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1、混凝土自崩实例分析p 混凝土自崩实例分析p 【摘要】：p 基于工程实例中混凝土自崩现象，通过 _ 射线荧光光谱分析p 、_RD 分析p 和模拟试验等对可疑物进行了辨别。结果表明：可疑物为钢渣，其在混凝土中缓慢水化导致体积膨胀，最终造成表层混凝土自崩。同时，通过模拟试验，分析p 了引起该类型混凝土自崩所需要的外部环境条件，并给出了防止该现象继续发生的建议。【关键词】：p ：混凝土；钢渣；物相；自崩 0 前言 某五层钢筋混凝土结构工程于 20_ 年 3 月浇筑完成，20_年 7 月，建设单位发现二层混凝土构件（主要为混凝土板，少量梁和柱）表面出现不同程度的自崩现象，而其他楼层混凝土构件表面无自崩现
2、象。经现场查勘，发现自崩现象主要有两种破坏类型：混凝土表层和腻子层脱落；混凝土表层和腻子层胀裂，尚未脱落。内部形态以可疑物质为最低点的放射状凹坑，破坏尺寸长 1253 mm，宽 1250 mm，深 114 mm。为探究其产生原因，本文对此自崩现象进行分析p ，通过对混凝土自崩部位的可疑物进行荧光光谱和 _RD 分析p ，以及相关模拟试验，判定可疑物质为钢渣，为混凝土的类似质量问题提供一定的参考。1 试验概况 1.1 试验原材料 从工程现场自崩部位（见图 1图 3）取回的硬化混凝土和硬化混凝土中的褐色可疑物质。1.2 试验仪器设备 主要仪器设备有：日本某企业生产的 ED_-7000 型岛津能量散
3、射型 _ 射线荧光光谱仪；德国某企业生产的D8ADVANCE 型 _ 射线衍射仪；浙江某公司生产的 B 型水泥（混凝土）快速养护箱等。1.3 试验方法和参考标准 采用荧光光谱分析p 法、_RD 分析p 法对可疑物进行定性分析p ，参照 GB/T 50344-20_建筑结构检测技术标准附录 B 中“f-CaO 对混凝土质量影响的检测”对试样进行模拟试验。2 试验分析p 2.1 荧光光谱试验 为测定样品成分及相对含量以分析p 其可能的物质种类，分别对混凝土自崩处可疑物（4 个样）、芯样中块状可疑物（4 个样）、芯样中粗骨料（20 个样）进行荧光光谱分析p 试验，测得主要元素含量（以氧化物形式表示）
4、见表 1，文献资料中煤矸石、石灰石、钢渣和矿渣的主要成分及含量见表 2。由表 1 可知，混凝土芯样中块状可疑物化学成分铁、锰含量和烧失量明显区别于其中粗骨料。基于原材料产地和处理工艺不同而造成的钢渣中成分含量间差异，以及混凝土中可疑物 Fe 含量一般高于 Si 和 Mn 含量的特征，结合其中 Ca、Si 和 Mn 含量，初步判断可疑物疑似钢渣。通过表 1 和表 2 对比可以发现，混凝土芯样中块状可疑物化学成分 Ca、Si、Fe、Mn 含量和烧失量与钢渣最相符；而自崩处可疑物中 Ca、Si、Fe 和 Mn 含量与钢渣相符，烧失量大于钢渣的原因可能是 CaO 水化生成了 Ca(OH) 2 ，有的
5、Ca(OH) 2 又与空气中的 CO 2 生成了 CaCO 3 ，自崩处可疑物是钢渣水化后产物的可能性较大。综合分析p 得出混凝土中可疑物是钢渣的可能性最大。2.2 _RD 试验 为确定可疑物成分的晶体结构分析p 其可能的物质种类，对混凝土芯样自崩处可疑物和芯样中可疑物分别进行_RD 分析p 试验，分析p 的结果如图 4 和图 5 所示。由图 4 可知，自崩处可疑物矿物相主要是钙硅氧化物（水化硅酸钙 C-S-H）、钙铁氧化物（Ca 2 Fe 2 O 5 等），RO 相（MgO 和 FeO 等氧化物的固溶体），以及由 CaO 水化生成的 Ca(OH) 2 和由 Ca(OH) 2 与空气中 CO
6、2 接触生成的CaCO 3 。由图 5 可知，混凝土芯样中可疑物矿物相主要是 C 2 S（Ca 2 SiO 4 ）、C 3 S（Ca 3 SiO 5 ）、C 2 F（Ca 2 Fe 2 O 5 ）、RO相、CaO 和 Ca(OH) 2 ，以上为钢渣的特征物相。自崩处可疑物样品中部分物相与混凝土芯样中可疑物相同，其中不同物相可由芯样中可疑物的相关矿物相氧化或水化生成，如图 5 中的 C 2 S（Ca 2 SiO 4 ）和 C 3 S（Ca 3 SiO 5 ）可以水化生成图 4 中的钙硅氧化物（水化硅酸钙 C-S-H），游离 CaO 和 RO 相中的活性 CaO 可以水化成 Ca(OH) 2 ，C
7、a(OH) 2 与空气接触后又会生成 CaCO 3 。综合分析p 得出，混凝土芯样中可疑物是钢渣。2.3 特定环境下模拟试验 一般钢渣主要成分为 Ca、Si、Fe、Mn 等，冷却后大多呈块状，颜色为深灰、深褐色。钢渣在产生过程中，经过高温煅烧形成结构致密的游离 CaO 和 RO 相（主要为MgO）等，其水化过程十分缓慢并伴随着体积膨胀，CaO水化成 Ca(OH) 2 时体积增大近 1 倍，MgO 水化成Mg(OH) 2 时体积增大 2.2 倍。混入钢渣的混凝土骨料，在拌和浇筑后，钢渣中游离 CaO 和 MgO 等活性成分与混凝土内或外界渗入的水分发生水化等反应，生成 Ca(OH) 2和 Mg(
8、OH) 2 等水化产物，导致体积膨胀，并以钢渣为中心形成径向辐射爆裂应力，在混凝土表层区域的拉应力小于体积膨胀产生的应力时，就会出现自崩现象。选取 13 个芯样，分别截取至少一个无外观缺陷的 10 mm 厚薄片试件，共计 18 个试件。在试件表面寻找并标出可疑物，先采用荧光光谱仪对标记的可疑物进行光谱分析p 。然后将薄片试件放入水浴锅中加热至沸，恒沸 6 h 后自然冷却至室温。观察 18 个试件沸煮后的标识点及整体破损情况，对破坏点中的物质再次进行荧光光谱分析p 试验（若无破坏点可不做）。检查沸煮后薄片的外表面，具体情况见表 3，其中 5 个试件无疏松、开裂或崩溃现象，其余 13 个试件存在不
9、同程度的疏松、开裂或崩溃现象，典型试件“初 20-1”和“初 7-1”破坏现象见图 6。通过该模拟试验可知，可疑物存在引起混凝土表层自崩的可能，且概率较大。2.4 荧光光谱分析p 试样初 20-1 和初 7-1 中出现的疏松破坏点图 6 （b）和图 6（d）为沸煮前标识的可疑物所在处图 6（a）和图 6（c），沸煮前后破坏点处可疑物的荧光光谱分析p 结果以氧化物形式表示如表 4 所示。由表 4 可知，沸煮前芯样薄片表面可疑物中 Fe、Ca、Si、Mn 含量与表 2 中&”钢渣&”和表 1 中&”混凝土芯样中块状可疑物&”大致相似；沸煮后与沸煮前试样中 Ca 含量降低的原因是 Ca 在沸煮过程中
10、溶出，生成了一些钙盐如 Ca(OH) 2 和 C-S-H 凝胶和钙矾石等，表现为沸煮后的溶液中有白色絮状物生成。因此，再次断定该芯样中引起自崩现象的可疑物为钢渣。3 自崩现象产生的原因及防护措施建议 3.1 产生的原因 从具有潜在自崩可能的芯样中截取 4 个直径 25 mm的芯样，分别对芯样含水状态进行调节，含水状态如表 5所示。将处理后的芯样在密闭环境下（隔绝空气），从室温升至（100±2），恒沸 6 h 后，自然冷却至室温，试件破损情况如表 5 所示，由此可知潮湿环境是其产生自崩的主要条件。3.2 防护措施建议 尽管钢渣经过处理后，其中的活性成分会大大降低，但是鉴于现阶段处理
11、工艺的缺陷，处理后的钢渣依然存在活性成分，会对混凝土的耐久性产生伤害。因此，一般不建议钢渣用作混凝土骨料（经专业化处理，并用前模拟试验合格的除外），若混凝土中不慎混入钢渣后产生了自崩现象，可以采取如下措施：（1）先清除自崩处疏松混凝土，然后通过隔绝水气的方法，避免钢渣处于潮湿环境中，以减缓其产生有害反应的速度。（2）根据混凝土构件状况和使用环境采取不同处理方式，如需必要应同时进行加固处理（如碳纤维加固、外包钢加固等），或根据结构安全需要采取其他处理方式（如钢结构置换等）。（3）要定期检查、监测混入钢渣的混凝土构件，以便及时发现异常并采取有效的应对措施。4 结论 通过对混凝土表面自崩处可疑物及混凝土内部骨料的化学成分、物相等方面分析p 可知，硬化混凝土表层自崩主要是由于骨料中混入了钢渣所致。混入钢渣的混凝土浇筑后，钢渣中活性成分发生缓慢反应，导致体积膨胀，使混凝土表层区域出现自崩现象。第 5 页 共 5 页