現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程常見施工質(zhì)量缺陷淺析

賈偉超，彭海燕，張狄龍，馬文麗

（中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程常存在不同程度的質(zhì)量缺陷，如蜂窩、麻面、孔洞、裂縫等。當結(jié)構(gòu)出現(xiàn)以上質(zhì)量問題后，需要投入大量人力、物力對結(jié)構(gòu)進行返修或加固。為了避免事后返修與加固，本文將從施工角度探究現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程的潛在質(zhì)量風險點，并提出關鍵技術控制要點，以達到施工中事前工程質(zhì)量風險預防和事中質(zhì)量風險管理的目的。

1 混凝土結(jié)構(gòu)潛在質(zhì)量風險分析

排除混凝土結(jié)構(gòu)設計問題，在施工中，存在大量不可靠的質(zhì)量控制措施，導致實體工程達不到設計的質(zhì)量要求，常出現(xiàn)混凝土強度低，產(chǎn)生超出設計要求的裂縫、變形等現(xiàn)象。一般裂縫分為受力裂縫和變形裂縫，受力裂縫是外部荷載在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生內(nèi)力或應力而引起的裂縫，變形裂縫是由于溫度變化、體積脹縮、不均勻沉降等間接作用引起的裂縫［1］。

論文將分別從材料質(zhì)量風險、施工質(zhì)量風險、混凝土養(yǎng)護質(zhì)量風險等方面分析混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制的關鍵點。

1.1 材料質(zhì)量風險

1.1.1 水泥質(zhì)量

在混凝土結(jié)構(gòu)工程中，水泥是最重要的原材料之一，水泥的質(zhì)量直接影響著混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量。而在之前很長一段時間內(nèi)，生產(chǎn)商為追求經(jīng)濟利益，在水泥生產(chǎn)中，常存在違標使用、超標摻加混合材的現(xiàn)象，同時，不斷降低水泥細度，使水泥比表面積不斷提高，以使水泥的早期強度達到規(guī)范要求，這也給工程質(zhì)量造成了潛在的質(zhì)量風險。

水泥過細會使需水量增加，導致早期強度發(fā)展快而后期發(fā)展不足。隨著水泥比表面積的提高，水泥標準稠度用水量會呈線性增加、強度呈對數(shù)增加、干縮率呈線性增加，當比表面積超過 380 m2/kg 時，強度增長緩慢，而干縮增加顯著，對混凝土的影響較為明顯。

水泥中的黏土會延長水泥凝結(jié)時間、降低水泥強度，當使用聚羧酸減水劑時，還會加劇水泥與減水劑的相容性，國際上一般用亞甲基藍值來表征和限定黏土量，我國也正逐步采用這一表示方法［2］。

另外，當水泥的安定性不合格時，也將導致工程結(jié)構(gòu)被破壞。

為優(yōu)化和改善水泥性能，應拓寬水泥的顆粒分布，使水泥同時存在較多的微粉含量和粗顆粒含量，以保證水泥的后期強度增長［3］。

以上指標都是影響水泥質(zhì)量關鍵因素，應作為水泥出廠及進場復試的必檢項目。

1.1.2 鋼筋質(zhì)量

目前，我國的一般工程都通過中間供貨單位提供鋼筋，并非生產(chǎn)廠家直供，而鋼筋價格一直隨市場情況波動，很多供貸單位為抵消價格變動帶來的風險，會選擇合適的時機進行屯貨。這就導致供貨單位手中的鋼筋并非同批次或鄰近批次生產(chǎn)的，而送至施工現(xiàn)場的同牌號、同規(guī)格鋼筋，可能存在多個批次。根據(jù)規(guī)范要求，當取樣代表數(shù)量超過 60 t 時，只可包含一個爐罐號；當采用混合批時，對各爐罐號含碳量及含錳量差異有嚴格規(guī)定，并且混合批代表重量不得大于 60 t。但施工單位的同檢驗批鋼筋復試報告通常只有一組，存在漏檢的風險［4］。

鋼筋的質(zhì)量是影響混凝土結(jié)構(gòu)工程最主要的因素之一，應嚴格按規(guī)范的組批原則進行復試。

鋼筋的質(zhì)量問題通常表現(xiàn)在抗拉強度不足、屈服強度不足、伸長率不合格、強屈比、屈標比不合格等，也是目前鋼筋檢測的必檢項目。這些指標的不合格將直接導致混凝土結(jié)構(gòu)工程承載能力降低，破壞形式改變，從而給人們的生命和財產(chǎn)安全造成潛在的風險。

隨著生產(chǎn)水平的進步，目前越來越多的工程開始提高鋼筋強度等級，如 HTRB600、HTRB630 鋼筋。而鋼筋強度越高，脆性越大，鋼筋在彎曲和連接時，經(jīng)常發(fā)生細微裂紋，導致結(jié)構(gòu)存在脆性破壞的風險。因此，對于此類高強鋼筋，一般要求必檢最大力總伸長率，此指標包含了鋼筋彈性階段和塑性階段的伸長率，是較為科學的指標。同時，彎曲試驗的不合格率有所提升，對施工中和檢測中的彎芯直徑應嚴格按相關規(guī)范執(zhí)行。

另外，存在顆粒狀或片狀老銹的鋼筋力學性能會有所降低，一般不得用于結(jié)構(gòu)，對存在一般銹跡的鋼筋，如不進行除銹，或保護層偏小，會導致鋼筋進一步銹蝕，并出現(xiàn)因鋼筋體積膨脹造成的混凝土脹裂現(xiàn)象。

1.1.3 混凝土質(zhì)量

混凝土的性能是混凝土結(jié)構(gòu)工程的重要影響因素。流動性影響著混凝土澆筑的密實程度，黏聚性影響著混凝土的均勻程度，保水性又影響著混凝土的強度和耐久性。但現(xiàn)在普遍采用的是商品混凝土，施工中對原材料的控制難度大，所以對混凝土進場后的驗收非常關鍵。高坍落度的普通混凝土往往會伴隨著嚴重的泌水與離析風險，直接影響混凝土成型后的密實性和強度，如圖1 所示，而低坍落度的普通混凝土又存在泵送難度，增大了施工人員后期加水的可能性。隨著混凝土加水量的增多，混凝土會逐漸出現(xiàn)泌水、離析、粘底、漿體與骨料分離的現(xiàn)象，后期強度逐漸降低。一般情況下，普通混凝土坍落度超過 200 mm 時，均勻性會越來越差，隨之，泌水與離析現(xiàn)象越來越明顯［5］。

圖1 離析混凝土成型效果

1.2 施工質(zhì)量風險

1.2.1 鋼筋連接質(zhì)量

鋼筋連接從錐螺紋套筒和擠壓套筒，到現(xiàn)在常用的直螺紋套筒，在施工的方便性、可靠性上都有了進一步的提升，但施工中仍常發(fā)生鋼筋連接試驗不合格的情況。鋼筋連接的不合格，將導致結(jié)構(gòu)在破壞時，鋼筋連接過早脫離，從而造成連接部位混凝土結(jié)構(gòu)脆性斷裂，減少人員逃生時間，給人的生命和財產(chǎn)安全造成潛在風險。

為保證鋼筋連接的質(zhì)量，首先應保證鋼筋套筒的質(zhì)量。鋼筋連接用套筒表面應刻印清晰、持久性標志，達到質(zhì)量性能可追溯的目的。

對鐓粗型、剝肋滾軋型和直接滾軋型直螺紋套筒的套絲，應采用套筒配套機械加工，若采用小直徑套筒連接大直徑鋼筋，過分加工絲頭，或因不配套加工，使套筒與絲頭無法緊密貼合，都將導致鋼筋連接不合格。對于套絲的鋼筋端頭，很多施工單位未切割平整，無法保證鋼筋連接后的有效絲扣數(shù)量，也是鋼筋連接不合格的原因。

對現(xiàn)場連接后的鋼筋套筒應進行擰緊扭矩檢查，而施工現(xiàn)場很少見到數(shù)顯扳手，多數(shù)施工單位只是將鋼筋套筒進行擰緊，至于是否合格無法保證。對鋼筋連接的取樣送檢，也普遍存在非實體取樣的現(xiàn)象，因此，實體的鋼筋連接質(zhì)量是混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量控制的關鍵點。

1.2.2 鋼筋錨固質(zhì)量

因鋼筋錨固問題導致的開裂、破壞，常出現(xiàn)在水平構(gòu)件或斜撐構(gòu)件與豎向構(gòu)件的交接處，如陽臺板、懸挑梁等部位。此部位的開裂還會由于臨時支撐、混凝土質(zhì)量、上部荷載問題引起，但如果沒有可靠的鋼筋錨固措施，后期使用過程中也會成為結(jié)構(gòu)承載力的薄弱部位。

鋼筋錨固部位一般由鋼筋橫肋與橫肋間混凝土齒狀物的粘結(jié)強度和兩者間的剪切應力形成握裹力，當構(gòu)件變形、破壞時，鋼筋與混凝土相對滑移量增加，剪切應力逐漸增大，最終因齒狀突起部位拉應力集中而產(chǎn)生裂縫。對于此種裂縫，鋼筋保護層越小、錨固鋼筋越密、混凝土強度越低越明顯，鋼筋錨固長度越小，裂縫的生成越早。為防止鋼筋的錨固破壞，也可增加鋼筋錨固范圍內(nèi)的配箍率，箍筋可以阻礙和限制混凝土的環(huán)向變形，因此可以限制或推遲錨固裂縫的產(chǎn)生［6］。

1.2.3 鋼筋代換

在混凝土結(jié)構(gòu)工程施工過程中，經(jīng)常因鋼筋計劃不準、損耗過大等問題，導致某一型號的鋼筋短缺，為不影響工期，則需要進行鋼筋代換。但往往這種鋼筋代換需要有一定的即時性，施工單位常存在未經(jīng)設計同意而私自代換的現(xiàn)象。

鋼筋代換時，應了解設計意圖。當構(gòu)件受強度控制時，可按強度相等原則代換；當構(gòu)件按最小配筋率配筋時，可按面積相等原則；當構(gòu)件受裂縫寬度或撓度控制時，應在代換后進行相應驗算。因此，隨意的代換存在導致構(gòu)件開裂、變形、破壞的風險［7］。

1.2.4 混凝土澆筑質(zhì)量

施工中混凝土質(zhì)量控制點主要表現(xiàn)在以下幾點。1）施工過程中加水。混凝土后期加水的危害在材料部分已進行闡述，加水會使混凝土的施工性和強度都受到嚴重的影響。這也包括在雨雪天氣中施工，如果沒有遮雨措施，就等于向混凝土中加水，最終導致混凝土出現(xiàn)泌水、離析、強度低等質(zhì)量問題。

2）混凝土傾落高度過大。當混凝土傾落高度過大時，由于混凝土中石子與鋼筋的沖擊作用較為明顯，會導致混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象。因此，混凝土澆筑過程中，應減小石子與鋼筋的沖擊力，如限制混凝土的傾落高度。當構(gòu)件鋼筋極為密集時，還應增加措施防止混凝土離析。

3）混凝土標號澆筑錯誤。混凝土結(jié)構(gòu)工程最重要的控制點就是混凝土強度，強度不足會導致結(jié)構(gòu)承載力不足，給工程造成嚴重的質(zhì)量風險。所以混凝土澆筑前應確保商品混凝土的配制強度等級滿足設計要求。實際施工中，混凝土標號澆筑錯誤的案例屢見不鮮，尤其是同次澆筑存在多個標號的時候。

4）混凝土過振、漏振。在混凝土澆筑過程中，對混凝土的振搗是混凝土成型質(zhì)量的關鍵控制點，漏振、少振會導致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的蜂窩、麻面等質(zhì)量問題，過振又會導致混凝土泌水、離析現(xiàn)象，從而使混凝土強度增長緩慢，并引發(fā)混凝土表面開裂。

1.2.5 堆載

施工中的堆載破壞問題，不單單是工程建設中的施工活荷載超設計值問題，還存在當混凝土強度未達到設計要求時過早拆除臨時支撐而導致的破壞，但其最終原因都是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)抗力小于結(jié)構(gòu)自重和上部荷載的共同作用導致。

2014 年 12 月 29 日，海淀區(qū)清華附中體育館及宿舍樓工程基坑底板鋼筋發(fā)生坍塌（見圖2），主要原因是施工現(xiàn)場堆料過多，且局部堆料過于集中，導致馬凳失穩(wěn)，最終致使鋼筋整體倒塌。

圖2 堆載導致鋼筋倒塌

1.3 混凝土養(yǎng)護質(zhì)量風險

混凝土強度的增長離不開適宜的溫度與濕度，尤其是混凝土早期的強度增長。而施工中普遍存在混凝土早期養(yǎng)護不到位的情況，導致出現(xiàn)混凝土早期強度增長緩慢，水分流失嚴重，后期強度達不到設計要求的現(xiàn)象。

除環(huán)境的因素，混凝土養(yǎng)護時間也應充足，對于地下室底層墻、柱和上部結(jié)構(gòu)首層墻、柱，以及停工較長時間后重新開工部位的墻、柱，應進行不少于 3d 的帶模養(yǎng)護。這是因為施工間歇時間過長時，底層結(jié)構(gòu)已基本完成收縮，剛度較大，對新施工的混凝土結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的約束力，過早的拆模存在導致新施工混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生豎向裂縫的風險［8］，如圖3 所示。

圖3 后澆混凝土豎向裂縫

2 混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量風險控制

2.1 材料風險控制

1）對水泥的質(zhì)量控制，應檢查水泥的出廠檢測報告、進場復試報告或商品混凝土原材料檢測報告。檢測報告除應包含凝結(jié)時間、安定性、膠砂強度和氯離子含量外，還應保證亞甲基藍值和 45μm 方孔篩余量符合相關規(guī)范及設計要求。

2）對鋼筋的質(zhì)量控制，應規(guī)范鋼筋進場復試的組批原則，防止鋼筋少檢、漏檢。對超強鋼筋的檢測應重點關注鋼筋的脆性斷裂問題。當施工中發(fā)現(xiàn)鋼筋存在裂縫、斷裂等現(xiàn)象后，應增加本批鋼筋的彎曲試驗和伸長率試驗，并在施工中適當增大鋼筋的彎芯直徑。

3）商品混凝土進場澆筑前，應檢測混凝土的坍落度。在滿足施工要求的前提下，盡可能采用較小的坍落度，泵送混凝土拌合物坍落度設計值不宜＞180 mm，現(xiàn)場實測值不應＞200 mm，不得離析或泌水。對于坍落度過大或離析的混凝土應退場處理，對于坍落度過小的混凝土，應由供應單位技術人員加減水劑攪拌，不得私自加水。

2.2 施工風險控制

2.2.1 鋼筋連接質(zhì)量

1）鋼筋套絲端頭應切割平整，以保證鋼筋連接的有效絲扣數(shù)量。

2）鋼筋連接完成后，應全數(shù)檢查鋼筋連接的擰緊扭矩，合格后再做標記，未檢查和檢查不合格的鋼筋連接不得標記，并應及時對不合格處進行整改。檢查合格后，應在工程原位進行取樣送檢。

2.2.2 鋼筋錨固質(zhì)量

當錨固鋼筋的保護層厚度≤5d時，錨固鋼筋長度范圍內(nèi)應設置橫向構(gòu)造鋼筋，其直徑不應＜d/4（d為錨固鋼筋的最大直徑）；對梁、柱等構(gòu)件間距不應＞5d，對板、墻等構(gòu)件間距不應＞10d，且均不應＞100 mm（d為錨固鋼筋的最小直徑）［9］。

對鋼筋后錨固施工時，應保證鋼筋的錨固深度、結(jié)構(gòu)膠質(zhì)量、清孔質(zhì)量等，并在強度未達到設計要求前，不得對鋼筋造成擾動。

2.2.3 鋼筋代換

當不知設計意圖時，鋼筋的代換應進行構(gòu)件裂縫寬度和撓度的驗算，但由于鋼筋代換對換算截面面積影響不大，所以一般可不做變形驗算。在裂縫寬度成為必考慮的關鍵點時，可基于“裂縫相當”原則進行鋼筋代換。

鋼筋混凝土構(gòu)件最大裂縫寬度計算見式（1）。

式中：acr為構(gòu)件受力特征系數(shù)；ψ為裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)；σs為縱向受拉普通鋼筋應力；Es為鋼筋的彈性模量；cs為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離；ρte為縱向受拉鋼筋配筋率；deq為受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑［10］。

其中，acr對同一類構(gòu)件取值相同，ψ與鋼筋品種、數(shù)量無關，而目前工程均常以 HRB400 級鋼筋為主筋，代換一般為同強度等級鋼筋，因此Es不變，σs只與ρte相關。對于常涉及的帶肋鋼筋，deq=d。按照ωmax2≤ωmax1的原則對上式計算得式（2）。

按此式計算出配筋率后，即可按現(xiàn)有鋼筋截面面積選用合適的鋼筋數(shù)量及間距［7］。

2.2.4 混凝土澆筑

1）當混凝土坍落度較小時，應加入適量與原配合比相同成分的減水劑。減水劑加入量應事先由試驗確定。所以當坍落度較小時，應通知混凝土生產(chǎn)單位技術人員，不得隨意處理。

在混凝土澆筑時，應避開雨雪天氣，當無法避開時，應采取隨打隨抹平隨鋪塑料薄膜等措施，減少雨水對混凝土的影響。

2）一般情況下，當粗骨料粒徑＞25 mm 時，傾落高度不應超過 3 m，當≤25 mm 時，傾落高度不應＞6 m［8］。

3）混凝土澆筑應有專人旁站，避免施工人員為追求進度，不分標號部位而隨意澆筑混凝土。

4）混凝土的振搗應參照振動棒產(chǎn)品說明的作用半徑，當無說明或產(chǎn)品老舊時，可觀察振搗效果確定。為避免漏振，振動棒與模板的距離不應大于作用半徑的 50 %，插點間距不應大于作用半徑的 1.4 倍。為避免過振，當混凝土表面無明顯塌陷、有水泥漿出現(xiàn) 、不再冒泡時，應結(jié)束該部位振搗［8］。

2.2.5 堆載

為防止堆載造成的結(jié)構(gòu)破壞，首先應嚴格按規(guī)范規(guī)定進行臨時支撐的拆除。其次，對于一般層施工，應避免荷載集中堆放，對材料的堆放應限制堆放高度，密度較大的材料堆放時，還應驗算集中荷載的大小。對于地下室頂板施工使用中，應考慮機械、貨車、堆土等因素的影響。一般的機械在設計中會計算考慮，施工中應重點注意裝載貨車及臨時堆土，宜在施工方案中計算可承受的最大車重及堆土高度，避免結(jié)構(gòu)因超載產(chǎn)生破壞。

2.3 混凝土養(yǎng)護風險控制

高溫時，混凝土早期強度增長較快，但后期強度增長緩慢，最終強度明顯低于較低溫度下養(yǎng)護的混凝土，因此，混凝土在養(yǎng)護時，不宜過分追求高溫養(yǎng)護，在夏季時，尚應對早期混凝土進行灑水降溫［11］。

另外，濕度對早期混凝土的影響更為重要，混凝土拆模后若不及時進行保濕養(yǎng)護，混凝土內(nèi)部的自由水流失較快，水化反應不充分，強度增長較慢。因此，對于水平構(gòu)件，應及時進行灑水、覆膜或蓄水養(yǎng)護。對于豎向構(gòu)件，宜在拆模后，立即覆膜或噴涂養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護。當采用灑水養(yǎng)護時，應保證構(gòu)件表面一直處于潮濕狀態(tài)，夏季高溫時，應增加灑水頻次，或采用機械化措施進行自動噴水。

對于養(yǎng)護時間，應從混凝土終凝開始，一般不得少于 7 d，當采用緩凝劑或大摻量礦物摻合料時，及澆筑抗?jié)B、高強度、后澆帶混凝土時，不應少于 14 d，對間歇時間較長，重新澆筑混凝土時，豎向構(gòu)件帶模養(yǎng)護時間不得少于 3 d［8］。

3 結(jié)語

材料是基礎，施工是關鍵。對材料的質(zhì)量控制應做到產(chǎn)品可溯源，資料可溯源，取樣送檢真實，復檢報告有效。對施工的質(zhì)量控制，首先是依照圖紙施工，采取可靠措施保證鋼筋位置、截面尺寸、混凝土強度等；其次是工藝要求，采取有效措施保證鋼筋連接質(zhì)量、混凝土強度增長、混凝土外觀質(zhì)量等；最后是成品保護，施工與使用中，應盡可能少地對混凝土結(jié)構(gòu)造成擾動。本文列舉的混凝土結(jié)構(gòu)工程潛在質(zhì)量風險宜按第 2 章節(jié)原則采取控制措施。Q