一則商品混凝土不凝結(jié)案例的調(diào)查與分析

石從黎，宋開偉，汪文全

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400015）

一則商品混凝土不凝結(jié)案例的調(diào)查與分析

石從黎，宋開偉，汪文全

（重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶 400015）

針對某商品混凝土的“不凝結(jié)”現(xiàn)象，本文調(diào)查了混凝土不凝結(jié)的原因，驗(yàn)證了混凝土的生產(chǎn)配合比，檢驗(yàn)了基坑滲水的水質(zhì)，分析了不凝結(jié)混凝土的物理、化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明：混凝土不凝結(jié)的原因是基坑內(nèi)滲水造成混凝土嚴(yán)重離析分層。為今后處理類似問題提供了參考。

商品混凝土；不凝結(jié)；分析

1 前言

隨著商品混凝土技術(shù)的發(fā)展，商品混凝土的組分越來越復(fù)雜，應(yīng)用范圍越來越廣泛，施工工藝也越來越多樣。與此同時(shí)，混凝土出現(xiàn)的質(zhì)量問題越來越新異，原因分析也越來越困難。

本文以某商品混凝土奇特的“不凝結(jié)”現(xiàn)象（見圖1）為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)查，驗(yàn)證試驗(yàn)，以及采用了物理、化學(xué)、物相等現(xiàn)代測試方法來探索該工程混凝土“不凝結(jié)”現(xiàn)象的成因，為質(zhì)量監(jiān)督部門分析類似問題提供了科學(xué)的方法和依據(jù)。

圖1 混凝土不凝結(jié)現(xiàn)象

2 調(diào)查與分析

2.1 不凝結(jié)現(xiàn)象的調(diào)查

重慶某商業(yè)住宅工程的66根挖孔樁采用強(qiáng)度等級為C30、坍落度為200mm的商品混凝土一次性澆筑，澆筑方式為高拋工藝，澆筑過程順利，施工單位和混凝土供應(yīng)單位都對混凝土的質(zhì)量無異議。但是，混凝土在澆筑成型14d后，卻發(fā)現(xiàn)部分（9根）挖孔樁混凝土凝結(jié)硬化異常，主要表現(xiàn)為：混凝土呈深青色，質(zhì)地松軟、無強(qiáng)度，出現(xiàn)了“不凝結(jié)”的現(xiàn)象，見圖1。

2.2 混凝土配合比的驗(yàn)證

為了排除混凝土配合比及生產(chǎn)原材料對混凝土凝結(jié)性質(zhì)的影響，從混凝土生產(chǎn)企業(yè)抽取了相同品種的混凝土生產(chǎn)原材料，按照澆筑當(dāng)日混凝土施工配合比（見表1）進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

驗(yàn)證結(jié)果為：混凝土坍落度正常（200mm）；混凝土粘聚性良好，無離析、泌水現(xiàn)象；混凝土凝結(jié)正常，初凝時(shí)間為14h；混凝土凝結(jié)硬化正常，3d強(qiáng)度達(dá)到16.9MPa。說明混凝土原材料與生產(chǎn)配合比對混凝土的凝結(jié)硬化性能沒有不良影響。

2.3 基坑滲水的檢驗(yàn)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)該工程為砂巖基坑，附近有地表水源，水源中有工業(yè)污水排入，而且基坑有明顯的滲水、積水現(xiàn)象。為了排除基坑滲水對混凝土的腐蝕性，在離地表水源最近的基坑提取水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，具體檢驗(yàn)分析結(jié)果如下：

水樣水質(zhì)微濁、稍有異味，水樣中pH值、Cl-、不溶物含量和溶解性固體的含量均滿足混凝土拌合用水的要求（化學(xué)分析結(jié)果見表2）。此外，采用COD方法測定水樣有機(jī)物含量為40.67mg/L（國標(biāo)規(guī)定一級污水排放標(biāo)準(zhǔn)要求有機(jī)物含量低于100mg/L），說明基坑滲水的有機(jī)物含量較低，對混凝土的性質(zhì)不會(huì)構(gòu)成明顯影響。

表1 混凝土施工配合比

表2 基坑滲水的化學(xué)分析結(jié)果 mg/L

為了驗(yàn)證水質(zhì)分析的結(jié)果，試驗(yàn)測定了使用基坑滲水的水泥凝結(jié)時(shí)間（見表3），結(jié)果表明，使用基坑滲水的水泥凈漿凝結(jié)時(shí)間與使用蒸餾水的相當(dāng)，說明基坑滲水對水泥凝結(jié)時(shí)間沒有明顯的影響。

因此，排除基坑滲水對混凝土凝結(jié)性質(zhì)的不利影響。

表3 基坑滲水對水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

2.4 不凝結(jié)混凝土的檢驗(yàn)

2.4.1 不凝結(jié)混凝土的水泥水化產(chǎn)物

按照國標(biāo)GB/T176-2008《水泥化學(xué)分析方法》對不凝結(jié)混凝土樣和正常混凝土的化學(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)混凝土樣品的pH值在12以上，達(dá)到正常水化的水泥石范圍，說明不凝結(jié)混凝土中有強(qiáng)堿性鹽存在，極有可能是水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣。而且不凝結(jié)混凝土的化學(xué)成分與水泥及正常硬化混凝土的化學(xué)成分和相對含量都非常接近。

然后，根據(jù)不凝結(jié)樣品的化學(xué)成分，采用X射線衍射分析測試了不凝結(jié)混凝土中結(jié)晶礦物（圖2），結(jié)果顯示，不凝結(jié)混凝土中明顯存在有羥鈣石（氫氧化鈣）和鈣礬石，這是典型的水泥水化產(chǎn)物。通過與正常硬化的混凝土對比，三者的X射線衍射分析圖譜基本一致，只是衍射峰的強(qiáng)度稍有區(qū)別。說明樣A和樣B代表的不凝結(jié)混凝土的主要礦物成分與正常水化的水泥石基本一致。

因此，不凝結(jié)混凝土的化學(xué)分析和礦物分析證明了不凝結(jié)混凝土中有大量水泥水化產(chǎn)物存在。

表4 化學(xué)成分分析結(jié)果 %

2.4.2 不凝結(jié)混凝土的水泥水化程度

由于不凝結(jié)混凝土中有明顯的水化產(chǎn)物（氫氧化鈣）存在，因此通過測定氫氧化鈣的含量就可以反應(yīng)水泥水化產(chǎn)物的數(shù)量和水化反應(yīng)的程度。

將不凝結(jié)混凝土樣品A、B和正常硬化混凝土中的水泥石用無水乙醇中止水化和脫水，在60℃下干燥6h，取粉碎研磨過篩的試樣，按照GB/T 176-2008《水泥化學(xué)分析方法》中規(guī)定的甘油-乙醇法，測定樣品中Ca(OH)2含量。

表5 氫氧化鈣含量

檢測結(jié)果顯示（表5），不凝結(jié)混凝土樣品的氫氧化鈣含量與正常硬化混凝土的氫氧化鈣含量接近，這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，但足以說明不凝結(jié)混凝土中的水泥含量與正常硬化樣混凝土中的水泥含量相當(dāng)，同時(shí)也說明了基坑混凝土有足夠數(shù)量的水泥且水泥水化程度正常。

因此，該工程基坑混凝土的“不凝結(jié)”現(xiàn)象不是由于混凝土中水泥不足或未水化造成的。

2.4.3 不凝結(jié)混凝土的結(jié)構(gòu)特征

試驗(yàn)測定取樣樣品A、B的密度和含水率，結(jié)果見表6。可以發(fā)現(xiàn)，不凝結(jié)混凝土的含水率極高（A樣含水49.3%，B樣含水71%），而正常硬化的混凝土的含水率約為4%，說明不凝結(jié)混凝土在形成結(jié)構(gòu)的過程中，顆粒間隙之間有大量自由水存在。

對于不凝結(jié)混凝土的干容重（0.66g/cm3、0.82g/cm3），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常水化的水泥石密度，甚至低于液態(tài)水的密度，而不凝結(jié)混凝土的材料密度達(dá)到2.2g/cm3，通過計(jì)算可知，不凝結(jié)混凝土的密實(shí)度很小（A樣為0.30，B樣為0.36），孔隙率很大（A樣為0.70，B樣為0.64），說明該物質(zhì)結(jié)構(gòu)松軟多孔。

由此可知，不凝結(jié)混凝土形成的主要原因?yàn)椋翰荒Y(jié)混凝土松軟多孔，雖然水泥水化充分但不足以填充顆粒之間的空隙，固體顆粒之間的搭接較少，加上孔隙內(nèi)富含大量水分，使得混凝土混凝土結(jié)構(gòu)松軟，無法形成強(qiáng)度，狀似“未凝結(jié)”。

為了探明該松軟結(jié)構(gòu)的形成原因，將發(fā)生質(zhì)量問題混凝土挖孔樁剔除，然后觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)該挖孔樁混凝土存在嚴(yán)重離析現(xiàn)象（見圖3），膠凝材料富集在上部，砂石堆積在下部，并且砂石表面光潔，有明顯的淘洗特征。

2.5 原因分析

根據(jù)前面的調(diào)查分析結(jié)果，該工程混凝土的質(zhì)量問題并非真正的混凝土不凝結(jié)現(xiàn)象，而是一種混凝土無強(qiáng)度現(xiàn)象。

由于該工程混凝土具有水泥水化充分、含水率極高、結(jié)構(gòu)松軟、離析分層等特征，而且混凝土澆筑前基坑有明顯的滲水和積水現(xiàn)象，由此，分析該工程混凝土質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因?yàn)椋夯又杏写罅繚B水和積水，使混凝土在澆注過程中被水淘洗，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，無強(qiáng)度，狀似混凝土“未凝結(jié)”。

表6 樣品的容重及含水率

3 結(jié)論

本文采用物理、化學(xué)、物相等方法對現(xiàn)場采集的樣品進(jìn)行測試分析，為混凝土不凝結(jié)現(xiàn)象的分析提供了科學(xué)依據(jù)。分析結(jié)果表明，該質(zhì)量問題并非真正的混凝土不凝結(jié)，而是由于樁基基坑有滲水和積水，混凝土在澆注過程中出現(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].國外建材科技,2002,23(3):13-17.

[2]GB/T176-2008《水泥化學(xué)分析方法》[S].北京:國家建筑材料工業(yè)局,2008.

[3]常鐵軍,祁欣.材料近代分析測試方法[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000:53-56.

[4]楊再富,石從黎,宋開偉等. 超時(shí)緩凝對混凝土強(qiáng)度發(fā)展的影響[J].商品混凝土,2010,(9): 61-63.

Investigation and analysis on unsetting of ready-mixed concrete

Shi Congli , Song Kaiwei,Wang Wenquan
(Chongqing Research Institute of Building Science, Chongqing 400015)

Abstrac:According to the phenomena of unsetting of ready-mixed concrete, this paper investigated characteristics of unsetting, verif ed mix proportion, examined seepage in foundation pit, analyzed physical and chemical properties of unsetting concrete. The results showed that the unsetting reason of concrete was that serious concrete segregation caused by excess water in digging pile. This gave a reference to the similar projects in the future.

ready-mixed concrete, unsetting, analysis

石從黎（1981-），男，碩士，工程師，畢業(yè)于重慶大學(xué)建筑材料專業(yè)，主要從事混凝土檢測與結(jié)構(gòu)鑒定，以及土木建筑材料的研究開發(fā)。

[單位地址]重慶市渝中區(qū)人和街31號重慶市建筑科學(xué)研究院混凝土工程研究所（400015）