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混凝土表面爆裂的成因與研究

作者:張邦平、徐浩發布時間:2021-09-01 15:17:50 瀏覽次數:

[摘要]本文通過對混凝土爆裂點樣品、碎石、熟料成分分析,并在混凝土中摻入熟料替代部分碎石為骨料模擬爆裂試驗,證明混凝土表面爆裂點根源是水泥廠熟料引起。所以混凝土公司加強對進廠粗骨料質量驗收工作,避免混凝土類似質量事故的發生。

[關鍵詞]水泥熟料;混凝土模擬試驗;膨脹

 

引言

20205月某工程負責人反映,在201910月份廠房內澆筑混凝土一層梁板柱混凝土表面出現局部隆起、開裂甚至脫落現象。根據事故現場工程技術人員陳述:隆起現象出現在混凝土澆筑半年后,且隨著時間的延續,隆起點數量增多,隆起程度增加,梁、板、柱混凝土表面出現隆起點二十幾處,爆裂部位比較零散、且深淺不一致。用手輕輕的剝開隆起的混凝土,發現爆裂點中間5-30mm灰黑色固體,比較疏松、強度、用手輕捻就能分散。如圖1

                  圖片關鍵詞

                     1

1.材料化學分析

查閱試驗室資料201910月份試驗室所有原材料檢驗記錄,質量指標都符合《建設用卵石、碎石》GB/T14685—2011國家標準。碎石是采用東陽世展交通產業發展有限公司提供的,事后到碎石料場取類似的灰黑色碎石骨料樣品,與爆裂點樣品化驗化學成分表格1。

                  1   兩種樣品化學分析數據 (%)

化學成分

燒失量

SiO2

Al2O3

Fe2O3

Cao

Mgo

SO3

f-Cao

黑色碎石

18.43

31.95

3.75

3.61

34.58

3.85

/

/

96.17

爆裂點樣品

3.62

20.15

5.22

3.28

63.37

3.50

0.49

0.18

99.81

  結果爆裂點的樣品與碎石化學成分數據完全不一致。確定不是料場碎石的原因。

2.混凝土爆裂模擬試驗

1)模擬混凝土爆裂試驗:用東陽世展交通產業發展有限公司生產灰黑色的碎石替代60%普通碎石,做混凝土級配試驗,試塊在標養室養護,觀察8個月時間試塊表面沒有出現爆裂點跡象,并把試塊,混凝土試塊表層及內部灰黑色的碎石沒有出現粉化現象。從以上兩試驗方法:碎石成分數據和混凝土模擬爆裂試塊試驗,推定東陽世展交通產業發展有限公司生產灰黑色的碎石,不是混凝土表面爆裂的膨脹源。

2)于2020613日偶然看到裝卸車碎石卸完之后,地上有一些灰黑色的有圓形、塊狀料,于是詢問駕駛員前一車裝過什么貨,他說裝過水泥熟料。清理的灰黑色熟料,一部分做混凝土爆裂模擬試驗;另一部分送到水泥廠化驗分析,公司料場成分與水泥廠熟料成分驗數如表2

2 混凝土公司料場的樣品成分與水泥廠的熟料成分數據 (%)

化學成分

燒失量

SiO2

Al2O3

Fe2O3

Cao

Mgo

SO3

f-Cao

料場的灰黑色骨料

1.01

21.06

5.45

3.83

64.87

0.92

/

/

97.14

水泥廠熟料

0.21

21.82

5.50

3.80

65.81

0.90

/

/

98.04

依據表2料場的灰黑色熟料成分與熟料成分比對,屬,初步斷定膨脹源就是灰黑色的水泥廠熟料。為了進一步證明是水泥廠熟料的原因,還采用混凝土爆裂模擬試驗驗證。如表3、4。

混凝土級配強度等級為C25:試樣1、1-1為基準;試樣2、2-130%熟料替代碎石的試驗。

        3       混凝土爆裂模擬試驗 (標準養護)     單位: 公斤

試樣

水泥

礦粉

粉煤灰

碎石5-31.5mm

水泥熟料

外加劑

7天強度Mpa

28天強度Mpa

試塊六個

情況

1

210

50

83

182

851

927

/

6.86

17.2

28.3

無爆裂

2

210

50

83

182

851

650

278

6.86

17.1

26.1

有爆裂點

 

          4     混凝土爆裂模擬試驗 (同條件養護)       單位: 公斤

試樣

水泥

礦粉

粉煤灰

碎石5-31.5mm

水泥熟料

外加劑

7天強度Mpa

28天強度Map

183天強度Map

試塊六個

情況

1-1

210

50

83

182

851

927

/

6.86

23.5

29.6

31.7

無爆裂

2-1

210

50

83

182

851

650

278

6.86

23.4

29.0

28.9

有爆裂點

 

把試塊分別放在標養室(濕度大于95%同條件養護(自然天氣),對兩個級配的混凝土試驗試塊進行觀察試樣1、1-1,試塊在同條件養護、標養室養護中,半年試塊表面仍然完好無損,沒有任何爆裂跡象;試樣2,試塊在標養室養護,28試塊邊角及側面發生局部崩裂破壞,2-1在同條件環境中半年后才試塊出現爆裂現象。同時對標養室試塊試樣1、1-1、同條件試塊試樣2、2-1的強度進行試驗:標養試塊7天強度下降0.5%,28天混凝土試強度下降8%;同條件試塊7天強度下降0.4%,28天混凝土試強度下降2.0%,183天混凝土試塊強度下降8.8%??偨Y原因是熟料水化后產生的膨脹應力所致。試塊爆裂如圖2

                          圖片關鍵詞   

                          2  

3. 混凝土的表面爆裂現象從熟料水化角度分析

1)在沒有石膏存在的情況下,處于堿性介質中4CaO·AI2O3·12H2O可以穩定存在,其數量的不斷增加阻礙了凝膠向熟料顆粒內孔隙遷移的進程,加劇了體系內的應力的產生。應力向熟料顆粒內部發展,導致了熟料顆粒的粉化,應力向熟料外部發展,在空間受限條件下,可以產生更大的膨脹應力。

做熟料體積膨脹試驗:把水泥熟料放在500毫升的玻璃燒杯,由于熟料大塊放不下,只好落在燒杯口子上,1/3在玻璃燒杯口子下面,2/3在玻璃燒杯上,隨著時間的延長熟料礦物成分不斷地吸收空氣中的水分,礦物成分不斷地進行水化反應,水化后體積也不斷地膨脹,整塊熟料慢慢的出現裂縫,4個月致使玻璃燒杯口爆裂,直至玻璃燒杯口玻璃碎片掉下來。如圖3

                          圖片關鍵詞

                             3

                

(2)工程廠房一層梁板柱是在2019年10月現澆筑,隨著混凝土強度在增長。當熟料顆粒在混凝土中部,混凝土強度增長一定時,混凝土抗滲透能力提高,阻止水分滲透到混凝土內部,內部處于在沒有水分情況下,熟料也停止水化,故不產生或停止膨脹應力。廠房一層梁板柱下面有蒸汽爐,時時向混凝土梁板柱表面冒水蒸汽,周圍的空氣濕度增大,當水蒸氣飄過混凝土表面,混凝土表面吸水時就有水份滲透到熟料,而熟料不斷的水化,熟料顆粒在混凝土面層時,熟料產生較大的膨脹應力,在混凝土的膠結強度低于熟料的膨脹應力時,產生隆起、崩裂現象。所以混凝土爆裂都在混凝土表面。也正是某廠房一層梁板混凝土表面或柱的、邊角出現

(3)爆裂點現象。

4.結論

在混凝土粗骨料碎石中混入一定數量的熟料顆粒,混凝土強度有影響,當熟料顆粒在混凝土結構表面(1-10mm)時,混凝土周圍濕度大于50%的情況下,隨著時間的延長會導致混凝土表面發生局部體積膨脹、爆裂、脫落的現象。

 

  參考文獻

 

[1]《水泥生產基本知識》武漢理工大學出版社

[2]GB14902-2012. 預拌混凝土。  

 

[作者簡介]張邦平  髙級工   1973年12月 男  漢族  籍貫: 浙江省衢州市開化縣華埠鎮彩虹二路401室    工作單位:東陽市華能新型建材有限公司城東分公司


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