1、第三讲：混凝土结构事故案例分析第三讲：混凝土结构事故案例分析一、混凝土受冻或养护温度过低事故案例|某工程为三层砖混结构，现浇钢筋混凝土楼盖，纵墙承重、灰土基础（图2.13）。施工后于当年10月浇灌二层楼盖混凝土。全部主体结构于第二年1月完工。在4月间进行装修工程时，发现各层大梁均有斜裂缝。|其现象：裂缝多为斜向，倾角5060，且多发生在300mm的钢箍间距内。近梁中部为竖向裂缝 斜裂缝两端密集，中部稀少（值得注意的是在纵筋截断处都有斜裂缝）；其沿梁高度方向的位置较多地在中和轴以下，个别贯通梁高。裂缝宽度在梁端附近约0.51.2mm，近跨中约0.10.5mm；裂缝深度一般小于1/3，个别的两端穿
2、通；裂缝数量每根梁少则4根，多则22根，一般为1015根。混凝土受冻或养护温度过低事故案例图片事故分析及原因|施工原因：浇灌二层梁板时，未采用专门养护措施，浇灌后2h就在板面铺脚手板、堆放砖块进行砌墙。11月初浇灌三层现浇板时，室内温度为01C，未采取保温措施。根据试验资料，混凝土在21d后的强度只达28d理论强度值的42.5%，一个月后才达到52%。因此混凝土早期受冻是这起质量事故的重要原因。另外，混凝土的水泥用量偏低（只有210kg/m3,略少于225kg/m3的最低值）也是因素之一。|设计原因：其一是箍筋间距过大。混凝土结构设计规范7.2.7条规定，“当梁高为500mm且V0.07fcb
3、h0时，梁中箍筋的最大间距为200mm。”而本工程箍筋间距却为300mm，这就是斜裂缝多发生在箍筋之间的原因。其二是是纵筋在梁跨中间截断。混凝土结构设计规范6.1.5条规定，“纵向受拉钢筋不宜在受拉区截断”。而本工程梁中部分纵向受拉钢筋在跨中截断，截断处都出现斜裂缝，这说明受拉钢筋对梁截面的抗剪能力起到一定作用，也说明规范的规定是最适合的。比较施工和设计原因，显然可见，施工中混凝土早期受冻是产生本工程质量事故的 主要原因。事故加固方案|由于梁上有大量斜裂缝，很容易发生脆性截面破坏，引起梁的断裂，故必须进行加固。加固方案是在原大梁外包一U形截面梁，该梁按承受原来梁的的全部弯矩和剪力进行设计，并在
4、U形截面梁的端部沿墙设置钢筋混凝土柱和基础，作为加固梁的支承。二、混凝土初期收缩事故案例|某办公楼为现浇钢筋混凝土框架结构。在达到预定混凝土强度拆除楼板模板时，发现板上有无数走向不规则的微细裂纹，如图2.16所示。裂缝宽0.050.15mm，有时上下贯通，但其总体特征是板上裂纹多于板下裂纹 事故原因分析及处理措施|查得施工时的气象条件是：上午9时气温13C，风速7m/s，相对湿度40%；中午温度15C，风速13m/s（最大瞬时风速达18m/s），相对湿度29%；下午5时温度11C，风速11m/s，相对湿度39%。灌注混凝土就是在这种非常干燥的条件下进行的。由于异常干燥加上强风影响，故使得混凝土
5、在凝结后不久即出现裂纹。根据有关资料记载：当风速为16m/s时，混凝土的蒸发速度为无风时的4倍；当相对湿度10%时，混凝土的蒸发速度为相对湿度90%时的9倍以上。根据这些参数推算，本工程在上述气象条件下的蒸发速度可达通常条件的810倍。|因此，可以认为与大气接触的楼板上面受干燥空气和强风的影响成为产生较多失水收缩裂纹的主因，而曾受模板保护的楼板下面这种失水收缩裂纹会比较少一点。经过对灌注楼板是预留的试块和对楼板承载能力进行试验，均能达到设计要求。|这说明具有失水收缩的混凝土初期裂纹对楼板的承载力并无影响。但是为了建筑物的耐久性，还应使用树脂注入法进行补强。三、混凝土麻面掉角蜂窝露筋和空洞事故案
6、例|某剧场挑台平面和柱截面配筋如图2.19（a）、（b）所示。在14根钢筋混凝土柱子中有13根有严重的蜂窝现象。具体情况是：柱全部侧面面积142m2,蜂窝面积有7.41 m2，占5.2%；其中最严重的是K4，仅蜂窝中露筋面积就有0.56 m2。露筋位置在地面以上1m处，正是钢筋的搭接部位（图2.19c）.事故原因分析|混凝土灌注高度太高。7m多高的柱子在模板上未留灌注混凝土的洞口，倾倒混凝土时未用串筒、留管等设施，违反施工验收规范中关于“混凝土自由倾落高度不宜超过2m”及“柱子分段灌注高度不应大于3.0m”的规定，使混凝土在灌注过程中已有离析现象。|灌注混凝土厚度太厚，捣固要求不严。施工时未用
7、振捣棒，而采用6m长的木杆捣固，并且错误地规定每次灌注厚度以一车混凝土为准（约厚40cm），灌注后捣固30下即可。此规定违反了施工验收规范中关于“柱子灌注厚度不得超过20cm”的界限。|柱子钢筋搭接处的设计净距太小，只有3137.5mm，小于设计规范规定柱纵筋净距应50mm的要求。实际上有的露筋处净距为0或10mm。事故处理方案|剔除全部蜂窝四周的松散混凝土；用湿麻袋塞在凿剔面上，经24h使混凝土湿透厚度至少4050mm；按照蜂窝尺寸支以有喇叭口的模板，如图2.19（e）；灌注加有早强剂的C30（旧混凝土为C20）豆石混凝土；养护14昼夜；拆模后将喇叭口上的混凝土凿除。除以上补强措施外，还应对
8、柱进行超声波探伤，查明是否还有隐患。四、混凝土施工缝处理不当事故案例|某会议室门厅，屋面板为预制楼板，而大梁、圈梁、雨罩均为现浇C20钢筋混凝土构件（图2.27）。施工时，大梁混凝土先灌筑，圈梁、雨罩混凝土因故后浇灌，但却不适当地将施工缝留在大梁梁端与圈梁交接处（图2.27甲），而且施工缝处的混凝土没有妥善处理，又由于该处混凝土没有侧向限制而无法振捣，实际上形成松散的一堆。事故原因分析|施工缝留在梁端剪力最大部位；|施工缝处混凝土强度等级显然不满足设计要求，甚至不足C10，严重影响梁端抗剪能力和粘着力强度；|新旧混凝土无法连接。事故处理措施|将梁端混凝土用工小心地凿成如图2.27乙所示形状，并
9、将部分预制楼板，以加强梁端的抗剪能力。五、混凝土受腐蚀事故案例|北京某旅馆的某区为一6层两跨连续梁的现浇钢筋混凝土内框架结构，上铺预应力空心楼板，房屋四周的底层和二层为490mm厚承重砖墙，二层以上为370mm厚承重砖墙。全楼底层5.0m高，用作餐馆，底层以上层高3.60m，用作客房。底层中间柱截面为圆形，直径550mm，配置9根直径为22的二级钢筋纵向受力钢筋，6200箍筋，如图2.35所示。柱基础的底面积为3.50m3.50m的单柱钢筋混凝土阶梯形基础；四周承重墙为砖砌大放脚条形基础，底部宽度1.60m，二者均以地基承载力fk=180Kn/m2(持力土层为粘性土)，并考虑基础宽、深度修正后
10、的地基承载力设计值算得。|该房屋的一层钢筋混凝土工程在冬季进行施工，为混凝土防冻而在浇筑混凝土时掺入了水泥用量3%的氯盐。|该工程建成使用两年后，某日，突然在底层餐厅A柱柱顶附近处，掉下一块约40mm直径的混凝土碎块。为防止房屋倒塌，餐厅和旅馆不得不暂时停止营业，检查事故原因。事故原因分析 在该建筑物的结构设计中，对两跨连续梁施加于柱的荷载，均是按每跨50%的全部恒活荷载传递给柱估算的（另50%由承重墙承受），与理论上准确的两跨连续梁传递给柱的荷载相比，少算25%的荷重。柱基础和承重墙基础虽均按fk=180Kn/m2设计，但经复核，两侧承重墙下条形基础的计算沉降估计45mm左右，显然大于钢筋混
11、凝土柱下基础的计算沉降量（估计在34mm左右）。虽然，他们间的沉降差为11mm0.002l=0.0027000=14mm,是允许的；但是，由于支承连续梁的承重墙相对“软”（沉降量相对大）。而支承连续梁的柱相对“硬”（沉降量相对小），致使楼盖荷载往柱的方向调整，使得中间柱实际承受的荷载比设计值大而两侧承重墙实际承受的荷载比设计值要小。（1）和（2）项累计，柱实际承受的荷载将比设计值要大得多。事故原因分析|柱虽按550圆形截面钢筋混凝土受压构件设计，配置9根直径为22的二级钢筋纵向钢筋，AS=3421mm2，含钢率1.44%，从截面承载力看是足够的，但箍筋配置不合理，表现为箍筋截面过细、间距太大、
12、未设置附加箍筋，也未按螺旋箍筋考虑，致使箍筋难以约束纵向受压力后的侧向压屈。事故原因分析|底层混凝土工程是在冬季施工的，混凝土在浇筑是掺加了氯盐防冻剂，对混凝土有盐污染作用，对混凝土中的钢筋腐蚀起催化作用。实际上，从底层柱破坏处的钢筋实况分析，纵向钢筋和箍筋均已生锈，箍筋直径原为6，锈后实为5.2左右，截面损失率约为25%。如此细又如此稀的箍筋难以承受柱端截面上9根直径为22的二级钢筋纵筋侧向压屈所产生的横拉力，起结果必然是箍筋在其最薄弱处断裂，此断裂后的混凝土保护层剥落，混凝土碎块下掉。六、钢筋配置不当事故案例|某百货大楼一层橱窗上设置有挑出1200mm通长现浇钢筋混凝土雨篷，如图2.36（
13、a）。待到达混凝土设计强度拆模时，突然发生从雨篷根部折断的质量事故，呈门帘状如图2.36（b）。事故分析|受力筋放错了位置（离模板只有20mm，如图2.36c）所致。原来受力筋按设计布置，钢筋工绑扎好后就离开了。打混凝土前，一些“好心人”看到雨篷钢筋浮搁在过梁箍筋上，受力筋又放在雨篷顶部（传统的概念总以为受力筋就放在构件底面），就把受力筋临时改放到过梁的箍筋里面，并贴着模板。打混凝土时，现场人员没有对受力筋位置进行检查，于是发生上述事故。七、施工时因钢筋位置配置引起事故案例|某工程框架柱的原设计截面及配筋如上图a，在绑扎柱基插筋时，错误地将两排5 25变成3 25(图b)。此失误在柱基混凝土浇
14、筑完毕后才发现。事故案例处理方法|在柱的短边各补上2 25插筋。|为保证新加插筋的锚固，在两个短边上各用3 25横筋与短边3 25焊成一体，并将第二步台阶加高500mm。加高台阶时将原基础面凿毛、清洗、支模、浇筑提高一级的混凝土，并在新台阶面层铺设6200钢筋网一层。|原设计在柱底500mm高度内加密箍筋，现增至1000mm。八、水泥和骨料含有害物质事故案例|山西某厂有9幢4层砖混结构住宅，均采用预制空心楼板。该工程1984年5月开工，同年底完成主体工程，翌年内部装修。在1985年6月进行工程质量检查时，发现其中一幢（12号楼）有多处预制楼板起鼓、酥裂情况。随后，该楼楼板损坏愈来愈严重，其它四
15、幢（11、13、16、17号楼）也有相继不同程度地出现破坏迹象。事故案例分析 及原因|从预制板普遍破坏迹象看，主要是由于混凝土材料品质不良引起的，而且显然是因为混凝土内含有害物使材料逐渐发生物理化学变化引起体积膨胀所造成的。于是，从破坏最严重的楼板以及尚未出厂的楼板上取样2000余个，筛选10，再从中抽出部分样品作材料的化学分析和岩相分析检验。检验时按粗骨料的不同颜色分类。|由此可见，过量的游离SO3（大大超过规定的含量标准13.5，且SO31的占总分析样的78.9）在混凝土凝结硬化后继续与水化铝酸钙作用形成水化硫铝酸钙，未耗尽的石膏也可能在混凝土硬化后继续生成水化硫铝酸钙，而水化硫铝酸钙生成
16、时的体积约达原体积的2.5倍，这就是造成预制板混凝土膨胀、酥裂、破坏乃至倒塌的主要内在原因。九、混凝土碱-骨料反应事故案例|北京某厂受热车间，建于1960年，建成后常年处于4050 C的 高温环境中，后发现其混凝土墙面上有许多网状裂纹。经查当年混凝土所用原料为400号矿渣水泥，混凝土水泥用量410Kg/m3配合比为水泥沙石水=11.0993.580.39，粗骨料为粒径530mm的卵石，掺2CaCl2(氯盐)和2CaSO42H2O(石膏)的外加剂。事故案例分析背景|一、什么是水泥混凝土的碱骨料反应 碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱(Na2O或K2O)与骨料中的活性成分反
17、应，在混凝土浇筑成型后若干午(数年至二、三十年)逐渐反应，反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力，膨胀开裂、导致混凝土失去设计性能。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布。所以一旦 发生碱骨料反应、混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂、发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。二、碱骨料反应的分类和机理 1碱硅酸反应 1940年美国加利尼亚州公路局的斯坦敦，首先发现碱骨料反应问题，引起全世界混凝土工程界的重视，这种反应就是碱硅酸反应。碱硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固体体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨
18、胀引起混凝土内部膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的发展、使混凝土内部膨胀应力增大，导致混凝土开裂。发展严重的会使混凝土结构崩溃。能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中。因而迄今为止世界各国发生的碱骨科反应绝大多数为碱硅酸反应 事故案例分析|为了确定此墙面的严重网状裂纹是否为碱骨料反应所致，在裂纹处钻一直径70mm、长120mm的混凝土圆柱芯体。将此芯体横向锯成若干磨光薄片，在反光显微镜下观察，发现内部有许多网状裂缝（图2.6）。将此磨光薄片进行岩相分析，发现每个薄片含有611枚粗骨料中有13枚粗骨料含微晶石英和玉髓。将磨光薄片在扫描电镜下观察并进行能谱分析，发现骨料边缘的钾含量明显增加。表明碱在骨料边缘富集。但是，对芯体中的细骨料鉴定表明没有活性矿物存在，为非活性矿物（它与粗骨料来自不同产地）|该长露天堆场钢筋混凝土柱的混凝土保护层也严重剥落，钢筋严重锈蚀,从剥落的混凝土中取得一些骨料进行岩相分析，其中也含有典型的活性矿物玉髓和微晶石英。因而，此柱的混凝土剥落和钢筋锈蚀可视作是碱-骨料反应导致混凝土开裂，从而加剧钢筋锈蚀，而钢筋锈蚀又促使混凝土剥落这两方面综合作用的结果。|根据上述分析，可以证明上述墙面严重裂纹是由于碱-骨料反应所引起的。
