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混凝土结构冻融事故

冻融(rong)破坏是我(wo)国东(dong)(dong)北、西北和华(hua)(hua)北地区(qu)水(shui)工混凝土建(jian)筑在(zai)使用过程中(zhong)产(chan)生的主(zhu)要病害,对于(yu)水(shui)闸、渡槽等中(zhong)小型(xing)水(shui)工混凝土建(jian)筑物,冻融(rong)破坏的地域更为(wei)广泛。除三北地区(qu)外,华(hua)(hua)东(dong)(dong)、华(hua)(hua)中(zhong)的长江以(yi)(yi)北地区(qu)以(yi)(yi)及西南高(gao)山寒(han)冷地区(qu),均(jun)存在(zai)此类病害。此种危(wei)害容易产(chan)生较(jiao)大灾害。

一、工程概况

本工(gong)程位于内蒙古准格尔旗(qi)大(da)(da)路(lu)新区(qu),600/610 号建筑是(shi)变电(dian)站、配电(dian)站,均为(wei)现浇钢筋混(hun)(hun)(hun)凝土(tu)框(kuang)架结(jie)构(gou)。由于在(zai)2010 年底做的局部混(hun)(hun)(hun)凝土(tu)浇筑,气温在(zai)-5 ~ -16℃,混(hun)(hun)(hun)凝土(tu)未(wei)能(neng)按时(shi)初凝,且(qie)大(da)(da)部分混(hun)(hun)(hun)凝土(tu)构(gou)件受冻融影响,发生(sheng)严重(zhong)事故(gu)。

二、破坏分析

1、针对检测报告,分析(xi)如(ru)下(xia)

1) 冻融(rong)次数(shu):次数(shu)越多混(hun)凝(ning)土(tu)(tu)的(de)强(qiang)(qiang)度(du)特性均呈下(xia)降(jiang)趋势,其中反映最敏(min)感的(de)是抗(kang)拉(la)(la)强(qiang)(qiang)度(du)和抗(kang)折(zhe)强(qiang)(qiang)度(du),即(ji)随着(zhe)冻融(rong)次数(shu)的(de)增加(jia),混(hun)凝(ning)土(tu)(tu)的(de)抗(kang)拉(la)(la)强(qiang)(qiang)度(du)和抗(kang)折(zhe)强(qiang)(qiang)度(du)迅(xun)速下(xia)降(jiang),而抗(kang)压强(qiang)(qiang)度(du)下(xia)降(jiang)趋势较缓(huan),如以目前抗(kang)冻标准中动(dong)弹模下(xia)降(jiang)40% 作为一个(ge)临界(jie)值,则普通混(hun)凝(ning)土(tu)(tu)抗(kang)拉(la)(la)强(qiang)(qiang)度(du)只剩51.6%,抗(kang)折(zhe)强(qiang)(qiang)度(du)剩30.9%,抗(kang)压强(qiang)(qiang)度(du)还有84.8%。。

2) 失(shi)(shi)重(zhong)率也是混凝土(tu)抗冻(dong)性(xing)(xing)的(de)(de)一个评价(jia)指标(biao),从(cong)检测结(jie)果(guo)可(ke)以看(kan)出,对(dui)(dui)普通混凝土(tu)来讲,动弹模下降40% 时,失(shi)(shi)重(zhong)率为负值( 混凝土(tu)尚未产(chan)生剥蚀,而吸水率增加之故),重(zhong)量并不发(fa)生损失(shi)(shi),但(dan)此时混凝土(tu)的(de)(de)抗拉、抗折(zhe)强度等均发(fa)生了明显(xian)的(de)(de)变化,因(yin)此对(dui)(dui)于普通混凝土(tu),尤其是结(jie)构(gou)性(xing)(xing)混凝土(tu),用(yong)重(zhong)量损失(shi)(shi)来作为破坏的(de)(de)评估指标(biao),就不一定合适了,因(yin)此失(shi)(shi)重(zhong)率这个指标(biao)对(dui)(dui)引(yin)气混凝土(tu)抗冻(dong)性(xing)(xing)的(de)(de)安全评估仍有一定的(de)(de)意义。

图1 冻结速度与混凝土冻融破坏的关系

 

由结果可以(yi)看出,冻结速率对(dui)混(hun)凝土的冻融(rong)(rong)破坏有(you)(you)一定的影响(xiang),冻结速率提高,冻融(rong)(rong)破坏力加大,混(hun)凝土容易破坏。查看有(you)(you)关数据(ju)和试(shi)验,混(hun)凝土冻融(rong)(rong)前后微(wei)孔测(ce)试(shi)结果如(ru)下(xia)图(tu)所示。

经过(guo)初步分析试验数据结果,可(ke)以看出,混(hun)凝土在(zai)冻融过(guo)程(cheng)中微孔含(han)量和微孔直径均在(zai)增大。

2、结构现状分析(xi)

用扫描电镜(jing)对普(pu)通混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)和引气混(hun)凝(ning)(ning)土(tu),冻(dong)(dong)融前(qian)后(hou)的试(shi)样进行了(le)(le)微(wei)观结构的观测和分析,测试(shi)结果如图(tu)6、7 所示。混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)在冻(dong)(dong)融过程中,水(shui)化产(chan)物的结构状态(tai)发生了(le)(le)明显变(bian)(bian)化,即由冻(dong)(dong)融前(qian)的堆(dui)积状密实体(ti)( 图(tu)4) 逐(zhu)步变(bian)(bian)成疏松状态(tai),且(qie)水(shui)化产(chan)物结构中出(chu)现了(le)(le)微(wei)裂(lie)缝( 图(tu)5),这些(xie)微(wei)裂(lie)缝数(shu)量和宽度随着(zhe)冻(dong)(dong)融过程的增加而增多和加宽。

  

三、加固对策

通过分析冻融(rong)的成(cheng)因和范围(wei),对结(jie)构的基本情况已完全了解,并(bing)依据(ju)实际(ji)情况进(jin)行分别处理,本结(jie)构为框架结(jie)构,抗震因素(su)已考虑(lv)在内。

1、提高整体性,对构件的连接部(bu)位进(jin)行加强处(chu)理(li)。

2、对板进行(xing)外(wai)加(jia)预应力处(chu)理(li),对梁采用包钢和扩大截(jie)面处(chu)理(li)。

3、对冻融楼板(ban)进行剔凿(zao)处理, 深度(du)>40mm,并涂刷界面粘合剂(ji),保证新旧(jiu)混凝土连(lian)接(jie)良(liang)好。

 

四、方案反思

1、混(hun)凝土(tu)(tu)在冻融破坏过程中,宏观特性呈逐步下(xia)(xia)(xia)降的趋势,主要反(fan)映(ying)在密实度(du)的降低(di)和强(qiang)度(du)的下(xia)(xia)(xia)降。其中抗(kang)拉强(qiang)度(du)和抗(kang)折强(qiang)度(du)反(fan)映(ying)最为敏感,当混(hun)凝土(tu)(tu)弹性模量下(xia)(xia)(xia)降40% 时,抗(kang)拉强(qiang)度(du)和抗(kang)折强(qiang)度(du)将下(xia)(xia)(xia)降50% ~70%,这(zhei)是(shi)一个值得重视(shi)的问题。

2、冻(dong)结(jie)温(wen)度越(yue)低、冻(dong)结(jie)速率越(yue)快、混凝(ning)土(tu)的(de)冻(dong)融破坏力(li)越(yue)强,冻(dong)结(jie)温(wen)度达-10℃时,是一(yi)个(ge)临界值(zhi),达到或低于这一(yi)临界值(zhi)时要保证混凝(ning)土(tu)的(de)抗(kang)冻(dong)耐(nai)久(jiu)性,必须设计较高的(de)抗(kang)冻(dong)标(biao)号(hao)。

3、冻融影响(xiang)严重的结构需要采取(qu)相应(ying)的措(cuo)施(shi)进行处(chu)(chu)理,处(chu)(chu)理方(fang)法(fa)和材料需要考虑冻融情况的长期(qi)影响(xiang),并考虑刚度的集中影响(xiang)。

4、混凝(ning)土(tu)冻(dong)融过程中,水化(hua)产物结构由(you)密实体到松散体的(de)过程,会使引(yin)气(qi)混凝(ning)土(tu)中的(de)气(qi)泡壁产生开裂和破坏(huai),这是导致引(yin)气(qi)混凝(ning)土(tu)冻(dong)融破坏(huai)的(de)主要原因(yin)。混凝(ning)土(tu)的(de)冻(dong)融破坏(huai)过程可(ke)以基(ji)本上认(ren)为是一个物理(li)变化(hua)过程。

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