某工程混凝土構(gòu)件點狀爆裂質(zhì)量問題原因分析及處理

曹云玉，董彥圣，徐飄霞，徐國孝

（1.浙江建科新材料開發(fā)有限公司，浙江 杭州 310012；2.浙江省建科建筑設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 310012；3.浙江省建筑科學設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

近幾年來混凝土點狀爆裂事故時常發(fā)生?；炷翗?gòu)件點狀爆裂粉末如呈灰白色，一般都是細骨料中混入的石灰 CaO 細顆粒，與混凝土澆搗過程和后期遇水或空氣中的水分反應(yīng)生成氫氧化鈣 Ca（OH）2膨脹所致。灰白色顆粒粉末的主要化學成分為氫氧化鈣 C a（OH）2、碳酸鈣 C a（CO3）、鉀長石 K（AISi3O8）、白云石 CaMg（CO3）2等。

混凝土構(gòu)件點狀爆裂粉末如呈紅褐色，大都是細骨料中混入冶金渣［1］，包裹著游離氧化鈣的冶金渣細骨料在混凝土澆搗過程和后期遇水或空氣中的水分作用下，使得游離氧化鈣發(fā)生水化反應(yīng)膨脹所致。紅褐色粉末主要成分為三氧化二鐵 Fe2O3、氧化鈣 CaO、氧化鎂 MgO 等。

某工程混凝土構(gòu)件點狀爆裂粉末呈灰黑色，本文將對爆裂原因進行分析。

1 工程事故概況

某廠房工程共三層，混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為 14 650.1 m2，施工時間是 2020 年 10 月 27 日至 2021 年 6 月 11 日，混凝土用量為 6 358.6 m3。2021 年 6 月 28 日發(fā)現(xiàn)三層樓板及梁柱混凝土有多處爆裂點，7 月 3 日發(fā)現(xiàn)一層樓板及梁柱也有多處爆裂點。

2 現(xiàn)場勘查和取樣檢測

2.1 現(xiàn)場勘查

筆者赴現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)爆裂點較多的是第一層梁板柱。該批混凝土澆筑時間是 2021 年 1 月 10 日，強度設(shè)計等級 C30，配合比如表1 所示。爆裂點分布在柱的側(cè)面、梁底和梁側(cè)面、板底等暴露部位。

表1 混凝土配合比

鑿開混凝土爆裂點，直至混凝土內(nèi)，發(fā)現(xiàn)有灰黑色顆粒粉末。爆裂點裂開后呈弧形狀，脹裂部位中心位置深度在 10～40 mm 不等，爆裂點由細骨料膨脹成粉末狀，如圖1、圖2 所示。

圖1 梁、板混凝土爆裂點

圖2 混凝土爆裂點灰黑色粉末

2.2 取樣檢測

1）爆裂點顆粒粉末取樣檢測。工程現(xiàn)場調(diào)取混凝土爆裂點顆粒粉末，呈灰黑色，如圖3 所示，并對灰黑色顆粒粉末采用 X 射線衍射儀進行 XRD 物相分析。物相成分 X 射線衍射如圖4 所示，物相化學成分分布如圖5 所示，物相化學成分和元素分析如表2 所示。

圖3 爆裂點粉末樣品

圖4 灰黑色顆粒粉末的 X 射線衍射圖

圖5 灰黑色顆粒粉末的物相分析

表2 灰黑色顆粒粉末 XRD 物相化學成分和物相元素分析結(jié)果

2）混凝土芯樣沸煮后試件外觀。鉆取的 6 個混凝土芯樣，部分切成 6 組 12 片薄片。薄片試件及芯樣沸煮后如圖6 所示。沸煮后試件完好，未出現(xiàn)開裂或崩潰現(xiàn)象，如表3 所示。

表3 混凝土芯樣沸煮后試件外觀變化

3）混凝土芯樣試件沸煮后強度變化，如表4 所示。

表4 混凝土芯樣試件沸煮后強度變化

3 點狀爆裂原因分析及處理

3.1 點狀爆裂原因分析

根據(jù)灰黑色顆粒粉末物相成分X射線衍射圖4 和物相化學成分分布圖5，以及物相化學成分和物相元素分析表2，灰黑色顆粒粉末的主要化學成分為硅酸三鈣 Ca3（SiO4）O，含量為 40.4 %、鐵鋁酸二鈣 Ca2（FeAl）O5，含量為 26.1 %、氫氧化鈣 Ca（OH）2，含量為 16.3 %，并含有鐵 Fe，含量 6.0 %。硅酸三鈣和鐵鋁酸二鈣為水泥熟料成分，氫氧化鈣和鐵元素應(yīng)該來源于水泥熟料中摻入的電廠爐渣。

根據(jù)《無機非金屬材料工學》第 3 版［2］，硅酸三鈣和鐵鋁酸二鈣等熟料水化后體積逐步膨脹，其固相體積能達到原來體積的 2.2 培左右。水泥熟料中摻入的電廠爐渣（內(nèi)含 Fe2O3）包裹著的游離氧化鈣水化后也會引起體積膨脹。

混凝土供應(yīng)方調(diào)查了砂子運輸過程，其裝砂子的工程車曾裝過水泥熟料。水泥熟料卸貨后，少量水泥熟料顆粒殘留在工程車上，隨后又去裝砂子，并卸在混凝土公司砂子堆料場。水泥熟料中的硅酸三鈣和鐵鋁酸二鈣以及包裹著的游離氧化鈣的電廠爐渣，在混凝土澆搗過程中和后期遇水或空氣中的水分水化反應(yīng)，引起體積緩慢膨脹。大約經(jīng)過 6 個月以上脹裂，混凝土就會出現(xiàn)本工程的點狀爆裂現(xiàn)象。

3.2 爆裂點技術(shù)處理

根據(jù)表4，所取混凝土芯樣強度推定值在 44.8～ 54.3 MPa，超過 C30 設(shè)計強度等級值。沸煮后混凝 土芯樣試件強度變化百分率低于 GB/T 50344－2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》要求的 30 %，并且試件外觀完好，未出現(xiàn)開裂或崩潰現(xiàn)象。

因此，依據(jù) GB/T 50344－2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》中附錄 G，可以判定本工程梁板柱混凝土不存在游離氧化鈣的潛在危害。只要采取鑿開爆裂點、刮除原有膩子層、用高壓吹塵槍清理爆裂部位粉末和碎屑、用結(jié)構(gòu)修補膠補平即可。

4 結(jié)語

混凝土細骨料中混入石灰、石煤、冶金渣（鋼渣砂）等出現(xiàn)的點狀爆裂事故時有發(fā)生，但混入水泥熟料引起的點狀爆裂事故為數(shù)不多?；炷凉?yīng)方采購砂石原材料時，既要重視砂的來源，也要注重運輸車換貨物后的清掃。Q