某小區(qū)混凝土鼓裂機(jī)理和穩(wěn)定性研究

豐順

安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站 安徽合肥 230088

某小區(qū)為新建13-15層住宅，總建筑面積134503m2。采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式，選用商品混凝土。施工過程中發(fā)現(xiàn)9#樓有多處現(xiàn)鼓裂，鼓裂范圍均在4cm2-11cm2，鼓裂處特征為分散，孤立，深度淺。為了分析鼓裂原因，現(xiàn)場采集了鼓裂處混凝土樣品進(jìn)行定性和定量分析，并對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，為工程的后續(xù)施工提供一些建議。

1 混凝土鼓裂現(xiàn)狀

混凝土鼓裂的研究結(jié)果表明，溫度的變化能夠引起材料性能的變化，高溫會引起混凝土爆裂[1]?；炷凉橇现谢煊械腃aO或MgO能發(fā)生水化反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土體積變化[2-3]?；炷馏w積的膨脹不僅與游離氧化鈣的含量和活性有關(guān)，還與漿體的結(jié)構(gòu)和性能密切相關(guān)[4]?，F(xiàn)場采取鼓裂中心處混凝土樣品，外觀為含有白點(diǎn)狀松散物質(zhì)，鼓裂深度為1．5cm-2．5cm，見圖1和圖2。查看施工和攪拌站臺賬，水泥均為同一貨號，且只有一棟樓出現(xiàn)鼓裂，可排除鼓裂不是水泥導(dǎo)致的，取本樓施工時混凝土拌合用砂一同帶回實(shí)驗室分析。

圖2 鼓裂處混凝土外觀

2 混凝土鼓裂原因

2.1 離子色譜分析

氯離子對鋼筋混凝土的危害主要表現(xiàn)在它可以破壞鋼筋表面的鈍化膜，加速鋼筋的銹蝕過程，導(dǎo)致體積膨脹，引起混凝土結(jié)構(gòu)開裂[5]。通過離子色譜檢測拌合物砂中氯離子含量，設(shè)置通道為電導(dǎo)率，記錄時間為35min，流速0．70mL/min。結(jié)果見圖3。氯離子峰的保留時間為8．257min，峰面積4．1475（μS/cm）xmin，峰高14．928μS/cm，濃度6．354ppm，水溶性氯離子為0．03%，在《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB50164-2011）》規(guī)定范圍內(nèi)，而混凝土用水在使用前經(jīng)過檢測，檢測報告上氯離子濃度為61mg/L，小于《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)（JGJ63-2006）》中規(guī)定的限值500mg/L，排除了因拌合物中氯離子超標(biāo)引起的鼓裂。

圖3 混凝土用砂中氯離子含量

2.2 XRD和XRF分析

取鼓裂處混凝土樣品，分離其粗骨料，研磨成粉末狀，經(jīng)過XRD和XRF分析表明，骨料主要由SiO2，CaO和MgO組成。 其 主 要 成 分 含 量 分 別 為 39．974%SiO2，28．171%CaO，13．023%MgO，6．003%K2O，8．383%Al2O3和 2．413%Fe2O3。

圖4 鼓裂處混凝土粗骨料XRD分析

2.3 SEM-EDS分析

取鼓裂處松散狀混凝土樣品進(jìn)行SEM-EDS分析，如圖5所示和表1所示。由圖5看出，鼓裂處混凝土晶體排列混亂，形狀不一。這是由于氧化鈣和氧化鎂水化后體積膨脹，相互擠壓引起的。通過微區(qū)能譜定量結(jié)果可以得出，混凝土鼓裂處樣品中鈣硅比高達(dá)6，進(jìn)一步證明氧化鈣的存在。

表1 X射線微區(qū)能譜結(jié)果

圖5 掃描電鏡圖譜

2.4 混凝土鉆芯檢測

鼓裂區(qū)周圍混凝土樓板構(gòu)件鉆取15個直徑為100mm的芯樣，按《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度規(guī)程（CECS03：2007）》中芯樣加工步驟處理，經(jīng)抗壓強(qiáng)度試驗，芯樣的抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計要求，故鼓裂對混凝土構(gòu)件強(qiáng)度未造成顯著影響。再取2組直徑為75mm的芯樣，每組芯樣制成2個芯樣試件，在每個芯樣上取外觀完好的10mm厚薄片試件1個，采用《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50344-2004）》附錄中方法，每組選取1個芯樣煮沸，觀察煮沸的薄片和試件均未出現(xiàn)破損。將煮沸的芯樣進(jìn)行冷卻，與未煮沸的芯樣一同進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗，第一組未煮沸和煮沸抗壓強(qiáng)度分別是59．7和51．3MPa，抗壓強(qiáng)度變化為14．1%；第二組未煮沸和煮沸抗壓強(qiáng)度分別是62．1MPa和56．6MPa，抗壓強(qiáng)度變化為8．9%。芯樣抗壓強(qiáng)度變化平均值為11．5%（小于30%）。所以鼓裂區(qū)周圍混凝土中CaO的存在并未對混凝土構(gòu)件強(qiáng)度造成明顯影響。

3 結(jié)論及建議

通過對混凝土拌合物調(diào)查研究，排除了混凝土鼓裂不是來自用水，用砂和水泥。通過X射線實(shí)驗對鼓裂處混凝土及其粗骨料進(jìn)行定性定量分析，證明粗骨料中含有較多的CaO和部分MgO，它們在混凝土凝結(jié)硬化過程中會發(fā)生緩慢的水化反應(yīng)，生成Ca（OH）2和Mg（OH）2，使得混凝土體積膨脹，發(fā)生鼓裂。

由于CaO和MgO含量相對不是很高，所以造成的鼓裂范圍和深度并不嚴(yán)重。對混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度測試表明，鼓裂對建筑物的穩(wěn)定性影響并不顯著。

在后期其他樓層的施工過程中，應(yīng)當(dāng)立即更換同一批次粗骨料，并對后期建材的質(zhì)量做好檢測，確保工程達(dá)到預(yù)期質(zhì)量。