地下综合管廊混凝土爆灰检测及加固

郑世夺 张鹏 李彦辉 蒋录珍 安国旗

摘要：针对某市钢筋混凝土地下综合管廊的现浇顶板、侧壁出现的混凝土爆灰质量缺陷，为确保管廊结构的安全使用，采用钻心法、超声波法、沸煮试验、爆灰物质的化学成分分析等检测方法，对爆灰现象进行了检测。结果显示，混凝土中存在的块状氧化钙与水熟化后体积增大1倍～2.5倍，使得混凝土在强度未达到设计抗拉强度前在块状氧化钙体积膨胀应力作用下被拉裂，导致了此类质量缺陷的发生。分析了质量缺陷对管廊结构的影响，并对管廊结构进行了加固设计及处理，满足了结构的正常安全使用要求。研究结果可为类似爆灰缺陷的设计及处理提供参考。

关键词：混凝土与钢筋混凝土结构；生石灰；爆灰；检测；加固

中图分类号：TU990.3文献标志码：Adoi： 10.7535/hbgykj.2018yx03008

在民用建筑和工业建筑中，装修抹灰施工广泛采用含有石灰成分的砂浆，如石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆、石灰麻刀（纸筋）灰浆等作为内墙或天棚的抹面材料。在实际施工中，经常会出现爆灰现象[1-3]，即在抹灰面施工完后或使用一个阶段后，抹灰面出现一个个炸裂的小坑、鼓包或裂缝。一般装修抹灰爆灰现象的出现只是影响建筑外观，对结构整体承载力不造成影响。但若在混凝土原材料中混入少量的生石灰，在预拌混凝土浇筑后，生石灰与水反应，其体积急剧膨胀[4]，就可能对结构整体承载力和耐久性造成严重影响。因此，若在实际已建成工程中存在此类现象，则应引起高度重视。第3期郑世夺，等：地下综合管廊混凝土爆灰检测及加固河北工业科技第35卷本文结合某市地下综合管廊的现浇顶板、侧壁出现的混凝土爆灰质量缺陷，查明了混凝土的爆灰原因，分析了质量缺陷对结构的影响。为保证结构安全，对管廊结构进行了加固设计及处理[5]。

1工程概况

某市地下综合管廊为钢筋混凝土单层结构，顶板、底板和侧壁均为现浇钢筋混凝土，管廊净宽7.40 m，净高3.60 m，共2个仓室，分别为给水管、中水管和热力管管仓（标准断面尺寸为4.80 m×3.60 m），电力、电信管仓（标准断面尺寸为2.30 m×3.60 m）。该工程某区段长90 m，每30 m设有1道伸縮缝，在顶板、底板和侧壁混凝土浇筑完成后，经过一段时间的养护，在顶板、侧壁多处出现混凝土表面爆灰、鼓包、裂缝等质量缺陷，爆灰粒径在3～10 mm，爆灰物质为淡白色粉末，爆灰面积及范围分散不均匀、无规律。由于底板与顶板和侧壁不属于同一批混凝土，底板未出现爆灰现象。该地下综合管廊断面图见图1，侧壁及顶板混凝土爆灰现状见图2、图3。

2结构检测情况

2.1外观质量现状普查

对该区段地下管廊现浇顶板、侧壁出现的混凝土爆灰、裂缝[6-7]等质量缺陷进行统计，并按区域内单位面积爆灰点数量将损伤区域分类，见表1。

经现场普查，A-D跨侧壁和顶板中共有D类损伤区域2个，C类损伤区域18个，B类损伤区域30个，无A类损伤区域。D-F跨侧壁和顶板中共有D类损伤区域11个，C类损伤区域21个，B类损伤区域21个，无A类损伤区域。普查情况见表2、表3。侧壁、顶板混凝土多处爆灰点由于灰白色块状物质膨胀作用而产生空鼓或爆灰，部分部位侧壁

混凝土爆灰点处爆灰深度超过设计钢筋保护层厚度。

在进行钻芯取样[8]的过程中，发现某些区域钻取芯样后的孔洞内在超过设计钢筋保护层厚度后能看到明显的裂缝，且钻取的芯样因裂缝的存在而损坏，见图4。侧壁部分区域在钻取芯样后的孔洞内部发现灰白色块状物质。钻取的芯样经加工后，放置几天，部分芯样因内部存在灰块而爆裂，见图5。

2.2混凝土内部缺陷超声波检测

对该区段混凝土爆灰情况采用超声法检测混凝土内部是否存在不密实、裂缝和孔洞现象，所测侧壁两侧每部分分别布置测点不少于100个，测点间距为100 mm进行对测和斜测，测线不少于200条。经检测，所检混凝土侧壁部分部位存在异常点[9]。

2.3混凝土强度检测

对该区段地下管廊随机抽取18个芯样用于检测现龄期混凝土强度[10]。经检测，所检区段现龄期混凝土强度满足设计要求。

2.4沸煮试验

对该区段地下管廊随机抽取12个芯样用于沸煮试验[11]，用于沸煮试验的芯样，每2个芯样在同一部位钻取，并将芯样加工成高径比为1.0的试件。在用于沸煮的芯样上，同时截取1个外观无质量缺陷厚10 mm的薄片，用作沸煮薄片。

1）将薄片试件放入沸煮箱进行沸煮，对沸煮过的试件进行外观检查。

2）将同一部位钻取的2个芯样中的一个芯样放入沸煮箱进行沸煮，对沸煮过的试件进行外观检查。将沸煮过的芯样试件晾置3天，并与未进行沸煮的试件同时进行抗压强度试验。

3）沸煮时间及其他操作，按规程规定执行。

通过对沸煮过的薄片试件进行外观检查，沸煮过的薄片试件均未出现开裂、疏松或崩溃等现象，见图6。

通过对沸煮过的芯样试件进行外观检查，沸煮过的芯样试件中1个出现开裂、1个出现崩溃现象，剩余4个均未出现开裂、疏松或崩溃等现象，从开裂和崩溃的芯样中可以观察到块状氧化钙，见图7和图8。

为23.7%。依据《建筑结构检测技术标准》[11]，综合以上沸煮试验情况，可判定游离氧化钙对混凝土质量有潜在危害。

2.5粉末化学成分分析

对该区段地下管廊现浇顶板、侧壁均匀抽取6个混凝土爆灰部位，在混凝土爆灰部位取不少于10 g粉末，对粉末化学成分进行分析[12]。粉末化学成分分析结果见表5。经化学分析得知，造成爆灰现象的灰白色块状物质粉末的主要成分为氧化钙，同时烧失量较大。

3混凝土爆灰原因及其对结构的影响

根据检测结果、试验结果及有关规范，综合分析认为，所检区段综合管廊侧壁及顶板存在混凝土表面爆灰现象，主要是由于混凝土中存在的块状氧化钙与水熟化膨胀导致；侧壁混凝土内部存在裂缝，引起侧壁混凝土裂缝的原因较复杂，从目前的检测情况不能确定具体原因，但不排除裂缝与内部存在的块状氧化钙有关。

地下综合管廊侧壁、顶板混凝土多处爆灰点和裂缝是由于灰白色块状物质膨胀作用而产生的，块状氧化钙熟化后，体积将增大1倍～2.5倍，在混凝土强度未达到设计抗拉强度前，混凝土在块状氧化钙体积膨胀应力作用下被拉裂。部分部位侧壁混凝土爆灰点处的爆灰深度和裂缝的存在位置超过设计钢筋保护层厚度，钢筋要通过保护层把均匀力传递到混凝土中，由于保护层厚度不满足设计要求，钢筋不能充分受力，加之水和二氧化碳的大量入侵，导致钢筋锈蚀，混凝土顺着钢筋开裂、剥落、分层，钢筋-混凝土间黏结性能下降或丧失，削弱了结构的刚度和整体性。随着钢筋锈蚀的加剧，钢筋有效截面积减小，钢筋应力更加集中，在结构承受的荷载作用下，锈蚀钢筋将会断裂，结构本身的刚性、剪力强度、拉力强度、抗弯强度均会降低，并可能导致结构发生应力重分配，结构承载力下降，严重影响结构的耐久性和安全性。

4加固设计

4.1加固方案

加固方案[13-14]必须紧紧围绕混凝土中存在的氧化钙进行制定。如何阻断氧化钙和水相通、提高结构整体承载力和耐久性是制定加固方案的根本出发点。为使相关部分结构的加固做到技术可靠、安全适用、经济合理，本工程拟采用的加固方案如表6所示。依据国家有关规范标准要求及工程的实际情况，经有关专家充分讨论，对加固方案进行了优化，尽量保留原结构，最终采用方案4进行加固。

序号加固方法优缺点方案1拆除重建施工速度快，根治彻底，但社会影响大方案2侧壁全部置换、顶板加厚500 mm置换断面能根治彻底，增大截面能提高承载力，保证结构使用安全，但施工复杂、速度慢方案3侧壁部分置换、顶板加厚500 mm方案4内壁置换、侧壁及顶板加厚250 mm，内套钢筋混凝土结构进行加固可提高结构整体承载力和耐久性，经济合理，但施工较复杂方案5不加固，仅作表面处理施工速度快，社会影响小，但根治不彻底，需要观察使用方案6内壁置换、侧壁及顶板加高强钢丝绳网片-聚合物砂浆加固高强钢丝网片具有强度高、施工方便等优点；聚合物砂浆具有良好的黏结性耐久性能。对混凝土构件裂缝的产生和发展有明显的抑制作用，施工速度快，经济。但处理不彻底，需定期维护

4.2内壁置换、侧壁及顶板加固

4.2.1结构的安全等级

1）工程结构的安全等级为二级[15]。

2）结构抗震等级为三级[16-17]。

4.2.2工程自然条件

1）车辆荷载按照汽-超20[18]考虑，后轴压力为2×140 kN。

2）地面超载为10 kN/m2。

3）侧向土压力采用主动土压力计算。

4）本工程抗震设防类别为乙类[19]，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，第2组。

5）设计使用年限为50年。

6）结构构件裂缝控制等级为三级，结构构件应按荷载效应准永久组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度（迎土面）应不大于0.2 mm，一类环境（非迎土面及内部）混凝土构件的裂缝宽度应不大于0.3 mm。

7） 结构构件耐火等级为二级，所有受力构件防火设计应满足现行的《建筑设计防火规范》[20]有关规定。

8）结构防水等级为三级[21]。

4.2.3加固步骤

1） 在存在裂缝的侧壁打灌浆孔，间距以300 mm×300 mm为宜，裂缝干燥后灌注以环氧树脂为主剂的化学浆液。

2） D轴侧壁按照图纸要求测量放线，划分批次（分4批）确定需要拆除的混凝土位置。

3） 拆除D轴侧壁第1批次混凝土，见图9。

4） 在侧壁和顶板植筋，并绑扎钢筋，见图10、图11。

5） 对原有混凝土表面凿毛，涂刷界面剂，支模，浇筑第1批次混凝土。浇筑混凝土前应在新旧顶板之间布设环氧树脂灌浆孔，以封闭新旧混凝土接合缝。

6） 混凝土养护，当混凝土强度达到25.0 MPa时，按照图纸要求拆除第2批需要置换的混凝土。

7） 采用相同方法浇筑第2批混凝土，拆除并浇筑第3、第4批混凝土。

8） 对新旧顶板混凝土之间接合缝灌注环氧樹脂浆液。

5结语

地下综合管廊侧壁及顶板存在的混凝土表面爆灰现象，主要是由于混凝土中存在的块状氧化钙与水熟化膨胀导致的。相关研究结论如下。

1）爆灰点处爆灰深度和裂缝存在位置超过设计钢筋保护层厚度后，钢筋要通过保护层把均匀力传递到混凝土中，而保护层厚度不满足设计要求，则钢筋不能充分受力，削弱了结构的刚度和整体性，并可能导致结构发生应力重分配，结构承载力下降。

2）为避免此类现象的发生，在以后的施工过程中应严格控制混凝土质量，严把人工、材料、机械的管理。此外，一旦发现存在此类工程质量问题，切不要故意隐瞒，讳疾忌医，应引起高度重视，积极主动应对，分析原因，采取措施进行处理。此类质量问题发现得越早、处理得越及时，后期的危害性就越低。

该工程最终采用了方案4进行加固处理，提高了结构的承载力和耐久性，满足了结构的正常安全使用要求，达到了预期效果。本研究可为类似工程提供参考。

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