某舊城改造項目混凝土表層剝落原因及處理措施分析

傅國平，汪颯紅 （銅陵市建筑工程管理局，安徽 銅陵 244000）

1 項目概況

某舊城改造項目A#樓、B#樓工程總建筑面積51495.44m2。其中A#樓建筑高度為95m，地下2層，地上主體34層，附屬裙房3層，地上建筑面積為19907.68m2；B#樓建筑高度為99.4m，地下2層，地上主體34層，附屬裙房2層，地上建筑面積為31587.76m2。主體為住宅用房，剪力墻結構；附屬裙房為商業用房，框架結構。結構設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度，剪力墻的抗震等級為二級，裙房框架的抗震等級為三級。該項目2017年3月開工建設，整體現澆，混凝土拌合物由某商品混凝土生產企業提供。2019年12月完成竣工驗收，2020年3月交付使用。2020年7月開始出現混凝土構件表層剝落、起鼓現象。

2 鑒定方案

初步調查觀測到，混凝土表層剝落、起鼓缺陷的樓層集中在10#樓第29～34層、11#樓16層東單元、21～27層和第28～29層西單元范圍內。混凝土構件表面存在數量較多、不同程度的點狀表層剝落、起鼓缺陷（見圖1），缺陷呈無規律分散分布。混凝土剝落后剝落處一般呈現凹坑狀，凹坑中心有黑褐色渣狀骨料，剝落的混凝土大小不一、近似錐體塊體（見圖2），最大剝落面積約170 mm×170mm，凹坑深度在2mm～40mm之間。剝落的錐體塊體頂點為黑褐色渣狀骨料，渣狀骨料呈松散、多孔形態；起鼓處輕觸或敲擊后表層混凝土即剝落，露出黑褐色骨料形態同已發生剝落的錐體塊體頂點。這些樓層混凝土澆筑時間為從2018年10月14日至2019年1月18日的約3個月內。通過以上情況分析，高度懷疑混凝土表層剝落、起鼓缺陷由混凝土中摻有有害渣狀骨料（膨脹物質），有害的渣狀骨料黑褐色渣狀骨料于混凝土硬化后體積膨脹，致有黑褐色渣狀骨料混凝土表層剝落、起鼓；黑褐色渣狀骨料的粒徑大小不一致剝落后的凹坑面積大小不一；黑褐色渣狀骨料的位置確定了凹坑深度在；凹坑或剝落的塊體呈錐體，是因為由混凝土表層及渣狀骨料所在的頂點，黑褐色渣狀骨料周圍混凝土對其約束逐漸增大，約束最大處為錐體頂點，約束最小處為錐體底面（即混凝土表面）。

圖1 剪力混凝土剝落后的錐形凹坑

圖2 剝落的混凝土塊體

為進一步了解混凝土剝落、起鼓損傷現狀，分析混凝土剝落、起鼓原因，確定有害物質的成分和含量，分析剝落、起鼓損傷和有害物質對結構長期性能的影響，我們委托安徽省建筑工程質量第二監督檢測站和中冶檢測認證有限公司等單位進行了有缺陷樓層檢測和工程結構現狀可靠性鑒定及長期性能評價。檢測機構根據委托要求開展以下工作。

①調查與檢測：a.圖紙資料調查，獲取房屋結構及混凝土材料的相關信息；b.使用條件和環境調查；c.結構現狀調查與檢測，對委托鑒定樓層范圍內混凝土構件的剝落、起鼓現狀進行調查，對典型剝落、起鼓損傷特征進行檢測。

②混凝土現狀性能試驗：根據劃分的檢驗批進行現場鉆芯取樣，針對不同檢驗批選取有代表性的芯樣進行破拆及骨料分離、分類，對骨料進行巖礦鑒定，并對異常骨料進行微觀試驗，分析混凝土構件的爆裂損傷原因；檢測構件混凝土強度。

③結構計算分析：采用PKPM軟件建立三維模型，進行復核計算分析。

④現狀可靠性鑒定：按照有關規范對有缺陷樓層的現狀進行可靠性鑒定評級。

⑤混凝土長期性能試驗和結構長期性能評價：通過對骨料中有害物質的潛在危害性試驗、膨脹源含量檢驗及骨料的體積穩定性試驗，判定膨脹源對混凝土質量是否具有潛在危害，并采用PK?PM軟件按照實測的有害物質替代率和膨脹率對結構整體膨脹效應進行整體膨脹效應宏觀分析計算和局部膨脹效應的有限元分析計算，對結構長期性能進行評價。

⑥提出鑒定結論。

3 鑒定結論[1]

3.1 結構損傷原因

通過對現場混凝土中未剝落、起鼓處水泥石和剝落、起鼓處膨脹物質進行取樣，進行化學成分分析、物質組成分析以及熱重分析可知：已膨脹的膨脹物質主要成分為氫氧化鈣（Ca（OH）2）、碳酸鈣（CaCO3）、鐵酸鈣（CaO·Fe2O3）與未反應的氧化鈣和少量二氧化錳。結合已膨脹的膨脹物質定量礦物分析和熱重分析結果，膨脹物質中含有過燒氧化鈣（生石灰），過燒氧化鈣同時也被膨脹物中的其他物質包覆，過燒氧化鈣的消化速度及被其他物質包覆導致其在混凝土硬化后消化并體積膨脹。膨脹物質主要化學組成成分（Ca、Fe、Mn及Mg）與鋼渣特征RO相（由Fe、Mn、Ca等金屬氧化物形成的連續固溶體）化學成分相符，符合鋼渣水化產物成分特征。芯樣的破拆結果表明，膨脹物質即為混凝土中的渣狀骨料，根據渣狀骨料的巖礦鑒定、微觀試驗分析及氧化鈣的含量檢驗結果可知：

①混凝土中含有的黑褐色渣狀骨料為非天然巖石制備的粗骨料，不具有天然巖石的巖性表現，與天然巖石種類不符。其物質組成及相對含量與鋼渣的一般成分及相對含量相近。該骨料的含量為5.12%～6.92%。

②渣狀骨料中含有過燒氧化鈣，過燒氧化鈣于混凝土硬化后與混凝土中的水組分和環境中的水（遷移至膨脹物處）一起消化發生體積膨脹是導致混凝土表層出現剝落、起鼓的直接原因。

3.2 現狀可靠性鑒定

A#樓、B#樓鑒定樓層的現狀可靠性等級評定結果：A#樓第30層、31層為B級，第29層、32層、33層、34層為C級；B#樓第16層（東單元）、21層、22層、23層、25層、26層、28層（西單元）為B級，第24層、27層、29層（西單元）為C級。

現狀可靠性不滿足A級標準的主要原因是部分混凝土構件表面存在不同程度的剝落、起鼓缺陷。

①構件的安全性等級按承載力、構造以及不適于承載的位移（或變形）和裂縫（或其他損傷）四個檢查項目評定。因部分構件存在剝落、起鼓缺陷，其安全性不滿足au級要求。

②構件的使用性等級按位移（變形）、裂縫、缺陷和損傷等四個檢查項目評定。因部分構件存在剝落、起鼓缺陷，其使用性不滿足as級要求。

③樓層中存在安全性和使用性不滿足要求的構件，致其可靠性不滿足A級標準，應對現狀存在損傷的構件進行處理。

3.3 長期性能評價

①針對膨脹源膨脹效應的長期影響分別進行了整體膨脹效應的宏觀分析和局部效應的精細化分析：

a.按照實測的渣狀骨料替代率和偏保守的膨脹率進行膨脹效應的整體影響分析，在局部損傷全部修復的前提下，混凝土中膨脹源的整體膨脹效應應對結構整體安全無顯著影響；b.局部膨脹效應的精細化分析表明，渣狀骨料的體積膨脹會造成混凝土的剝落、起鼓局部損傷破壞，不同粒徑的渣狀骨料在不同深度范圍內的影響有所不同。渣狀骨料粒徑越小，距離混凝土表面深度越大，影響越小，按渣狀骨料的最大粒徑考慮，當深度超過5cm時，不考慮混凝土強度的局部離散性，膨脹力導致的表面裂縫寬度已經在可接受的范圍內。

②局部膨脹效應會導致結構構件發生剝落、起鼓損傷，尚未發生膨脹的渣狀骨料仍存在膨脹破壞的風險；已經存在現狀損傷的構件，隨著渣狀骨料中氧化鈣消化的發展，構件存在損傷點數量增加、剝落深度增大、可靠性等級隨之降低的可能，應采取有效措施防止局部效應對整體安全性的影響。

綜上，應對存在損傷的構件進行修復，防止局部效應對整體安全性的不利影響。在局部損傷全部修復的前提下，混凝土中膨脹源的整體膨脹效應應對結構整體安全無顯著影響，結構整體安全基本滿足要求。

4 處理措施和維修效果

根據鑒定建議制定維修方案，組織專家對方案進行專家論證[2]。委托有經驗的施工單位進行維修處理。排查建筑物室內、公共區域和外墻所有部位及混凝土構件。對于室內、公共區域及無保溫外墻部位，全部剝落、起鼓缺陷點均應進行維修處理；對于室內已裝修樓面及衛生間、廚房等部位，如發現因剝落、起鼓缺陷引起瓷磚等裝飾層開裂、變形等現象，也應進行維修處理；對于有保溫剪力墻外墻，應定期對外墻保溫工作情況進行檢查，待室內剝落、起鼓缺陷情況基本不再出現后，再對外墻爆裂情況進行維修處理。

4.1 處理措施

4.1.1 修補材料

修補材料采用高性能水泥復合砂漿和水泥基灌漿料進行修補。修補材料強度等級應比修補處原結構構件中混凝土強度等級提高一級，且不得低于M30或C30。其強度指標應符合維修方案要求。根據現場損傷點深度，選擇不同修補材料修補：

①剝落、起鼓缺陷深度小于40mm采用混凝土結構加固用的高性能水泥復合砂漿修補；

②剝落、起鼓缺陷深度大于40mm采用結構加固用水泥基灌漿料進行修補。

結構界面膠應選用改性環氧類界面膠，其性能應符合維修方案要求。

4.1.2 施工要點

①應組織固定專業維修人員，對現場存在剝落、起鼓缺陷現象的樓層進行定期檢查，發現剝落、起鼓缺陷現象及時進行維修處理，并制定詳細維修方案。

②對存在問題的樓層混凝土構件進行灑水噴霧，使存在于結構構件表面的有害物質完全消化、充分暴露。

③將已出現剝落、起鼓缺陷部位脫落混凝土清除干凈，鑿除爆裂、鼓包點處黑褐色有害物質。鑿除范圍應適當擴大，確保該點有害物質被完全清除，并洗除點位內浮灰等。

④在需修復結構表面均勻涂刷混凝土結構界面膠。

⑤根據所選界面膠使用時間，及時采用修補材料按要求對損傷部位修復至原結構面。修補砂漿和灌漿料應抹壓、澆筑密實，粘結牢固（見圖3）。

圖3 現場維修

⑥混凝土構件修復完畢后，應按施工方案及時養護。

4.1.3 驗收要求

①原構件混凝土表層不得有剝落、酥松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，表面不得有浮漿、浮塵和油污，界面膠無漏刷或剝落現象。

②加固施工用復合砂漿和灌漿料應經檢測合格，其強度等級應符合維修方案要求。

③修補達到齡期后，應對結合面的牢固性進行檢驗。

④修補施工質量驗收可按混凝土結構工程施工質量驗收規范的規定執行。

4.2 維修效果

經過近一年的觀察，在維修過的墻面、頂棚等部位未發現新的剝落、起鼓缺陷。

5 結語

①混凝土剝落、起鼓缺陷在建筑工程實踐中比較少見，需要認真對待。應仔細查找混凝土剝落、起鼓缺陷原因，確定構件中有害物質的成分和有害物質的含量，進行結構現狀可靠性鑒定，分析剝落、起鼓缺陷損傷和有害物質對結構長期性能的影響，保證建筑物安全性。

②商品混凝土企業應加強自身質保體系建設，嚴格技術和原材料的管理，混凝土所用水泥、骨料、拌和用水、外加劑和礦物摻合料等符合有關規范的規定，并應進行檢驗。嚴禁添加鋼渣等材料作為骨料使用。

③本工程采用的處理措施可有效修復已經存在的構件損傷，但構件混凝土中尚可能存在未發生反應的有害物質，仍有膨脹破壞的風險。因此應對該工程進行常年定期檢查，如發現新的剝落、起鼓缺陷，應按維修方案及時修復。