某樁基灌注樁混凝土不凝結(jié)原因分析

楊 翔

（重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司重慶400021）

某樁基灌注樁混凝土不凝結(jié)原因分析

楊 翔

（重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司重慶400021）

序言

由于混凝土組分復(fù)雜,施工過程中不可遇見的因素很多,因而混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題時(shí)有發(fā)生,而混凝土質(zhì)量問題中尤以混凝土不凝結(jié)危害性最大,特別是在墩、柱等受壓構(gòu)件中,混凝土不凝結(jié)將使構(gòu)件喪失承載能力。筆者根據(jù)某樁基的混凝土事故處理,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,提出了混凝土不凝結(jié)的可能原因。

1 工程概況和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

某框剪結(jié)構(gòu)商業(yè)住宅工程,其基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁,樁身長度在4m～10m范圍,混凝土采用強(qiáng)度等級(jí)為C30、坍落度為200mm的商品混凝土,以高拋工藝澆筑至樁內(nèi),經(jīng)機(jī)械振搗密實(shí)。在混凝土澆筑14d后發(fā)現(xiàn)部分灌注樁混凝土強(qiáng)度低、凝結(jié)異常,甚至出現(xiàn)了不凝結(jié)現(xiàn)象,見圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)情況圖片

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查不凝結(jié)現(xiàn)象的主要特征為：

（1）樁身混凝土勻質(zhì)性差,混凝土材料在樁身內(nèi)完全離析分層,下部粗集料堆積,膠凝材料全部富集在樁的上部；

（2）膠凝材料層結(jié)構(gòu)疏松、質(zhì)輕,內(nèi)部松軟、含水率高且無強(qiáng)度；

（3）集料堆積層結(jié)構(gòu)松散,集料表面光潔,強(qiáng)度低。

為了查明原因,分別取了具有代表性的基坑滲水和不凝結(jié)混凝土膠凝質(zhì)物（A樣、B樣和C樣）,其中,A樣取自與空氣接觸的外部,B樣和C樣取自膠凝材料層內(nèi)部松軟物質(zhì)。

2 現(xiàn)場(chǎng)取樣物質(zhì)的檢驗(yàn)與分析

2．1樁內(nèi)滲水的水質(zhì)檢驗(yàn)

由于該工程灌注樁為砂巖基坑,附近有地表水源（主要為工業(yè)廢水）,導(dǎo)致部分挖孔樁內(nèi)有滲水、積水現(xiàn)象,樁內(nèi)水質(zhì)微濁、稍有異味。為了排除樁內(nèi)滲水對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響,對(duì)基坑滲水樣品進(jìn)行了水質(zhì)化學(xué)分析及水泥凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)。

2．1．1水質(zhì)的化學(xué)分析

現(xiàn)場(chǎng)基坑滲透水的水樣的化學(xué)分析結(jié)果見表1,從分析結(jié)果看,該水樣中pH值、Cl-、SO42-、不溶物含量和溶解性固體的含量均滿足國標(biāo)要求,說明基坑滲透水的水質(zhì)達(dá)到混凝土拌合用水的要求。

表1 基坑滲水的化學(xué)分析結(jié)果

采用COD方法測(cè)定其有機(jī)物含量為40．67mg/L（國標(biāo)規(guī)定一級(jí)污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求有機(jī)物含量低于100m g/L）,說明基坑滲水的有機(jī)物含量不高,對(duì)混凝土的性質(zhì)不會(huì)構(gòu)成明顯影響。

2．1．2樁內(nèi)滲水對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

試驗(yàn)驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)拌和水對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響（見表2），結(jié)果表明樁內(nèi)滲水對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間沒有不良影響。

表2 水樣對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響

2．2未凝結(jié)物質(zhì)的檢驗(yàn)與分析

試驗(yàn)測(cè)定樣品（A、B、C）的密度和含水率，結(jié)果見表3?？梢园l(fā)現(xiàn)，不凝結(jié)混凝土的含水率極高，取自材料層內(nèi)部的C樣居然有71%的含水，即使取自表層的A樣的含水也有25．2%的含水，而正常硬化的混凝土的含水率約為4%，說明不凝結(jié)混凝土在形成結(jié)構(gòu)的過程中，顆粒間隙之間有大量自由水存在。

不凝結(jié)混凝土的容重則與其含水率成反比，含水率越高容重就越輕。就干燥容重而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該物質(zhì)的材料表觀密度（經(jīng)測(cè)定該材料的表觀密度為2．2 g/cm3），而其體積密度卻只有0．6～1．2，遠(yuǎn)低于正常水化的水泥石的密度，甚至低于液態(tài)水的密度。通過計(jì)算得出其密實(shí)度在0．27～0．54，孔隙率在0．46～0．73，說明該物質(zhì)孔隙多且結(jié)構(gòu)疏松。

2．3未凝結(jié)物質(zhì)的水化產(chǎn)物及水化程度分析

表3 樣品的容重及含水率

2．3．1水化產(chǎn)物分析

按照國標(biāo)《水泥化學(xué)分析方法》對(duì)未正常硬化樣和正常硬化混凝土的化學(xué)成分進(jìn)行分析（其中正常硬化混凝土是將正常凝結(jié)混凝土破碎、剔除骨料顆粒后，收集的硬化水泥石）。

從表4的結(jié)果可以看出，不凝結(jié)樣和水泥、正常硬化混凝土的化學(xué)成分基本一致，只是相對(duì)含量有所不同。由于混凝土的配制過程中摻加了摻合料造成氧化鋁和氧化硅的相對(duì)含量上升，氧化鈣的相對(duì)含量降低。

因此，化學(xué)分析的結(jié)果說明異常物質(zhì)的化學(xué)成分與水泥及正常硬化混凝土的化學(xué)成分是一致。

結(jié)果顯示（見表3）：所有不凝結(jié)物質(zhì)樣品的pH值在12以上，達(dá)到正常水化的水泥石范圍，說明不凝結(jié)物質(zhì)中有強(qiáng)堿性鹽存在，極有可能是水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣。

表3 化學(xué)成分分析結(jié)果，%

根據(jù)不凝結(jié)樣品的化學(xué)分析結(jié)果，采用X衍射方法分析了不凝結(jié)混凝土中結(jié)晶礦物（圖2），結(jié)果顯示，不凝結(jié)樣品中明顯存在有氫氧化鈣和鈣礬石，這是典型的水泥水化產(chǎn)物。通過與正常硬化的混凝土對(duì)比，三者的X衍射圖譜基本一致，只是衍射峰的強(qiáng)度稍有區(qū)別。說明樣B和樣C代表的不凝結(jié)物的主要礦物成分與正常水化的水泥石基本一致。由此證明，此問題樁身混凝土中有水泥存在，并進(jìn)行了水化反應(yīng)。

2．3．2水化程度分析

混凝土體系內(nèi)部的堿度主要是由水泥水化生成的氫氧化鈣來提供的，水泥正常水化時(shí)水泥石內(nèi)部PH約為12左右，氫氧化鈣含量約占水泥水化產(chǎn)物的20～25%。但在混凝土中，由于使用了大量礦物摻合料，使得水泥石中氫氧化鈣的比例有所下降，根據(jù)配合比的不同，其比例占到水泥石的10%～20%。因此通過測(cè)定氫氧化鈣的含量可以間接反映水泥水化產(chǎn)物的數(shù)量和水化反應(yīng)的程度。

將樣品A和樣品B用無水乙醇中止水化和脫水，在60℃下干燥6 h，取粉碎研磨過篩的試樣，按照《水泥化學(xué)分析方法》（GB/T 176-1996）中規(guī)定的甘油-乙醇法，測(cè)定樣品中Ca(OH)2含量。

表4 氫氧化鈣含量和pH值

檢測(cè)結(jié)果顯示（表4），測(cè)試樣品的氫氧化鈣含量為10%，基本符合水泥石水化產(chǎn)物的理論值。由于測(cè)試物中除了水泥，還有大量礦渣粉、粉煤灰和石粉等粉體干擾，同時(shí)礦渣粉和粉煤灰還會(huì)與氫氧化鈣發(fā)生二次水化而消耗部分氫氧化鈣，故氫氧化鈣的含量比純水泥石的低。但通過與正常硬化混凝土的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)不凝結(jié)樣的氫氧化鈣含量與正常硬化樣混凝土相當(dāng)，雖然不能精確定量不凝結(jié)樣品中水泥水化產(chǎn)物的數(shù)量，但足以說明問題混凝土的水泥用量與正常硬化樣混凝土的水泥用量相當(dāng)。

3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)取樣的檢驗(yàn)與分析，問題樁內(nèi)混凝土有足夠數(shù)量的水泥且水泥水化程度正常，問題樁內(nèi)混凝土質(zhì)量問題產(chǎn)生的可能原因?yàn)椋夯炷猎跐仓^程中被水淘洗，并經(jīng)振動(dòng)棒震動(dòng)后，混凝土嚴(yán)重離析分層，出現(xiàn)粗集料下沉，膠凝材料上浮的現(xiàn)象，使得樁下部砂石堆積，缺乏足夠的膠凝材料進(jìn)行粘接，導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)松散強(qiáng)度低下；上部膠凝材料聚集，形成極為疏松多孔結(jié)構(gòu)，膠凝材料顆粒之間空隙大且充滿自由水，水泥顆粒雖然正常水化反應(yīng)，但生產(chǎn)水化產(chǎn)物不足以填充顆粒之間的空隙，固體顆粒之間的搭接較少，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)松軟疏松，強(qiáng)度偏低。

因此，可以判定主要原因是挖孔樁內(nèi)有滲水和積水導(dǎo)致混凝土嚴(yán)重離析分層，使樁內(nèi)混凝土下部松散，上部疏松，導(dǎo)致強(qiáng)度偏低。判斷依據(jù)如下：

（1）通過化學(xué)分析、礦物分析和熱分析，證明不凝結(jié)混凝土的水泥用量與正常硬化混凝土的水泥用量相當(dāng)，水化反應(yīng)程度正常。

（2）問題樁內(nèi)的混凝土膠凝材料和砂石材料明顯分層，說明混凝土在凝結(jié)硬化過程中嚴(yán)重離析分層。

（3）樁下部砂石堆積、松散無強(qiáng)度，而且越靠近樁底部，砂石表面越光潔，說明混凝土在澆筑時(shí)有明顯的淘洗特征。

（4）樁上部膠凝材料層結(jié)構(gòu)極為疏松多孔，含水率極高，按膠凝材料層厚1m，內(nèi)部含水60%計(jì)算，膠凝材料層內(nèi)部包含自由水的數(shù)量約半噸左右，這還不包樁下部集料含水、水泥水化結(jié)合水（約水泥用量的23%），以及樁表層的浮漿水，說明樁內(nèi)混凝土的含水遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出混凝土拌合的用水量。

4 結(jié)論

分析結(jié)果表明，由于挖孔樁內(nèi)有滲水和積水，混凝土在澆筑過程中出現(xiàn)嚴(yán)重離析分層，材料顆粒空隙充滿自由水，水泥顆粒雖然正常水化反應(yīng)，但是由于空隙過大，生成的水化產(chǎn)物不能填滿空隙，固體顆粒之間的搭接較少，導(dǎo)致混凝土松軟、疏松、沒有強(qiáng)度。

[1]卓蓉暉,胡言,牟善彬．灌注樁混凝土不凝結(jié)探因[J]．國外建材科技,2002,23(3):13-17．

[2]GB/T176-2008,水泥化學(xué)分析方法[S]．

[3]常鐵軍,祁欣．材料近代分析測(cè)試方法[M]．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000:53-56．

[3]謝英,王向東,侯文萍．差熱令析在水泥水化研究中的應(yīng)用[J]．水泥,1997,(5):44-47．

責(zé)任編輯：余詠梅

Analysisof A Certain Pile Foundation's Non-Condensing Concrete in Bored Piles

針對(duì)某工程挖孔樁混凝土不凝結(jié)的質(zhì)量問題,本文采用物理試驗(yàn)、化學(xué)分析、X衍射分析和熱分析等手段測(cè)試了不凝結(jié)混凝土的性質(zhì),分析了混凝土不凝結(jié)問題的形成原因,并通過試驗(yàn)?zāi)M了不凝結(jié)混凝土的形成過程,為今后處理類似問題提供了參考。

灌注樁；混凝土；不凝結(jié)；原因

Concerning thequality problem of thenon-condensing concrete in bored pilesin a certain project,thisarticle discusses thewriter's testing the property of the non-condensing concrete by way of physical testing,chemical,X-diffraction,thermalanalysis and othermeans.It analyzes the reasons for the formation of non-condensing concrete and simulates its forming processby way of testing to provide references for similar problems in the future.

bored piles；concrete；non-condensing；reason

TU528

A

1671-9107（2011）09-0037-03

10．3969／j．issn．1671-9107．2011．09．037

2011-05-26

楊翔（1982-）,工程師,主要從事施工技術(shù)質(zhì)量管理工作。