内蒙古自治区(qū)某电(diàn)厂检测及鉴定

1、工(gōng)程概况：本项目为(wèi)内蒙古某能(néng)源有(yǒu)限公(gōng)司电(diàn)厂局部补强加固项目，600号建筑是变电(diàn)站，610号建筑是配电(diàn)站，均为(wèi)全现浇单层或多(duō)层钢筋混凝土框架结构，在浇筑二层结构时，部分(fēn)顶板脚手架坍塌，施工(gōng)单位撤场，新(xīn)浇筑的二层顶板及二层梁、柱等混凝土构件，因保温措施不到位，发生混凝土冻害，及坍塌时引起了部分(fēn)柱变形。受甲方委托对该建筑物(wù)进行检测及安(ān)全鉴定。

2、检测鉴定原因：二层新(xīn)浇筑混凝土发生冻害及部分(fēn)框架柱变形，故进行结构安(ān)全检测鉴定。

3、检测日期：2011年02月04－23日

4、主要仪器设备：

 5、检测内容：

    ①此建筑物(wù)的框架梁、柱混凝土强度检测。
    ②此建筑物(wù)钢筋配置及损伤检测。
    ③此建筑物(wù)的裂缝宽度及深度检测。
    ④此建筑物(wù)的框架柱位移检测。
    ⑤结构验算。

5、主要检测结果：

    ①结构的混凝土强度不符合原设计要求。
    ②该工(gōng)程梁及柱出现了大量宽度超限的裂缝，及部分(fēn)通缝。
    ③部分(fēn)框架梁及框架柱出现了过大的变形。
    ④该工(gōng)程楼板受损较严重，须进行加固处理(lǐ)才能(néng)继续承载。

6、主要鉴定结论：

        我国(guó)有(yǒu)关规范规定：当地多(duō)年气温资料中(zhōng)，室外日平均气温连续5天稳定低于5℃时,混凝土工(gōng)程即进入冬期施工(gōng)阶段，我国(guó)北方冬期较长(cháng)，最长(cháng)可(kě)达4～6个月，因而混凝土在冬期施工(gōng)发生冻害也是必然现象。根据受冻阶段不同，混凝土冻害分(fēn)为(wèi)三个阶段：新(xīn)拌混凝土受冻、混凝土的早期冻害、硬化后混凝土冻害。混凝土的早期冻害（也称混凝土早龄期受冻），是指混凝土在浇筑后立即受冻或经历了一段预养期后，在养护硬化期间受冻。这种冻害在冬期施工(gōng)中(zhōng)经常遇到，它主要是由于施工(gōng)方法选择不当、施工(gōng)人员技(jì )术水平不高或责任心不强而造成的。混凝土的早期冻害会使混凝土的一系列物(wù)理(lǐ)力学(xué)性能(néng)降低，达不到设计要求，影响工(gōng)程质(zhì)量甚至发生严重事故。

1、混凝土的冻害机理(lǐ)

        无论是预制混凝土构件，还是现浇混凝土施工(gōng)，一般事先均采取热拌或掺加外加剂，或用(yòng)保温车(chē)运输拌合料等措施，因此混凝土浇筑后不会突然发生受冻，而总是有(yǒu)一个降温、水化过程的。混凝土的冻害事故，多(duō)为(wèi)水泥凝结硬化过程（如初凝至终凝或终凝后数小(xiǎo)时）中(zhōng)受冻所致。根据低温施工(gōng)技(jì )术研究所的大量试验证实，立即受冻的混凝土强度损失为(wèi)：-5℃（45.6~45％），＞-10℃（36.4~39.2％），＞-20℃（20.9~21.6％）；而预养24小(xiǎo)时后受冻的混凝土强度损失，则-5℃（0.5~1.1％），＞-10℃（2.4~2.5％），＞-20℃（3.4~3.8％）。

        混凝土是一种多(duō)孔性材料，它在硬化中(zhōng)和硬化后会形成许多(duō)大小(xiǎo)、形状不同的孔隙及相互连通的毛细孔通道。这些孔隙和毛细孔通道充满自由水，当温度降低到0℃以下时，混凝土结构构件表面的毛细孔中(zhōng)的自由水开始结冰，体(tǐ)积膨胀，并逐渐向内部发展。由于表面部位的水结冰膨胀，致使内部未冻结的水被封闭并沿毛细孔通道压向混凝土内部。

        随着冻结的发展，结冰体(tǐ)积越来越大，致使混凝土内部未冻水的压力越来越高，当内部压力增高到超过混凝土的抗拉强度时，就会把毛细孔胀破，产(chǎn)生微裂纹。水在一定压力下，流入产(chǎn)生裂纹的裂缝中(zhōng)，此时毛细孔中(zhōng)的静水压降低，破坏有(yǒu)所缓和。之后，冻结再继续向深层发展。水压力再次继续增大，达到一定程度时，裂纹继续扩大，同时会伴有(yǒu)新(xīn)的裂纹产(chǎn)生。如此，裂纹不断发展、增多(duō)，使混凝土由内至外发生破坏。

        对于早龄期的混凝土来说，混凝土的内部孔隙结构已基本形成，但并不十分(fēn)坚固，所以混凝土的早期受冻对混凝土的破坏尤为(wèi)厉害。另外，施工(gōng)水灰比越大，混凝土内部自由水含量就越多(duō)，使混凝土受冻害时的破坏程度就越严重。

2、混凝土冻害的特征

2.1、混凝土早期受冻的外观形貌特征

初期受冻的混凝土与质(zhì)量良好的混凝土外观形貌对比综合于下表：

混凝土外观形貌与特征对比表

2.2、混凝土早期受冻的残余变形特征

        混凝土可(kě)冻结水愈多(duō)，其体(tǐ)积膨胀也愈大。这种膨胀的特点是冻融解后混凝土不能(néng)完全恢复原形而残留部分(fēn)变形。浇筑后6~8小(xiǎo)时内冻结的混凝土，残余变形为(wèi)6x10-4，是其收缩值的6倍，往往导致结构内部产(chǎn)生微裂纹。残余变形是水冻结引起的混凝土内部损伤，是体(tǐ)积变化的综合表现，因此其大小(xiǎo)直接反映了混凝土初期受冻的程度。

2.3、混凝土早期受冻的冻害特征

        冬季施工(gōng)的混凝土结构受冻破坏后，一般都是等到第二年的气温回升到常温后才进行检测鉴定处理(lǐ)。运用(yòng)取蕊法检测鉴定可(kě)观察到如下四类冻害，特征如下：

一：混凝土表面呈现平行模板的针型冰道以致明显的冰花(huā)状冰道，发本酥。取蕊观察冻害深度仅在1厘米以内，内部的混凝土凝结硬化正常，强度无损。该类冻害多(duō)发生在初冬施工(gōng)、防冻措施不力的大截面结构构件上。冻害的严重的用(yòng)手即能(néng)将石子扒落。

二：混凝土表面粗糙，无平行模板的针型冰道。但回弹值较高，弹击时有(yǒu)空鼓感，超声测试声速很(hěn)低，以致丢波不易读数。取蕊观察冻害深达3-7厘米，主筋与混凝土脱离，有(yǒu)的蕊样取出后冻害层就脱落，内部混凝土凝结硬化正常，强度无损失。该类冻害发生在深冬施工(gōng)、防冻措施不力的大截面结构构件上。在大体(tǐ)积混凝土中(zhōng)，往往表现为(wèi)层状破坏。

三：混凝土表面粗糙，无平行模板的平行冰道，敲击无空鼓感，回弹、超声测值都低。取蕊观察冻害较深，冻害由表向里呈台阶型逐渐减轻，但到与正常硬化的界面冻害又(yòu)加重。该类发生在类似第二类的条件下，冰水共存层向内移位较多(duō)，外加剂浓缩含量增加，冰点渐降，冰水共存层阶段性向内推移，冻害成台阶型逐渐减弱。

四：混凝土表面粗糙，无针型冰道，敲击无空鼓感。取蕊观察表里无明显差异，但蕊样强度较正常凝结硬化的混凝土强度低30-50％，该类多(duō)发生在深冬施工(gōng)、防冻措施不力的小(xiǎo)截面结构构件上，如雨棚阳台上。混凝土硬化前已经迅速冻透，水分(fēn)重新(xīn)分(fēn)配、冰晶累积程度减弱。

3、混凝土早期冻害对混凝土性能(néng)的影响

3.1、早期受冻对混凝土内部结构的破坏

        混凝土浇筑后,在养护初期遭到冻害,内部会产(chǎn)生许多(duō)微裂纹. 这些微裂纹主要分(fēn)布在已经硬化了的水泥石中(zhōng),尤其在周边表层部分(fēn)分(fēn)布有(yǒu)较多(duō)裂纹,裂纹的形成及尺寸大小(xiǎo)与受冻前在常温下养护的时间长(cháng)短有(yǒu)关,裂纹尺寸及对应尺寸含量见图1 

图1 试件制作(zuò)后受冻的水泥石中(zhōng)裂纹分(fēn)布

1 - 试件融化后立即测定的裂纹分(fēn)布
2 - 试件融化后经6d 后测定的裂纹分(fēn)布
3 - 试件融化后经28d 后测定的裂纹分(fēn)布

        从图1可(kě)以看出，混凝土如发生早期受冻，在其内部产(chǎn)生大量5～400μm的微裂纹，即使混凝土融化以后再重新(xīn)养护28d，微裂纹也无法完全修复，仍残留大量5～50μm的裂纹。这些裂纹极大地降低了混凝土的一些主要性能(néng)。

3.2、早期受冻对混凝土强度与弹性模量的影响

        众所周知，初期冻害的混凝土由于游离水和大孔水的冻结，体(tǐ)积膨胀9％，混凝土内部产(chǎn)生巨大的冻胀应力，致使混凝土内部结构疏松，孔隙率增大，并产(chǎn)生微裂缝。粗骨料与砂浆界面间形成的冰膜，使两者间粘结力大为(wèi)削弱；同时由于低温、负温下水泥矿物(wù)水化缓慢，水分(fēn)转移后水泥就难以在气温转暖后继续水化，致使混凝土最终强度的损失可(kě)达到30~50％，弹性模量损失达12.3~22％。

        混凝土早期受冻以后，其抗压强度和抗拉强度都有(yǒu)一定损失，并且抗拉强度的损失要大于抗压强度的损失，表1为(wèi)混凝土浇筑后立即受冻的抗压强度损失。

         从表1可(kě)以看出，普通混凝土浇筑后，如未经适当养护而早期受冻，其抗压强度损失很(hěn)大。温度不太低时，损失反而更大。不论何种强度等级的普通混凝土，其强度损失最大可(kě)达50 %左右。因此,在北方地区(qū)的早春、深秋季节，施工(gōng)时应予特别重视。

3.3、早期受冻对钢筋与混凝土粘结力的影响

        在常温下，钢筋和混凝土能(néng)很(hěn)好的粘结在一起，共同承受力的作(zuò)用(yòng)，主要原因是：

① 钢筋和混凝土有(yǒu)相近的线(xiàn)膨胀系数，二者能(néng)够适应温度的变化；

② 粗糙的混凝土表面和钢筋接触，有(yǒu)很(hěn)强的啮合能(néng)力，使二者能(néng)共同工(gōng)作(zuò)。但在负温下，由于液相水变成了固相的冰，体(tǐ)积膨胀9%，改变了混凝土的线(xiàn)膨胀系数，使得钢筋和混凝土的线(xiàn)膨胀系数产(chǎn)生较大差异，有(yǒu)可(kě)能(néng)造成二者的剥离。另外，混凝土内部的水逐渐变成冰，产(chǎn)生的内压力迫使余下的液相水向孔隙或裂缝处转移，其中(zhōng)有(yǒu)一部分(fēn)水渗向了钢筋与混凝土连结处，随着冻结的进一步扩展，钢筋表面的水也结成了冰，因而降低了钢筋和混凝土的粘结力。待融化季节后，冰即变成水流走或蒸发，在钢筋和混凝土粘结处留下了大量的空隙和孔隙，大大降低了钢筋混凝土的强度。

        资料表明，受冻后的钢筋混凝土强度损失很(hěn)大，最大损失可(kě)达75 %左右，并且，混凝土标号越低，其损失值就越大。

3.4、早期受冻对混凝土抗冻性的影响

        混凝土抗冻性是指混凝土含水时抵抗多(duō)次冻融循环作(zuò)用(yòng)而不破坏的能(néng)力。为(wèi)了了解混凝土早期受冻对混凝土抗冻性的影响，进行了混凝土抗冻耐久性实验。本实验采用(yòng)两组同标号的混凝土进行，第一组试件经不同的预养时间后，在冷冻室冻结一昼夜后，再经28d标养，然后进行冻融耐久性实验；第二组试件经不同的预养时间后，不经标养直接进行冻融耐久性实验。

        实验结果表明，第一组试件中(zhōng)，没有(yǒu)经过预养的试件在经过30 次冻融循环后，表面出现剥落破坏现象，而随着试件预养时间的延长(cháng)，其表面出现剥落破坏现象的时间随冻融循环次数的增加而推迟，说明标养以后，早期冻害发生的越晚，混凝土的抗冻性能(néng)就越高；而第二组试件中(zhōng)，没有(yǒu)经预养的试件在经过15次冻融循环后，表面就出现了剥落破坏现象，说明早期冻害若发生在混凝土未达到最高强度以前，其危害性更大。由此可(kě)知,早期受冻对普通混凝土抗冻耐久性影响较大，并且混凝土的强度标号越低，这种影响将越明显。

4、早期受冻的二重性

        冬期负温下施工(gōng)的混凝土，并非必然因受冻而产(chǎn)生损害。因为(wèi)早期受冻虽有(yǒu)造成冻害的反作(zuò)用(yòng)，但又(yòu)有(yǒu)改善水泥石结构形态的作(zuò)用(yòng)和水泥石自愈作(zuò)用(yòng)。采取一定措施可(kě)以使早期受冻的混凝土强度不受损失，甚至反而有(yǒu)所提高。当然，从简化施工(gōng)程序，确保混凝土质(zhì)量等方面考虑，是希望防止混凝土冻害发生的。

5、关于混凝土实测强度的讨论

        冬季施工(gōng)的混凝土结构受冻破坏后，一般都是等到第二年的气温回升到常温后才进行检测鉴定处理(lǐ)。而本工(gōng)程在年前就完成了现场检测及混凝土取芯的工(gōng)作(zuò)，取芯的环境温度为(wèi)-9℃，仍处于混凝土的受冻期，在试验室进行10天标养后，进行受压试验，所得芯样的抗压强度很(hěn)低，绝大部分(fēn)远(yuǎn)远(yuǎn)低于设计值C30，其中(zhōng)柱子由于有(yǒu)模板的保护强度值较高（具(jù)体(tǐ)芯样的抗压强度见检测报告）。

        造成这种情况的原因主要有(yǒu)以下两点：

a、混凝土受早期冻害的影响，强度降低。

b、检测进行的太早，混凝土还没有(yǒu)解冻，强度还没有(yǒu)开始恢复，标养的逐日累计养护温度没有(yǒu)达到600℃·d，即试件没有(yǒu)达到等效养护龄期，当试件达到等效养护龄期时，方可(kě)对同条件养护试件进行强度试验。所谓等效养护龄期，就是逐日累计养护温度达到600℃.d，且龄期宜取14d～60d。一般情况，温度取当天的平均温度。故根据以往经验推定，该工(gōng)程混凝土的强度随着气温的升高，混凝土自身的修复作(zuò)用(yòng)等条件下，会逐渐升高到原设计强度的80~90％左右，现在大部分(fēn)芯样的强度在其原设计强度的70％左右。