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(shù)難度，介紹了實踐中對混凝土穩(wěn)定性試驗項目的設(shè)置及工程實例。
關(guān)鍵詞：混凝土 穩(wěn)定性 水泥安定性 加速水化 判定標(biāo)準(zhǔn)
1 引言
既有建筑物的診治工作所涉及的技術(shù)問題相當(dāng)復(fù)雜，有材料、地基、結(jié)構(gòu)、設(shè)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(shù)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(guān)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(guān)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(jìn)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(yīng)。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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)《水泥標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)《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(dāng)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(yīng)的國家試驗標(biāo)準(zhǔn)來檢驗石膏所引起的水泥安定性不良。但是，國家水泥標(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)低于5.0%的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。 目前MgO含量超標(biāo)發(fā)生的機(jī)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(yīng)用
⑴ 混凝土穩(wěn)定性檢測試驗項目的設(shè)置
水泥安定性問題對于工程實際來講，大家最為關(guān)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(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但國家水泥檢驗標(biāo)準(zhǔn)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(xué)性能指標(biāo)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(jìn)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(yīng)，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(xué)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(biāo)準(zhǔn)長度的試條，在常溫及煮沸（或壓蒸）條件下分別進(jìn)行養(yǎng)護(hù)、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(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(biāo)準(zhǔn)芯樣，在常溫及煮沸（或壓蒸）的條件下分別進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，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(yīng)特征峰值的相對強度（ 高度）來反應(yīng)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(jìn)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(biāo)，綜合其他指標(biāo)如混凝土抽芯結(jié)果$使用現(xiàn)狀等，以此來綜合評定混凝土的穩(wěn)定性。
4 工程實例
① 某學(xué)校教學(xué)樓建成使用約5年，由于當(dāng)時建筑施工管理較混亂，原材料基本未送檢，使用約2年后，在該樓柱、梁、板等部位陸續(xù)發(fā)現(xiàn)裂縫，且有逐漸增多的趨勢。為確保使用安全，業(yè)主委托我院對該樓的質(zhì)量安全進(jìn)行檢測鑒定。我們打開混凝土粉刷層檢查其裂縫的性狀、抽芯取樣、用肉眼觀察其表面并無裂縫存在，觀測混凝土在顯微鏡下的外觀也無異常表現(xiàn)，由此直接排除了水泥安定性問題，最終確定開裂原因是混凝土澆注質(zhì)量差和溫度收縮等。
② 某大型廠房樁基所用水泥送樣未有見證，且數(shù)量未達(dá)到國家規(guī)范要求$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(jìn)行檢測鑒定。通過從芯樣混凝土中剝離出水泥砂漿來進(jìn)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(yīng)變等，最后進(jìn)行綜合判定。
參考文獻(xiàn)
[1] GB 1346-89水泥標(biāo)準(zhǔn)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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