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(guò)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(wèn)題時(shí)有發(fā)生,而混凝土質(zhì)量問(wèn)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(zhǎng)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(wú)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(guó)標(biāo)要求,說(shuō)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(guó)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(shuō)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。可以發(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(shuō)明不凝結(jié)混凝土在形成結(jié)構(gòu)的過(guò)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(guò)計(jì)算得出其密實(shí)度在0．27～0．54，孔隙率在0．46～0．73，說(shuō)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(guó)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(guò)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(shuō)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(shuō)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(guò)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(shuō)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(wèn)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(lái)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(guò)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(wú)水乙醇中止水化和脫水，在60℃下干燥6 h，取粉碎研磨過(guò)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(guò)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(shuō)明問(wèn)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(wèn)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(wèn)題樁內(nèi)混凝土質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的可能原因?yàn)椋夯炷猎跐仓^(guò)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(guò)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(wèn)題樁內(nèi)的混凝土膠凝材料和砂石材料明顯分層，說(shuō)明混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中嚴(yán)重離析分層。

（3）樁下部砂石堆積、松散無(wú)強(qiáng)度，而且越靠近樁底部，砂石表面越光潔，說(shuō)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(shuō)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(guò)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(guò)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(guó)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(wèn)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(wèn)題的形成原因,并通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M了不凝結(jié)混凝土的形成過(guò)程,為今后處理類似問(wèn)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。