某工程項目裙樓地下室混凝土泛堿析晶的研究

蔣建森，姚翔，沈萬玉，田朋飛，王從章

（1.阜陽市重點工程建設管理局，安徽 阜陽 236000）

（2.安徽富煌鋼構股份有限公司，安徽 巢湖 238076）

0 前言

泛堿是混凝土較為常見的病害現象之一，其引發因素較多，多與膠凝材料特性、混凝土密實度、大氣濕度和水環境有關。對于不同工程部位的混凝土，泛堿原因不盡相同，對于泛堿的主要原因以及影響后果需對癥下藥。

1 工程概況

工程項目位于浙江省，總建筑面積144805.5m2，其中地下43271.45m3。該項目采用筏板基礎，設計為地下室2層，主樓地上43層，為框架核心筒結構，裙樓地上6層，為框架結構。地下室頂板以下混凝土強度等級為：柱采用C45，梁板墻采用C35。工程于2016年10月開始地下室施工，2017年3月地下工程完工。完工后發現裙樓地下二層個別柱子表面有嚴重泛堿析晶現象。

2 泛堿狀況

圖1 地下室柱子泛堿析晶外觀圖

泛堿現象出現在裙樓地下負二層的個別柱子，尤為嚴重的有兩根。柱子表面多處有大量白色結晶物質，結晶物質多從“點”滲出，向下擴散分布，表面及周圍潮濕有大量水分。部分滲出點為螺栓孔。析出的晶體質地堅硬，表面光滑，有一定光澤，緊緊附著在混凝土表面，須用堅硬的工具刮除。柱子泛堿圖如圖1所示。

3 原因分析

首先，將白色物質刮除，觀察混凝土表面，發現多有孔洞或裂縫，孔洞或裂縫處有水冒出，形成小氣泡。擦除水分后，仍然可以觀察有水滲出。刮除滲出點附近白色晶體后的混凝土外觀如下：

圖2 刮除白色結晶物質后外觀圖

圖 2（a）可以看出滲出點為一條裂縫，圖 2（b）可以看出滲出點為孔洞，圖2（c）可以看出滲出點為一小塊疏松多孔的缺陷，該缺陷處不密實，有水不斷滲出。根據建筑設計圖可知，發生泛堿析晶現象的柱子上方均為地下一層的集水坑，如圖1（c），在施工過程中，集水坑內始終有水。由于柱子和集水坑混凝土部不密實，形成了一定數量的內部連通通道，集水坑內的水通過這些內部通道滲出柱子表面，并沿柱子流下來，這也是能觀察到不斷有水及氣泡逸出的根本原因。將白色結晶物質刮除收集并自然風干后，送往南京工業大學材料化學國家重點實驗室做了礦物分析和化合物分析，結果如表1所示。

白色結晶物質的xrf熒光分析結果 表1

圖3 白色結晶物質的XRD圖譜

由圖3可知，白色結晶物質為較純凈的方解石（CaCO3），未發現其他晶體的衍射峰。由表1可知，結晶物質含有大量的鈣（Ca）元素，結合圖3，其燒失成分必為碳（C）元素。此外還有少量的硅（Si）元素，其來源于刮除白色物質時不小心帶入的水泥石，水泥石中含有水化硅酸鈣凝膠，凝膠引入了硅（Si）元素，但數量極少。

由水泥化學知識可知，水泥的熟料礦物在水化反應過程中，生成兩種主要產物：Ca（OH）2和水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠，Ca（OH）2多以晶體形式存在，但仍有大量的Ca2+和OH-存在于混凝土的空隙溶液中。當集水坑內的水進入內部通道并滲出時，將Ca2+和OH-帶到柱子表面，在潮濕及接觸空氣的條件下，和CO2反應生成白色的方解石（CaCO3）并附著于混凝土。由于集水坑及柱子混凝土內部通道多，水充足，所以在柱子多處發生泛堿析晶現象，并且繼續發展，直至生成厚厚的析晶層。

4 后果分析

①泛堿析晶過程中，水泥石內部的Ca2+不斷流失，構成強度的Ca（OH）2晶體和C-S-H凝膠不斷分解消耗，造成水泥石疏松多孔，密實度下降，混凝土強度降低。而內部通道越來越多，又增加了水的滲出速度，進一步加劇泛堿析晶。

②Ca2+的大量流失降低了混凝土體系的堿度，而鋼筋表面鈍化膜在高堿性環境下才可以穩定存在，因此堿度的降低使鋼筋鈍化膜易于破壞，從而使內部通道經過的鋼筋遭受銹蝕。鋼筋的銹蝕是膨脹性反應，會使鋼筋和混凝土脫離，降低柱子承載力，給結構帶來安全隱患。

③析出的晶體會降低混凝土和裝飾材料的粘結強度，使裝飾材料脫落。

5 處理建議

該項目裙樓地下二層發生泛堿析晶現象的幾根柱子上方均為集水坑，在后期項目運營使用階段，集水坑內絕大部分時間都有水，這意味著柱子的泛堿析晶條件一直具備。為了避免后期不利影響，尤其是柱子內部鋼筋銹脹，須將集水坑里的水完全抽除，然后對柱子進行注漿補漏處理。

6 案例啟示

傳統意義上的混凝土泛堿，是指當混凝土中的水足夠多時，在毛細壓作用下，水滲出混凝土表面，同時混凝土中的氫氧化鈣、鈉、鉀等物質也會以水為載體溶出。到達混凝土表面后，隨著水份蒸發，這些物質殘留在混凝土表面，形成白色粉末狀晶體，或者與空氣中二氧化碳反應在混凝土表面結晶形成白色硬塊。但此案例中，混凝土泛堿析晶較為嚴重，主要表現在析晶數量多和結晶層厚。混凝土發生嚴重泛堿析晶須具備三個要素：

①混凝土不密實，內部形成連通通道；

②混凝土處在水環境中，在壓力作用下，水可從一側進入，另一側滲出；

③和空氣接觸。

而混凝土不密實是最根本原因。因此為了避免泛堿析晶現象，應從混凝土配合比和施工工藝控制。首先，混凝土的骨料級配要符合要求，包裹性和粘聚性良好，漿體富足可充分填充于骨料空隙。其次，混凝土澆筑過程中，應加強振搗，避免漏振，尤其對于鋼筋密集處尤為注意，確保混凝土通過鋼筋流入下方。再次，后期螺栓孔封堵要按照規范操作，保證封堵到位，填充密實，可選擇微膨脹材料。最后，模板密封性要良好，避免漿體流失，使混凝土表面局部產生孔洞。