混凝土表面爆裂鼓包原因分析與處理

摘要 某住宅樓，交付使用一年后，現(xiàn)澆板底部表面陸續(xù)出現(xiàn)混凝土鼓包，并出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。文章通過現(xiàn)場取樣分析鼓包處混凝土內(nèi)部化學(xué)成分及含量，根據(jù)混凝土原材料和自身特性，對混凝土表面鼓包原因進(jìn)行分析，提出有針對性的處理措施，消除隱患，確保工程的安全及正常使用。

關(guān)鍵詞 混凝土板;鼓包；化學(xué)成分；分析；措施

中圖分類號 TU746.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0引言

隨著混凝土組成材料的不斷發(fā)展，人們對材料復(fù)合技術(shù)認(rèn)識不斷提高，混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求比以前更明確、細(xì)化和具體。更加注重混凝土的耐久性、變形性能等綜合指標(biāo)的平衡和協(xié)調(diào)。但新興組合材料的混凝土表面經(jīng)常出現(xiàn)爆裂、鼓包，并出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。長時間混凝土鼓包脫落，既影響業(yè)主的后續(xù)正常使用，又對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸和構(gòu)件內(nèi)部鋼筋耐久性等結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生較大影響，后期結(jié)構(gòu)安全評估難、真實(shí)性、預(yù)判性低，難以做到亡羊補(bǔ)牢。根據(jù)實(shí)際工程，經(jīng)現(xiàn)場取樣分析鼓包處混凝土內(nèi)部化學(xué)成分及含量，根據(jù)混凝土原材料有害元素物質(zhì)含量和自身特性，對混凝土表面鼓包原因進(jìn)行分析，提出有針對性的處理措施，消除隱患，確保工程的安全及正常使用。

1工程概況

某高層住宅樓，鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，全現(xiàn)澆樓屋面板，所用混凝土均為商品混凝土攪拌站提供的預(yù)拌泵送商品混凝土。工程交付使用1年后，業(yè)主發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆板板底存在不同程度的混凝土鼓包現(xiàn)象，部分鼓包位置呈散點(diǎn)狀分布，無明顯規(guī)律，鼓包點(diǎn)大小不一。大部分鼓包點(diǎn)處混凝土已脫落，鼓包點(diǎn)中心為已粉化的粗骨料，呈棕褐色，一經(jīng)觸碰，粉末狀物質(zhì)即脫落。

2化學(xué)分析

2.1儀器分析過程

現(xiàn)場在混凝土爆裂鼓包部位鑿取棕褐色骨料樣品進(jìn)行電子顯微鏡掃描（SEM），掃描結(jié)果和選點(diǎn)圖像見圖2。再通過能譜儀（EDS）對材料微區(qū)成分元素種類與含量進(jìn)行面能譜和點(diǎn)能譜分析：混凝土中主要元素含量總面能譜圖像見圖3；混凝土中主要元素含量選取點(diǎn)能譜分析圖像見圖4～圖6。最后通過X射線衍射（XRD）對混凝土中元素含量進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖7。

2.2分析結(jié)果

由骨料部位的面能譜結(jié)果可以看出，鼓包處混凝土棕褐色骨料中所含元素為O、Ca、C、Si、Fe等，還含有少量的Mg、S、Mn、Al、K和P等元素，從骨料部位的點(diǎn)能譜結(jié)果可以看出，骨料中除了含較高Fe外，還含有少量Ti、Mn、Mg、S、Sr、Cl、P等元素。

3混凝土爆裂鼓包原因分析

通過對鼓包處混凝土骨料的電鏡（SEM）、點(diǎn)面能譜（EDS）以及X射線衍射（XRD）元素分析結(jié)果可推斷，該棕褐色的骨料含有黃鐵礦、方解石和氧化鐵等主要成分，初步判斷為鋼渣骨料。處理不當(dāng)?shù)匿撛鳛楣橇希浒捕ㄐ詥栴}突出，經(jīng)過漫長時間，混凝土表面碳化后，水、氧氣等到達(dá)鋼渣骨料表面，鋼渣骨料中的鐵氧化生成氧化鐵，體積膨脹引起脹裂。當(dāng)S和Mn的含量超過一定比例時，鋼渣中存在的硫化亞鐵、硫化亞錳水化生成Fe（OH）₂、Mn（OH）₂，體積分別增大1.4倍和1.3倍。此外，當(dāng)鋼渣中含有游離氧化鈣、游離氧化鎂時，遇水（水汽）反應(yīng)生成Ca（OH）₂和Mg（OH）₂，體積分別增大1.98倍和2.48倍。從而產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力，將周邊混凝土撐開，導(dǎo)致表層混凝土爆裂、剝落，而骨料自身則因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后變得酥松。

4芯樣沸煮試驗(yàn)

將現(xiàn)場鉆取的鼓包處帶有棕褐色骨料的芯樣，參照水泥安定性試驗(yàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗(yàn)方法》進(jìn)行高溫高濕環(huán)境下的沸煮檢測［1］，觀察氧化反應(yīng)的速度與自然潮濕環(huán)境中的水化反應(yīng)速度的區(qū)別，以及沸煮快速水化反應(yīng)后對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。

4.1芯樣沸煮結(jié)果

將現(xiàn)場鉆取鼓包處帶有棕褐色骨料的5處10個75mm×75mm芯樣［2-3］，5個芯樣放入沸煮箱內(nèi)高溫沸煮，經(jīng)100℃的環(huán)境下6h沸煮后，待冷卻后取出在自然條件下放置1天。發(fā)現(xiàn)有2個（2#芯樣、5#芯樣）帶有棕褐色骨料的芯樣新增爆裂現(xiàn)象，爆裂后的芯樣見圖8。

4.2芯樣強(qiáng)度變化

將沸煮后，未發(fā)現(xiàn)有新增爆裂點(diǎn)的芯樣（1#芯樣、3#芯樣、4#芯樣）與未經(jīng)過沸煮的對應(yīng)位置芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度值檢測，檢測結(jié)果見表1。

由表1檢測結(jié)果對比，3組未沸煮芯樣與沸煮后芯樣的抗壓強(qiáng)度分別下降23.4%、22.4%20.9%，平均值下降22.3%［4］。

通過對鼓包處帶有棕褐色骨料的芯樣沸煮試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過高溫高濕環(huán)境，混凝土的體積、內(nèi)部孔隙、含水率發(fā)生變化，使混凝土內(nèi)含有游離氧化物的粗骨料發(fā)生水化反應(yīng)的速度加快，而且致使混凝土的抗壓強(qiáng)度大大降低［5］。

5混凝土表面鼓包處理措施

考慮到混凝土骨料中有害物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)的速度及自身特性，首先使游離氧化物快速發(fā)生水化反應(yīng)，然后隔絕空氣中水和氧氣表面封閉的方法進(jìn)行處理［6］，具體措施：

（1）首先將板底裝飾材料剔除，混凝土表面處理干凈，持續(xù)噴灑熱水的方式讓混凝土構(gòu)件充分潤濕，周期不得少于45天（以不出現(xiàn)明顯的鼓包、爆裂現(xiàn)象為準(zhǔn)），讓混凝土中的有害物質(zhì)充分快速水化。

（2）將鼓包位置酥松混凝土剔除、鑿毛，將混凝土鼓包爆裂處全部清理干凈，且剔除至混凝土密實(shí)部分并延伸不小于10mm。

（3）損傷缺陷較小部位或深度不大于40mm部位采用強(qiáng)度等級不小于M40高強(qiáng)聚合物修復(fù)砂漿抹面修復(fù)；損傷缺陷深度大于40mm且面積較大部位采用強(qiáng)度等級比原設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級提高一級的無收縮高強(qiáng)灌漿料修復(fù)。

（4）修復(fù)完成后，繼續(xù)灑水保持所有構(gòu)件表面濕潤，待修復(fù)材料強(qiáng)度滿足要求后，如果沒有出現(xiàn)新的鼓包爆裂現(xiàn)象，采用1∶2.5防水砂漿（42.5級水泥摻302膠（302膠中摻入水，水與302膠比例為1∶1）對混凝土表面全部壓抹密封，涂刷壓抹不少于3遍，總厚度不應(yīng)小于15mm，并于最后一遍壓抹耐堿玻璃纖維布一層。

6混凝土原材料突出問題

混凝土是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一，混凝土具有原料豐富，價格低廉，生產(chǎn)工藝簡單的特點(diǎn)，因而使其用量越來越大。同時混凝土還具有抗壓強(qiáng)度高、耐久性好、強(qiáng)度等級范圍寬等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使其使用范圍十分廣泛，不僅在各種土木工程中使用，在造船業(yè)、機(jī)械工業(yè)、海洋開發(fā)、地?zé)峁こ痰龋彩侵匾牟牧稀?/p>

混凝土是一種充滿生命力的建筑材料。隨著混凝土組成材料的不斷發(fā)展，人們對材料復(fù)合技術(shù)認(rèn)識不斷提高。對混凝土的性能要求不僅僅局限于抗壓強(qiáng)度，而是在立足強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，更加注重混凝土的耐久性、變形性能等綜合指標(biāo)的平衡和協(xié)調(diào)。混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求比以前更明確、細(xì)化和具體。同時，建筑設(shè)備水平的提升，新型施工工藝的不斷涌現(xiàn)和推廣，使混凝土技術(shù)適應(yīng)了不同的設(shè)計、施工和使用要求，發(fā)展很快。

混凝土材料是一種耐久性材料，但是本質(zhì)上是一種非均勻的多孔材料，在二氧化碳、水、氯離子、硫酸鹽等的介質(zhì)的侵蝕作用下，不可避免受到外來因素的影響而腐蝕，混凝土?xí)铀倨茐模褂脡勖蟠罂s短。

混凝土表面多處出現(xiàn)鼓包崩裂這可能是采用增鈣粉煤灰、含脫硫石膏配制混凝土，粉煤灰中含有游離氧化鈣或石膏，其水化速度慢，當(dāng)混凝土已經(jīng)硬化后才發(fā)生水化，體積產(chǎn)生膨脹，把混凝土表面崩裂。因此，采用增鈣粉煤灰、脫硫灰時一定要進(jìn)行體積安定性檢驗(yàn)，合格后方能使用。

鋼渣作為骨料應(yīng)用于房建工程是一種趨勢，符合環(huán)保要求以及可持續(xù)發(fā)展，但是鋼渣的安定性不良是制約在房建工程中大面推廣應(yīng)用的重要因素，鋼渣中游離氧化鈣（f-CaO）和游離氧化鎂（f-MgO）的含量又是重中之重。游離氧化鈣（f-CaO）、游離氧化鎂（f-MgO）反應(yīng)比較緩慢，如果后期游離氧化物進(jìn)一步反應(yīng)，水化之后，自身體積膨脹多倍，在骨料表面產(chǎn)生明顯膨脹鼓包爆裂現(xiàn)象。對混凝土結(jié)構(gòu)后期持續(xù)性影響造成的結(jié)構(gòu)長期損傷潛在危害會進(jìn)一步加強(qiáng)。鋼渣骨料的安定性的離散性也非常大，少量存在嚴(yán)重安定性問題的骨料就可能使硬化混凝土發(fā)生表面損傷或結(jié)構(gòu)性破壞。由于鋼渣是分散分布于混凝土中，如果后期處理不當(dāng)，“分散的鋼渣引起的破壞最終會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體破壞，從而讓后期加固失去意義，最后只能拆除。

7結(jié)束語

混凝土并不是一種孤立存在的單一材料。它離不開混凝土用原材料的發(fā)展，離不開混凝土的工程應(yīng)用對象的發(fā)展變化，應(yīng)該從土木工程大學(xué)科的角度來認(rèn)真對待混凝土。混凝土原材料的選用也是這樣，首先要分析工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件特點(diǎn)、設(shè)計要求，以及所處環(huán)境，預(yù)估可能出現(xiàn)的不利情況和風(fēng)險，若結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)爆裂、鼓包等一些問題十分嚴(yán)重的質(zhì)量事故，后期結(jié)構(gòu)安全評估難度大，真實(shí)性和可預(yù)測性低，難以彌補(bǔ)損失。所以立足當(dāng)?shù)卦牧希缓蟛捎每茖W(xué)、合理、可行的技術(shù)線路、技術(shù)手段，配制出滿足設(shè)計要求、施工工藝要求和使用環(huán)境要求的優(yōu)質(zhì)混凝土。

參考文獻(xiàn)

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［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T50784-2013［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013：1.

［4］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB50010-2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：1.

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［6］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范：GB50367-2013［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014：1.