一則公路 T 梁外觀缺陷原因判定及驗(yàn)證案例解析

王俊杰，韋 志，古 源，郭清春，黨玉棟

（1.麗江公路局，云南 麗江 674100；2.云南建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司，云南 昆明 650223；3.云南省建筑科學(xué)研究院有限公司 云南省建筑結(jié)構(gòu)與新材料企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650223）

0 引言

預(yù)應(yīng)力 T 梁是公路橋梁使用最廣泛的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，但其開(kāi)裂、水紋色差等質(zhì)量或外觀缺陷一直也是困擾橋梁工程質(zhì)量的常見(jiàn)問(wèn)題［1，2］。就建設(shè)階段而言，大多數(shù)情況下導(dǎo)致 T 梁開(kāi)裂的原因可能包括水泥比表面積過(guò)大、混凝土中水泥用量過(guò)高、養(yǎng)護(hù)措施與 T 梁水化溫升不匹配等［3，4］。但在實(shí)際工程中，在無(wú)事先充足的檢（監(jiān)）測(cè)資料情況下，事后根據(jù) T 梁裂縫外觀來(lái)準(zhǔn)確判斷開(kāi)裂等質(zhì)量缺陷的原因還是比較困難的［5］，即使通過(guò)理論分析可大體指向某些原因，但很多情況下很難得到實(shí)際驗(yàn)證，這導(dǎo)致了實(shí)際工程中該類缺陷反復(fù)出現(xiàn)而得不到有效預(yù)防和控制［6］。

本文以某實(shí)際橋梁工程施工期間報(bào)廢的預(yù)應(yīng)力 T 梁為研究對(duì)象，通過(guò)針對(duì)腹板上部開(kāi)裂等質(zhì)量缺陷的分析，在無(wú)有效過(guò)程監(jiān)管資料情況下，通過(guò)綜合分析梁體外觀質(zhì)量缺陷的狀態(tài)，再運(yùn)用理論判斷、回彈、超聲無(wú)損檢測(cè)，以及鉆芯取樣，最終準(zhǔn)確確定了梁體開(kāi)裂以及其他外觀缺陷都是由于混凝土離析導(dǎo)致。本案例可為類似工程中運(yùn)用各種無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)以及綜合分析手段判斷裂縫成因提供參考。

1 案例概況

本文涉及的報(bào)廢預(yù)應(yīng)力 T 梁為 30 m 標(biāo)準(zhǔn)梁（非邊梁），設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C 50。

1.1 混凝土原材料及配合比

該 T 梁所用水泥為 P·O 52.5 水泥，細(xì)集料為天然砂，粗集料為粒徑為（5～10）mm 和（10～20）mm 石灰?guī)r碎石，外加劑采用聚羧酸減水劑，各種材料的基本性能如表 1～表 3 所示，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均符合 JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的要求，混凝土配合比如表 4 所示。

表1 水泥基本性能

表2 天然砂基本性能

表3 碎石基本性能

表4 混凝土配合比 kg·m3

報(bào)驗(yàn)混凝土工作性能良好，坍落度 190 mm，黏聚性和保水性能良好，無(wú)離析泌水情況，初凝時(shí)間5.5h。實(shí)測(cè)混凝土 7 d 和 28 d 標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度分別為 56.3 MPa和 62.8 MPa。

1.2 施工概況

施工采取夜間 8 點(diǎn)澆筑，澆筑期間環(huán)境溫度 16～18 ℃，濕度 65 %。由于該梁施工期間監(jiān)理未旁站，事后施工班組反饋澆筑期間到場(chǎng)混凝土拌合物存在輕微離析的情況，同時(shí)在澆筑翼板前，最后一車混凝土到場(chǎng)與前一車混凝土?xí)r間間隔較常長(zhǎng)，但具體澆筑過(guò)程詳細(xì)數(shù)據(jù)資料已無(wú)法準(zhǔn)確獲取。第二日下午拆模后發(fā)現(xiàn)腹板混凝土外觀質(zhì)量較差，翼板底部見(jiàn)施工冷縫，腹板中部表面存在大量水波紋狀色差，翼板以下腹板上部?jī)蓚?cè)約 25 cm 高度范圍存在豎向規(guī)則裂紋和起砂等外觀曲線，具體外觀如圖 1 所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力 T 梁拆模后腹板外觀缺陷情況

2 預(yù)應(yīng)力 T 梁外觀質(zhì)量缺陷的原因分析

2.1 外觀缺陷成因理論分析

由于該梁鋼模板所用的脫模劑為無(wú)色無(wú)味的水性脫模劑，因此 T 梁腹板上大面積存在的水波紋狀色差［（見(jiàn)圖 1（b）］可排除脫模劑或模板的因素。結(jié)合施工班組事后回憶澆筑期間混凝土出現(xiàn)輕微離析情況，初步判斷該色差是混凝土發(fā)生較大程度的離析或泌水導(dǎo)致的，可能是澆筑前混凝土已經(jīng)發(fā)生離析泌水，也不排除澆筑過(guò)程中過(guò)振而導(dǎo)致離析泌水的可能。正常情況下，混凝土拌合物中的自由水是與膠凝材料是均勻混合的。一旦發(fā)生離析泌水，由于水的相對(duì)密度比水泥漿體小，澆筑過(guò)程中自由水往往會(huì)在混凝土澆筑面富集，當(dāng)新的混凝土澆筑后，或混凝土在振動(dòng)棒的擾動(dòng)下，混凝土所泌的自由水逐漸被擠壓到模板表面，最終使得貼近模板的水泥漿體實(shí)際水灰比發(fā)生變化而導(dǎo)致混凝土表面的水波紋狀色差的出現(xiàn)；同時(shí)，由于混凝土泌水使得局部水泥漿實(shí)際水灰比過(guò)大，導(dǎo)致局部水泥漿無(wú)法形成強(qiáng)度，從而導(dǎo)致局部出現(xiàn)起砂的情況［7］，如圖 1（d）左框圖所示。

基于以上初步分析，有理由判斷腹板上部 25 cm 高度范圍發(fā)生豎向開(kāi)裂［如圖 1（d）右框內(nèi)外觀］的原因也與混凝土離析有關(guān)。在澆筑腹板過(guò)程中混凝土產(chǎn)生離析，混凝土中集料區(qū)域下沉，而漿體則會(huì)在每層混凝土表面富集，經(jīng)插入式振搗棒的擾動(dòng)，各層混凝土表面的浮漿不斷向腹板上部富集一直到翼板下緣。結(jié)合施工班組回憶提到的施工期間最后一車混凝土與前一車混凝土到場(chǎng)間隔澆筑時(shí)間較長(zhǎng)的情況，以及圖 1 中 T 梁翼板下部出現(xiàn)的色差，一方面可以判斷在澆筑翼板前，富集到腹板上部的水泥漿體已發(fā)生初凝，最終導(dǎo)致翼板澆筑出現(xiàn)冷縫；另一方面，腹板上部的水泥漿體中膠凝材料相對(duì)較高，硬化后收縮較常規(guī)混凝土更大［8］，加上缺乏粗集料的約束，最終導(dǎo)致該部位出現(xiàn)豎向收縮裂縫。

2.2 無(wú)損檢測(cè)結(jié)果及討論

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述分析的合理性和準(zhǔn)確性，分別采用了 2.207 J 普通回彈儀和非金屬超聲波檢測(cè)儀按 T/CECS 02-2020《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》中相關(guān)的檢測(cè)方法對(duì)腹板上部有開(kāi)裂的區(qū)域［如圖 1（c）所示區(qū)域］和腹板中部無(wú)開(kāi)裂區(qū)域［如圖 1（b）所示區(qū)域］各選取 5 個(gè) 20 cm×20 cm 的測(cè)區(qū)對(duì)其回彈值（每個(gè)測(cè)區(qū) 16 個(gè)點(diǎn)）和超聲聲速值（每個(gè)測(cè)區(qū) 2 個(gè)點(diǎn)）進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，回彈值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表 5 所示，超聲聲速值如表 6 所示。

由表 5 可知，腹板上部有開(kāi)裂的區(qū)域和中部無(wú)開(kāi)裂的區(qū)域回彈值中位數(shù)和算數(shù)平均數(shù)并無(wú)顯著差異，但從最大、最小值和第一、第三分位數(shù)數(shù)據(jù)所代表的數(shù)據(jù)離散程度而言，腹板上部有開(kāi)裂的區(qū)域數(shù)據(jù)離散性較腹板中部無(wú)開(kāi)裂部位更小，該數(shù)據(jù)間接印證了腹板上部由于開(kāi)裂的區(qū)域水泥漿體富集，因此其回彈值離散性相對(duì)含粗集料的腹板中部區(qū)域較小；另一方面，由表 6 可知，腹板上部存在開(kāi)裂區(qū)域的超聲波聲速值顯著低于腹板中部無(wú)開(kāi)裂的區(qū)域，該數(shù)據(jù)也佐證了腹板中部混凝土中由于存在較硬化水泥漿體更加致密的粗集料，因此超聲波傳播速度更快一些。這些結(jié)果同時(shí)進(jìn)一步印證了腹板上部有開(kāi)裂的區(qū)域硬化混凝土材料組成與腹板中部無(wú)開(kāi)裂區(qū)域是存在顯著差異的。

表5 腹板不同部位回彈值測(cè)試結(jié)果

表6 腹板不同部位超聲波聲速測(cè)試結(jié)果

2.3 鉆芯取樣驗(yàn)證

基于以上分析，為進(jìn)一步驗(yàn)證上述判斷的準(zhǔn)確性，對(duì)腹板上部存在開(kāi)裂部位的混凝土進(jìn)行了鉆芯取樣，取樣部位和芯樣外觀如圖 2 所示。從圖 2 芯樣外觀可以明顯看出，該部位混凝土組成全部是水泥砂漿，未見(jiàn)任何粗集料，同時(shí)裂縫顯然也是貫通的。至此，可以認(rèn)為上述理論分析和無(wú)損檢測(cè)分析是完全準(zhǔn)確的，造成該混凝土 T 梁局部開(kāi)裂、起砂、水波紋狀色差等多種外觀缺陷的根本原因是混凝土離析導(dǎo)致的。

圖2 取樣位置和芯樣外觀

3 結(jié)語(yǔ)和展望

本文以某公路 T 梁為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)其表面存在的局部開(kāi)裂、起砂、水波紋狀色差等外觀缺陷的綜合分析，結(jié)合理論判斷、無(wú)損檢測(cè)和鉆芯驗(yàn)證，最終證實(shí)了造成該 T 梁出現(xiàn)上述外觀缺陷的根本原因是混凝土離析。該案例所呈現(xiàn)的 T 梁外觀缺陷是實(shí)際公路工程中比較常見(jiàn)的缺陷形式，尤其是 T 梁腹板上存在的水波紋狀色差最常發(fā)生，以往工程實(shí)踐中對(duì)該類外觀的成因和預(yù)防措施一直缺乏全面的認(rèn)識(shí)，本文通過(guò)解剖式分析，為該類缺陷成因的分析以及預(yù)防提供第一手的參考資料；同時(shí)，根據(jù) T 梁缺陷外觀特征，綜合運(yùn)用理論判斷和無(wú)損檢測(cè)對(duì)外觀缺陷的分析方法，也可為后續(xù)工程中無(wú)法采取鉆芯等破壞性試驗(yàn)時(shí)如何判斷缺陷成因提供參考。Q