既有建筑物診治中的混凝土穩(wěn)定性檢測
2005-08-09 00:00
摘 要:本文從建筑物診治的角度出發(fā)分析了混凝土穩(wěn)定性檢測的技術難度，介紹了實踐中對混凝土穩(wěn)定性試驗項目的設置及工程實例。
關鍵詞：混凝土 穩(wěn)定性 水泥安定性 加速水化 判定標準
1 引言
既有建筑物的診治工作所涉及的技術問題相當復雜，有材料、地基、結(jié)構(gòu)、設計、 施工、檢測等方面的問題，也有局部和整體的問題。因此，就建筑物診治工作來說，存在許多技術與管理方面的問題。從實際的工程質(zhì)量安全鑒定出發(fā)，既有建筑物中的混凝土穩(wěn)定性檢測是其中的難題之一。
眾所周知，混凝土的穩(wěn)定性問題比較隱蔽，少則1～2年，多則3～5年才暴露出來。另外，一旦發(fā)生便幾乎無法修補加固，因而它是影響混凝土耐久性的重要因素之一。
本文結(jié)合筆者從事既有建筑物診治工作多年來所遇到的相關問題，就水泥安定性引起的混凝土穩(wěn)定性問題，提出一些見解與同行探討。
2 混凝土穩(wěn)定性檢測與水泥安定性檢驗方法的相互關系
⑴ 混凝土穩(wěn)定性的概念
所謂混凝土穩(wěn)定性不良，是指混凝土澆筑成形后在其使用期內(nèi)體積不穩(wěn)定，即工程建成投入使用一段時間后發(fā)生膨脹開裂，進一步發(fā)展至整個結(jié)構(gòu)脹大上拱等損壞。引起混凝土體積穩(wěn)定性不良的主要因素有水泥安定性不良及堿 — 骨料反應。本文主要就水泥安定性不良所引起的混凝土穩(wěn)定性問題進行探討。
⑵ 水泥安定性的概念
所謂水泥體積安定性不良，是指水泥已經(jīng)硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化，使構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂縫，降低建筑物質(zhì)量。
究其原因，一般是熟料中所含的游離氧化鈣過多，也可能是熟料中所含的游離氧化鎂或摻入的石膏過多，它們都是過燒的，熟化很慢，在水泥已經(jīng)硬化后才進行熟化：
CaO + H2O = Ca(OH)2
MgO + H2O = Mg(OH)2
這時體積膨脹引起不均勻的體積變化使水泥石開裂，強度降低.當石膏摻量過多時，在水泥硬化后，它還繼續(xù)與固態(tài)的水化鋁酸鈣反應生成高硫型水化鋁酸鈣，體積增大約1.5倍，也會引起水泥石開裂。
⑶ 目前常用的水泥安定性檢驗方法
國家水泥標準《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》(GB1346-89)規(guī)定，用煮沸法檢驗水泥體積安定性。水泥凈漿試餅煮沸4h后，經(jīng)肉眼觀察未發(fā)現(xiàn)裂紋，用直尺檢查沒有彎曲，則稱為體積安定性合格；反之，為不合格。煮沸法起加速氧化鈣熟化的作用，所以只能檢查游離氧化鈣所引起的水泥安定性不良。
國家標準《水泥壓蒸安定性檢驗方法》（GB/T 750-92）規(guī)定，用壓蒸法檢驗水泥的體積安定性，其原理是在飽和水蒸氣條件下提高溫度和壓力，使水泥中的方鎂石在較短時間內(nèi)絕大部分水化，用試件的形變來判斷水泥漿體積安定性。當普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥的壓蒸膨脹率≯0.50%，硅酸鹽水泥壓蒸膨脹率≯0.80%時，為體積安定性合格；反之，為不合格。
石膏的危害則需長期在常溫水中才能發(fā)現(xiàn)，均不便于快速檢驗，所以，至今還沒有相應的國家試驗標準來檢驗石膏所引起的水泥安定性不良。但是，國家水泥標準規(guī)定水泥或熟料中氧化鎂含量不得超過5.0～6.0%，水泥中SO3含量不超過3.5%，以控制水泥的安定性。
⑷ 目前混凝土穩(wěn)定性的檢測重點
需要說明的是，國內(nèi)轉(zhuǎn)窯水泥MgO的含量一般控制的3%以內(nèi)，遠低于5.0%的國家標準要求。 目前MgO含量超標發(fā)生的機率極小，由于石膏較貴，水泥生產(chǎn)廠家一般不會多摻，而游離氧化鈣在水泥生產(chǎn)的原材料中來源甚廣，因此，對混凝土穩(wěn)定性的檢測主要集中于混凝土中游離氧化鈣含量的檢測。
3 混凝土穩(wěn)定性檢測在實際工程中的應用
⑴ 混凝土穩(wěn)定性檢測試驗項目的設置
水泥安定性問題對于工程實際來講，大家最為關注的是混凝土強度是否降低，體積是否穩(wěn)定。
從已經(jīng)澆筑成形的混凝土來推斷所用水泥是否存在安定性不良的問題，難點在于找不到相應的技術標準，但國家水泥檢驗標準可供借鑒，因為混凝土膨脹主要是由水泥引起的，但檢驗水泥安定性用的卻是水泥凈漿，它與由砂、石、水泥、水等混合而成的混凝土凈漿不同。
我們可以通過混凝土加速水化的辦法，檢驗其物理力學性能指標的變化來推斷。根據(jù)同樣的原理，工程實踐中采用從混凝土構(gòu)件中鉆芯取樣，來進行下列試驗：
① 外觀檢查：一般而言，由于游離氧化鈣引起的混凝土體積不安定。在4個月左右就有反應，若工程已使用多年，其混凝土體積安定性的問題也有所暴露，其外觀表現(xiàn)為隨時間而增長的混凝土膨脹、酥裂、破壞乃至倒塌。鑒于工程的實際情況，可以檢查構(gòu)件混凝土芯樣外觀有無明顯膨脹變形；另外可從芯樣中切取厚度10㎜以內(nèi)的薄片拋光，用顯微鏡觀察其界面的組織結(jié)構(gòu)。
② 通過加速水化前后混凝土芯樣物理及力學性能的變化來判斷。若混凝土加速水化后其強度及聲速提高，則說明混凝土不存在水泥安定性不良的問題；否則，說明可能存在問題。
將同一個芯樣分別切割成2組28㎜左右標準長度的試條，在常溫及煮沸（或壓蒸）條件下分別進行養(yǎng)護、檢驗其線膨脹率；將同一個芯樣分別切割成2組厚10㎜以內(nèi)的薄片，在常溫及煮沸的條件下分別進行養(yǎng)護，檢驗其外觀有無明顯變形；將同一個芯樣分別切割成為2組標準芯樣，在常溫及煮沸（或壓蒸）的條件下分別進行養(yǎng)護，檢驗其線膨脹率、強度降低率及聲速降低率。
③ 從混凝土芯樣中剝離石子等粗骨料，留下水泥砂漿，通過壓蒸前后對比其游離氧化鈣等的含量變化來推斷。若有明顯變化，則說明可能存在問題。至于游離氧化鈣含量的檢測，可采用X射線衍射分析法，以X射線衍射圖譜上游離氧化鈣、方美石、石膏對應特征峰值的相對強度（ 高度）來反應它們相對含量的大小。
針對工程的不同情況和實驗室的條件，可以在以上試驗項目中進行取舍。
⑵ 混凝土穩(wěn)定性的綜合評定
以混凝土外觀檢查結(jié)果、加速水化前后顯微結(jié)構(gòu)的觀察、線膨脹率的變化、混凝土強度及聲速的變化和X射線衍射分析結(jié)果為主要評判指標，綜合其他指標如混凝土抽芯結(jié)果$使用現(xiàn)狀等，以此來綜合評定混凝土的穩(wěn)定性。
4 工程實例
① 某學校教學樓建成使用約5年，由于當時建筑施工管理較混亂，原材料基本未送檢，使用約2年后，在該樓柱、梁、板等部位陸續(xù)發(fā)現(xiàn)裂縫，且有逐漸增多的趨勢。為確保使用安全，業(yè)主委托我院對該樓的質(zhì)量安全進行檢測鑒定。我們打開混凝土粉刷層檢查其裂縫的性狀、抽芯取樣、用肉眼觀察其表面并無裂縫存在，觀測混凝土在顯微鏡下的外觀也無異常表現(xiàn)，由此直接排除了水泥安定性問題，最終確定開裂原因是混凝土澆注質(zhì)量差和溫度收縮等。
② 某大型廠房樁基所用水泥送樣未有見證，且數(shù)量未達到國家規(guī)范要求$后在樁基抽芯檢驗中發(fā)現(xiàn)其樁基混凝土中含有白色析出物，質(zhì)監(jiān)部門對其樁基所用水泥是否存在水泥安定性問題存有疑慮。為此委托我院對其進行檢測鑒定。通過從芯樣混凝土中剝離出水泥砂漿來進行壓蒸，用X射線衍射分析其游離氧化鈣、方鎂石、石膏等含量的變化，并結(jié)合樁基抽芯檢驗、外觀檢查等結(jié)果，最終綜合判定水泥安定性對其混凝土影響不大，使該廠房得以放心啟用。
5 結(jié)語
混凝土穩(wěn)定性的檢測需要綜合材料、施工、檢測、地基、結(jié)構(gòu)等多方面的知識，可采用外觀檢查、使用狀況調(diào)查、取樣加速水化試驗、X 射線衍射分析、電鏡分析等多種手段，并結(jié)合其他混凝土常規(guī)檢測，如抽芯、回彈、超聲、靜載、大小應變等，最后進行綜合判定。
參考文獻
[1] GB 1346-89水泥標準稠度用水量\凝結(jié)時間\安定性檢驗方法
[2] GB/T 750-92水泥壓蒸安定性檢驗方法
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