌站提供的混凝土存在轻微的离析，为满足工期要求，施工单位使用了该批次混凝土。混凝土浇筑完毕，在楼板顶面洒水养护3 d，之后施工单位相关人员陆续放假，直至来年3月开始对该层楼板进行拆模，结果发现楼板存在裂缝、混凝土疏松的现象。施工单位立即对混凝土表面进行了修补，但并未进行有效的加固处理。

在上述两种因素的综合作用下，导致该层楼板出现了上述缺陷。

4 预防混凝土冻害的方法

为避免混凝土冻害现象的发生，减少质量纠纷，商品混凝土搅拌站在进入冬期后应立即对混凝土配合比进行变更，通过试配得到详细的配合比，再投入生产应用。由于冬季温度较低，若混凝土的用水量较大，则混凝土拌合物发生冻害的概率和严重程度也会加大。因此，为了有效控制混凝土冻害，商品混凝土搅拌站应尽可能减少混凝土拌合物中的用水量。商品混凝土搅拌站在选择水泥品种时应选用高活性水泥，水泥的活性越高，混凝土的抗冻性能则越好，同时混凝土早期强度的上升速度也快，可有效避免混凝土受冻害而影响其强度及其他性能。

混凝土浇筑完成后，施工单位应立即对楼板混凝土进行冬施养护，以确保混凝土的早期强度达到设计要求。相关试验表明，若混凝土的早期强度能达到设计要求，则后期养护条件对混凝土最终的抗压强度影响较小。

据统计，我国北方地区在临近冬期施工时，施工单位往往在浇筑完最后一批混凝土后则停工放假，由于对最后一批混凝土的养护不到位，导致混凝土受到冻害影响。因此，为确保混凝土不受冻害影响，混凝土强度达到相应的设计要求，施工单位应指派专人对临近冬期最后一批浇筑的混凝土进行有效的养护，以确保混凝土早期强度达到相关规范的要求。

5 加固处理方案

由于该层楼板混凝土的强度、厚度均不满足设计要求，且严重超过相关验收规范的偏差要求，板底混凝土表面存在大量的收缩变形裂缝，个别楼板挠度严重超限，因此需对混凝土楼板进行相应的加固处理。

如果采用叠合板法对楼板进行加固处理，其施工速度快，加固成本相对较低，但会增加楼板的总厚度，降低了房间的净高，影响建筑的使用功能。鉴于该层所有楼板混凝土均存在较为严重的冻害，为确保该层楼板能安全、正常使用，建议在进行加固处理时采用置换法进行加固。

(1)对所有受冻害影响的楼板混凝土予以凿除，并使用高一个强度等级的混凝土对所有楼板进行浇筑施工。

(2)对于挠度变形严重超限的楼板，应首先对楼板混凝土予以凿除，支模处理时应使用垫块将楼板钢筋网向上推。若钢筋网出现严重变形，则楼板钢筋也应进行置换，将原楼板底部钢筋在距离墙根部1 m左右切断，再重新下料焊接，确保板底钢筋变形量及保护层厚度满足相关验收规范的要求，然后再浇筑混凝土。

6 结语

混凝土冬期施工虽然不是一项新的施工方法和课题，但冬施后混凝土受冻害而引起的纠纷仍时有发生。本文就太原某小区混凝土楼板发生冻害事故的原因进行了分析，提出了预防措施及相应的加固处理方案，以期引起商品混凝土搅拌站和施工单位的重视，避免此类事故的再次发生，确保企业和住户的利益不受损害。