地下室剪力墙局部混凝土爆裂原因分析

发表日期 2024-06-18 10:52:04 510

摘要：水泥中的游离CaO(f-CaO)对混凝土质量的影响已经得到了很大程度的控制，但CaO仍以其他方式影响着混凝土质量。为了分析某大厦地下室剪力墙局部混凝土爆裂的原因，依据《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344—2019）的判定方法，得出混凝土中的f-CaO未超限，再结合X射线荧光技术定量分析了混凝土化学成分，找出了混凝土爆裂的原因，并由此引入了“聚团未水化CaO”的概念。

混凝土是近现代最主要的土木工程材料之一，是由水泥等胶凝材料、骨料、水、外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材[1]。混凝土安定性主要是指混凝土中的水泥安定性，即水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥中含有较多的f-CaO、游离MgO、SO3时，结构会产生不均匀膨胀和膨胀性裂缝[2]，导致建筑物质量下降。水泥安定性的检测主要集中于f-CaO含量的检测[3]，《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344—2019)[4]已明确了f-CaO对混凝土质量影响的检测方法。

近年来，全国出现了多个混凝土爆裂的案例[3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13]。曾亮等[5,6,7]通过调查研究，指出了因为混凝土骨料中掺入未处理或未充分处理的钢渣等杂质，导致f-CaO超限，进而对混凝土质量造成一定影响，最终混凝土发生爆裂；贺晟等[8,9,10,11,12]通过试验证明了当f-CaO未超限时，混凝土爆裂的主要原因为混凝土粗骨料中混入了生石灰，其中贺晟[8]和张兰芳等[9]明确地指出，厂家在生产石料的过程中，石料和石灰窑的生石灰地理位置较近、未设置隔离以及装载机未作明确分工、运输车辆同时参与石灰和骨料运输等原因，造成CaO混入混凝土粗骨料中，进而混入混凝土中；倪浩群[13]指出混凝土爆裂原因是货运船只在运输散装水泥前装运过生石灰且未彻底清仓，导致在水泥运输过程中混入了生石灰小颗粒。

本文以实际工程为例，分析某大厦地下室剪力墙局部混凝土爆裂的原因，并引入“聚团未水化CaO”的概念，以期为类似工程提供参考。

1、工程概况

某大厦为地下2层剪力墙结构房屋，地下室剪力墙混凝土设计强度等级为C40。该大厦负2层剪力墙的混凝土浇筑日期为2018年10月，于2019年5月发现该部分剪力墙混凝土存在爆裂现象。

现场调查发现，该大厦负2层地下室部分剪力墙存在爆裂现象，爆裂点均由1个明确的中心点向外辐射，其中心点周边混凝土爆裂、掉落，爆裂中心点位置均有白色固体状物质，呈粉状或成团出现。剪力墙混凝土爆裂情况如图1所示。其中，爆裂最严重的墙体长度为9 m，共有68个均布分散的爆裂点。白色固体状物质中心点最深，可达25 mm，最大范围的直径约为120 mm，最大范围与深度呈正比。

图1 剪力墙混凝土爆裂情况

2、试验

2.1 混凝土安定性检测

为判定f-CaO对混凝土质量是否存在影响，在靠近白色固体状物质区域，采用钻芯法对该片剪力墙进行取样，然后进行芯样沸煮试验和芯样强度检测。

在该片剪力墙上钻取3个芯样，并将同一个芯样分成2个，其中一个直接用于混凝土抗压强度检测，另外一个先进行沸煮试验，然后再做混凝土抗压强度检测。芯样及其编号如图2所示。参照《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344—2019)[4]附录B，对3个芯样进行加工，将其制作成薄片试件和芯样试件。

1#试件在沸煮前的加工期间出现开裂、崩溃现象，观察到其脱落物质为白色固体状，如图3所示。去除开裂、崩溃的混凝土和白色固体状物质后，将剩余部分继续作为1#试件，和其他试件一起进行沸煮试验。沸煮试验前后薄片试件和芯样试件的外观情况如图4所示。由图4可知：沸煮试验后，1#～3#试件（薄片试件和芯样试件）均未出现开裂、疏松、崩溃等现象。检测沸煮试验后芯样试件的混凝土抗压强度，并计算其强度变化百分率，结果见表1。

图2 芯样及其编号

图3 芯样沸煮前局部开裂

根据《建筑结构检测技术标准》（GB/T50344—2019)[4]，出现以下情况时，可判定f-CaO对混凝土质量有影响：(1)有2个或2个以上沸煮试件（包括薄片试件和芯样试件）出现开裂、疏松、崩溃等现象；(2)芯样试件强度变化百分率平均值ξcor,m>30%;(3)仅有1个薄片试件出现开裂、疏松、崩溃等现象，并有1个芯样试件强度变化百分率ξcor>30%。由图4可知：沸煮后，本次试验的薄片试件和芯样试件未出现开裂、疏松、崩溃等现象。由表1可知：本次试验所取芯样沸煮后强度有所降低，但ξcor及ξcor,m均未超过30%。因此，f-CaO未超限，未对该片剪力墙的混凝土质量造成影响。

图4 沸煮试验前后薄片试件和芯样试件的外观情况

表1 混凝土抗压强度检测结果

2.2 白色固体状物质化学成分分析

为进一步分析混凝土爆裂的原因，现场提取爆裂中心位置的白色固体状物质，采用X射线荧光技术定量分析其化学成分。测试仪器为X射线荧光光谱仪（波长色散型），X射线光管最大功率为2.4 kW，含量为0.01%～100%。白色固体状物质的化学成分分析结果见表2。其样品类型为白色固体状（粉末状）物质（约30 g），主要成分为CaO，含量为96.68%，同时还含有SiO2、Al2O3、MgO等。

表2 化学成分分析结果

3、原因分析

根据上述检查情况和试验结果可知，爆裂中心位置的白色固体状（粉末状）物质成团出现，主要化学成分为CaO，说明该处聚团CaO与水发生化学反应生成Ca(OH)2，进而产生体积膨胀致使混凝土表面出现爆裂现象。本次试验混凝土中的f-CaO未超限，出现爆裂现象的原因是混凝土中含有“聚团未水化CaO”。

4、结语

水泥中f-CaO对混凝土质量的影响已经得到了很大程度的控制，但仍存在“聚团未水化CaO”影响混凝土质量的情况，在实际工程中应对此进行事前控制和事后分析。在事前控制方面，应严控CaO混入混凝土的各类可能路径，如水泥运输过程、混凝土骨料的生产和运输过程等；在事后分析方面，不能仅局限于f-CaO的检测，需要结合宏观现象等进行综合分析。

参考文献:

[1]李宗津,孙伟,潘金龙.现代混凝土的研究进展[J].中国材料进展,2009(11):1-7.

[2]曾家民,曾琦芳,林煌斌.超限游离氧化钙混凝土的体积安定性试验[J].华侨大学学报(自然科学版),2014,35(3):336-339.

[3]杜涛,崔士起,刘岩.游离CaO等对混凝土构件质量影响的分析[J].四川建筑科学研究,2008,34(1):136-138.

[4]建筑结构检测技术标准:GB/T 50344—2019[S].北京:中国建筑工业出版社,2019.

[5]曾亮.商品混凝土游离氧化钙超标爆裂检测分析与工程加固处理[J].江西建材,2022(10):83-85.

[6]张力,李招,尹立鹤,等.某混凝土结构爆裂的检测与加固[J].建筑结构,2021,51(增刊1):1639-1642.

[7]王枫,高波.某学校混凝土爆裂事故原因分析[J].混凝土与水泥制品,2011(12):53-55.

[8]贺晟.某高层住宅楼混凝土爆裂事故检测及处理[J].山西建筑,2008(32):82-83.

[9]张兰芳,王敏.混凝土中石灰爆裂原因与防治措施的研究[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2014,13(2):63-65.

[10]郑波,方永浩,陈新杰.某医院综合楼混凝土爆裂原因分析与鉴定[J].工程质量,2015,33(12):86-89.

[11]王康,刘士清,章杰,等.住宅剪力墙混凝土表面点状爆裂的原因分析[J].建筑技术,2021,52(7):888-891.