1、第三講：混凝土結構事故案例分析,一、混凝土受凍或養(yǎng)護溫度過低事故案例,某工程為三層磚混結構，現澆鋼筋混凝土樓蓋，縱墻承重、灰土基礎（圖2.13）。施工后于當年10月澆灌二層樓蓋混凝土。全部主體結構于第二年1月完工。在4月間進行裝修工程時，發(fā)現各層大梁均有斜裂縫。 其現象： 裂縫多為斜向，傾角5060，且多發(fā)生在300mm的鋼箍間距內。近梁中部為豎向裂縫 斜裂縫兩端密集，中部稀少（值得注意的是在縱筋截斷處都有斜裂縫）；其沿梁高度方向的位置較多地在中和軸以下，個別貫通梁高。 裂縫寬度在梁端附近約0.51.2mm，近跨中約0.10.5mm；裂縫深度一般小于1/3，個別的兩端穿通；裂縫數量每根梁少則4

2、根，多則22根，一般為1015根。,混凝土受凍或養(yǎng)護溫度過低事故案例圖片,事故分析及原因,施工原因：澆灌二層梁板時，未采用專門養(yǎng)護措施，澆灌后2h就在板面鋪腳手板、堆放磚塊進行砌墻。11月初澆灌三層現澆板時，室內溫度為01C，未采取保溫措施。根據試驗資料，混凝土在21d后的強度只達28d理論強度值的42.5%，一個月后才達到52%。因此混凝土早期受凍是這起質量事故的重要原因。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。 設計原因：其一是箍筋間距過大?；炷两Y構設計規(guī)范7.2.7條規(guī)定，“當梁高為500mm且V0.07fcbh0時，梁中箍筋的最

3、大間距為200mm?！倍竟こ坦拷铋g距卻為300mm，這就是斜裂縫多發(fā)生在箍筋之間的原因。其二是是縱筋在梁跨中間截斷?；炷两Y構設計規(guī)范6.1.5條規(guī)定，“縱向受拉鋼筋不宜在受拉區(qū)截斷”。而本工程梁中部分縱向受拉鋼筋在跨中截斷，截斷處都出現斜裂縫，這說明受拉鋼筋對梁截面的抗剪能力起到一定作用，也說明規(guī)范的規(guī)定是最適合的。 比較施工和設計原因，顯然可見，施工中混凝土早期受凍是產生本工程質量事故的 主要原因。,事故加固方案,由于梁上有大量斜裂縫，很容易發(fā)生脆性截面破壞，引起梁的斷裂，故必須進行加固。加固方案是在原大梁外包一U形截面梁，該梁按承受原來梁的的全部彎矩和剪力進行設計，并在U形截面梁的端部

4、沿墻設置鋼筋混凝土柱和基礎，作為加固梁的支承。,二、混凝土初期收縮事故案例,某辦公樓為現澆鋼筋混凝土框架結構。在達到預定混凝土強度拆除樓板模板時，發(fā)現板上有無數走向不規(guī)則的微細裂紋，如圖2.16所示。裂縫寬0.050.15mm，有時上下貫通，但其總體特征是板上裂紋多于板下裂紋,事故原因分析及處理措施,查得施工時的氣象條件是：上午9時氣溫13C，風速7m/s，相對濕度40%；中午溫度15C，風速13m/s（最大瞬時風速達18m/s），相對濕度29%；下午5時溫度11C，風速11m/s，相對濕度39%。灌注混凝土就是在這種非常干燥的條件下進行的。由于異常干燥加上強風影響，故使得混凝土在凝結后不久即

5、出現裂紋。根據有關資料記載：當風速為16m/s時，混凝土的蒸發(fā)速度為無風時的4倍；當相對濕度10%時，混凝土的蒸發(fā)速度為相對濕度90%時的9倍以上。根據這些參數推算，本工程在上述氣象條件下的蒸發(fā)速度可達通常條件的810倍。 因此，可以認為與大氣接觸的樓板上面受干燥空氣和強風的影響成為產生較多失水收縮裂紋的主因，而曾受模板保護的樓板下面這種失水收縮裂紋會比較少一點。經過對灌注樓板是預留的試塊和對樓板承載能力進行試驗，均能達到設計要求。 這說明具有失水收縮的混凝土初期裂紋對樓板的承載力并無影響。但是為了建筑物的耐久性，還應使用樹脂注入法進行補強。,三、混凝土麻面掉角蜂窩露筋和空洞事故案例,某劇場挑

6、臺平面和柱截面配筋如圖2.19（a）、（b）所示。在14根鋼筋混凝土柱子中有13根有嚴重的蜂窩現象。具體情況是：柱全部側面面積142m2,蜂窩面積有7.41 m2，占5.2%；其中最嚴重的是K4，僅蜂窩中露筋面積就有0.56 m2。露筋位置在地面以上1m處，正是鋼筋的搭接部位（圖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，傾倒混凝土時未用串筒、留管等設施，違反施工驗收規(guī)范中關于“混凝土自由傾落高度不宜超過2m”及“柱子分段灌注高度不應大于3.0m”的規(guī)定，使混凝土在灌注過程中已有離析現象。 灌注混凝土厚度太厚，搗固要求不嚴。施工時未用振搗棒，而

7、采用6m長的木桿搗固，并且錯誤地規(guī)定每次灌注厚度以一車混凝土為準（約厚40cm），灌注后搗固30下即可。此規(guī)定違反了施工驗收規(guī)范中關于“柱子灌注厚度不得超過20cm”的界限。 柱子鋼筋搭接處的設計凈距太小，只有3137.5mm，小于設計規(guī)范規(guī)定柱縱筋凈距應50mm的要求。實際上有的露筋處凈距為0或10mm。,事故處理方案,剔除全部蜂窩四周的松散混凝土；用濕麻袋塞在鑿剔面上，經24h使混凝土濕透厚度至少4050mm；按照蜂窩尺寸支以有喇叭口的模板，如圖2.19（e）；灌注加有早強劑的C30（舊混凝土為C20）豆石混凝土；養(yǎng)護14晝夜；拆模后將喇叭口上的混凝土鑿除。除以上補強措施外，還應對柱進行超

8、聲波探傷，查明是否還有隱患。,四、混凝土施工縫處理不當事故案例,某會議室門廳，屋面板為預制樓板，而大梁、圈梁、雨罩均為現澆C20鋼筋混凝土構件（圖2.27）。施工時，大梁混凝土先灌筑，圈梁、雨罩混凝土因故后澆灌，但卻不適當地將施工縫留在大梁梁端與圈梁交接處（圖2.27甲），而且施工縫處的混凝土沒有妥善處理，又由于該處混凝土沒有側向限制而無法振搗，實際上形成松散的一堆 。,事故原因分析,施工縫留在梁端剪力最大部位； 施工縫處混凝土強度等級顯然不滿足設計要求，甚至不足C10，嚴重影響梁端抗剪能力和粘著力強度； 新舊混凝土無法連接。,事故處理措施,將梁端混凝土用工小心地鑿成如圖2.27乙所示形狀，并

9、將部分預制樓板，以加強梁端的抗剪能力。,五、混凝土受腐蝕事故案例,北京某旅館的某區(qū)為一6層兩跨連續(xù)梁的現澆鋼筋混凝土內框架結構，上鋪預應力空心樓板，房屋四周的底層和二層為490mm厚承重磚墻，二層以上為370mm厚承重磚墻。全樓底層5.0m高，用作餐館，底層以上層高3.60m，用作客房。底層中間柱截面為圓形，直徑550mm，配置9根直徑為22的二級鋼筋縱向受力鋼筋，6200箍筋，如圖2.35所示。柱基礎的底面積為3.50m3.50m的單柱鋼筋混凝土階梯形基礎；四周承重墻為磚砌大放腳條形基礎，底部寬度1.60m，二者均以地基承載力fk=180Kn/m2(持力土層為粘性土)，并考慮基礎寬、深度修正

10、后的地基承載力設計值算得。 該房屋的一層鋼筋混凝土工程在冬季進行施工，為混凝土防凍而在澆筑混凝土時摻入了水泥用量3%的氯鹽。 該工程建成使用兩年后，某日，突然在底層餐廳A柱柱頂附近處，掉下一塊約40mm直徑的混凝土碎塊。為防止房屋倒塌，餐廳和旅館不得不暫時停止營業(yè)，檢查事故原因。,事故原因分析,在該建筑物的結構設計中，對兩跨連續(xù)梁施加于柱的荷載，均是按每跨50%的全部恒活荷載傳遞給柱估算的（另50%由承重墻承受），與理論上準確的兩跨連續(xù)梁傳遞給柱的荷載相比，少算25%的荷重。,柱基礎和承重墻基礎雖均按fk=180Kn/m2設計，但經復核，兩側承重墻下條形基礎的計算沉降估計45mm左右，顯然大于

11、鋼筋混凝土柱下基礎的計算沉降量（估計在34mm左右）。雖然，他們間的沉降差為11mm0.002l=0.0027000=14mm,是允許的；但是，由于支承連續(xù)梁的承重墻相對“軟”（沉降量相對大）。而支承連續(xù)梁的柱相對“硬”（沉降量相對?。?，致使樓蓋荷載往柱的方向調整，使得中間柱實際承受的荷載比設計值大而兩側承重墻實際承受的荷載比設計值要小。 （1）和（2）項累計，柱實際承受的荷載將比設計值要大得多。,事故原因分析,柱雖按550圓形截面鋼筋混凝土受壓構件設計，配置9根直徑為22的二級鋼筋縱向鋼筋，AS=3421mm2，含鋼率1.44%，從截面承載力看是足夠的，但箍筋配置不合理，表現為箍筋截面過細、

12、間距太大、未設置附加箍筋，也未按螺旋箍筋考慮，致使箍筋難以約束縱向受壓力后的側向壓屈。,事故原因分析,底層混凝土工程是在冬季施工的，混凝土在澆筑是摻加了氯鹽防凍劑，對混凝土有鹽污染作用，對混凝土中的鋼筋腐蝕起催化作用。實際上，從底層柱破壞處的鋼筋實況分析，縱向鋼筋和箍筋均已生銹，箍筋直徑原為6，銹后實為5.2左右，截面損失率約為25%。如此細又如此稀的箍筋難以承受柱端截面上9根直徑為22的二級鋼筋縱筋側向壓屈所產生的橫拉力，起結果必然是箍筋在其最薄弱處斷裂，此斷裂后的混凝土保護層剝落，混凝土碎塊下掉。,六、鋼筋配置不當事故案例,某百貨大樓一層櫥窗上設置有挑出1200mm通長現澆鋼筋混凝土雨篷，

13、如圖2.36（a）。待到達混凝土設計強度拆模時，突然發(fā)生從雨篷根部折斷的質量事故，呈門簾狀如圖2.36（b）。,事故分析,受力筋放錯了位置（離模板只有20mm，如圖2.36c）所致。原來受力筋按設計布置，鋼筋工綁扎好后就離開了。打混凝土前，一些“好心人”看到雨篷鋼筋浮擱在過梁箍筋上，受力筋又放在雨篷頂部（傳統(tǒng)的概念總以為受力筋就放在構件底面），就把受力筋臨時改放到過梁的箍筋里面，并貼著模板。打混凝土時，現場人員沒有對受力筋位置進行檢查，于是發(fā)生上述事故。,七、施工時因鋼筋位置配置引起事故案例,某工程框架柱的原設計截面及配筋如上圖a，在綁扎柱基插筋時，錯誤地將兩排5 25變成3 25(圖b)。此

14、失誤在柱基混凝土澆筑完畢后才發(fā)現。,事故案例處理方法,在柱的短邊各補上2 25插筋。 為保證新加插筋的錨固，在兩個短邊上各用3 25橫筋與短邊3 25焊成一體，并將第二步臺階加高500mm。加高臺階時將原基礎面鑿毛、清洗、支模、澆筑提高一級的混凝土，并在新臺階面層鋪設6200鋼筋網一層。 原設計在柱底500mm高度內加密箍筋，現增至1000mm。,八、水泥和骨料含有害物質事故案例,山西某廠有9幢4層磚混結構住宅，均采用預制空心樓板。該工程1984年5月開工，同年底完成主體工程，翌年內部裝修。在1985年6月進行工程質量檢查時，發(fā)現其中一幢（12號樓）有多處預制樓板起鼓、酥裂情況。隨后，該樓樓板

15、損壞愈來愈嚴重，其它四幢（11、13、16、17號樓）也有相繼不同程度地出現破壞跡象。,事故案例分析 及原因,從預制板普遍破壞跡象看，主要是由于混凝土材料品質不良引起的，而且顯然是因為混凝土內含有害物使材料逐漸發(fā)生物理化學變化引起體積膨脹所造成的。于是，從破壞最嚴重的樓板以及尚未出廠的樓板上取樣2000余個，篩選10，再從中抽出部分樣品作材料的化學分析和巖相分析檢驗。檢驗時按粗骨料的不同顏色分類。 由此可見，過量的游離SO3（大大超過規(guī)定的含量標準13.5，且SO31的占總分析樣的78.9）在混凝土凝結硬化后繼續(xù)與水化鋁酸鈣作用形成水化硫鋁酸鈣，未耗盡的石膏也可能在混凝土硬化后繼續(xù)生成水化硫鋁

16、酸鈣，而水化硫鋁酸鈣生成時的體積約達原體積的2.5倍，這就是造成預制板混凝土膨脹、酥裂、破壞乃至倒塌的主要內在原因。,九、混凝土堿-骨料反應事故案例,北京某廠受熱車間，建于1960年，建成后常年處于4050 C的 高溫環(huán)境中，后發(fā)現其混凝土墻面上有許多網狀裂紋。經查當年混凝土所用原料為400號礦渣水泥，混凝土水泥用量410Kg/m3配合比為水泥沙石水=11.0993.580.39，粗骨料為粒徑530mm的卵石，摻2CaCl2(氯鹽)和2CaSO42H2O(石膏)的外加劑。,事故案例分析背景,一、什么是水泥混凝土的堿骨料反應 堿骨料反應是混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合材和水中的堿(Na2O或

17、K2O)與骨料中的活性成分反應，在混凝土澆筑成型后若干午(數年至二、三十年)逐漸反應，反應生成物吸水膨脹使混凝土產生內部應力，膨脹開裂、導致混凝土失去設計性能。由于活性骨料經攪拌后大體上呈均勻分布。所以一旦發(fā)生堿骨料反應、混凝土內各部分均產生膨脹應力，將混凝土自身脹裂、發(fā)展嚴重的只能拆除，無法補救，因而被稱為混凝土的癌癥。 二、堿骨料反應的分類和機理 1堿硅酸反應 1940年美國加利尼亞州公路局的斯坦敦，首先發(fā)現堿骨料反應問題，引起全世界混凝土工程界的重視，這種反應就是堿硅酸反應。堿硅酸反應是水泥中的堿與骨料中的活性氧化硅成分反應產生堿硅酸鹽凝膠或稱堿硅凝膠，堿硅凝膠固體體積大于反應前的體積，

18、而且有強烈的吸水性，吸水后膨脹引起混凝土內部膨脹應力，而且堿硅凝膠吸水后進一步促進堿骨料反應的發(fā)展、使混凝土內部膨脹應力增大，導致混凝土開裂。發(fā)展嚴重的會使混凝土結構崩潰。 能與堿發(fā)生反應的活性氧化硅礦物有蛋白石、玉髓、鱗石英、方英石、火山玻璃及結晶有缺欠的石英以及微晶、隱晶石英等，而這些活性礦物廣泛存在于多種巖石中。因而迄今為止世界各國發(fā)生的堿骨科反應絕大多數為堿硅酸反應,事故案例分析,為了確定此墻面的嚴重網狀裂紋是否為堿骨料反應所致，在裂紋處鉆一直徑70mm、長120mm的混凝土圓柱芯體。將此芯體橫向鋸成若干磨光薄片，在反光顯微鏡下觀察，發(fā)現內部有許多網狀裂縫（圖2.6）。將此磨光薄片進行巖相分析，發(fā)現每個薄片含有611枚粗骨料中有13枚粗骨料含微晶石英和玉髓。將磨光薄片在掃描電鏡