某工程混凝土构件点状爆裂质量问题原因分析及处理

曹云玉，董彦圣，徐飘霞，徐国孝

（1.浙江建科新材料开发有限公司，浙江 杭州 310012；2.浙江省建科建筑设计院有限公司，浙江 杭州 310012；3.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

近几年来混凝土点状爆裂事故时常发生。混凝土构件点状爆裂粉末如呈灰白色，一般都是细骨料中混入的石灰 CaO 细颗粒，与混凝土浇捣过程和后期遇水或空气中的水分反应生成氢氧化钙 Ca（OH）2膨胀所致。灰白色颗粒粉末的主要化学成分为氢氧化钙 C a（OH）2、碳酸钙 C a（CO3）、钾长石 K（AISi3O8）、白云石 CaMg（CO3）2等。

混凝土构件点状爆裂粉末如呈红褐色，大都是细骨料中混入冶金渣［1］，包裹着游离氧化钙的冶金渣细骨料在混凝土浇捣过程和后期遇水或空气中的水分作用下，使得游离氧化钙发生水化反应膨胀所致。红褐色粉末主要成分为三氧化二铁 Fe2O3、氧化钙 CaO、氧化镁 MgO 等。

某工程混凝土构件点状爆裂粉末呈灰黑色，本文将对爆裂原因进行分析。

1 工程事故概况

某厂房工程共三层，混凝土框架结构，建筑面积为 14 650.1 m2，施工时间是 2020 年 10 月 27 日至 2021 年 6 月 11 日，混凝土用量为 6 358.6 m3。2021 年 6 月 28 日发现三层楼板及梁柱混凝土有多处爆裂点，7 月 3 日发现一层楼板及梁柱也有多处爆裂点。

2 现场勘查和取样检测

2.1 现场勘查

笔者赴现场勘查，发现爆裂点较多的是第一层梁板柱。该批混凝土浇筑时间是 2021 年 1 月 10 日，强度设计等级 C30，配合比如表1 所示。爆裂点分布在柱的侧面、梁底和梁侧面、板底等暴露部位。

表1 混凝土配合比

凿开混凝土爆裂点，直至混凝土内，发现有灰黑色颗粒粉末。爆裂点裂开后呈弧形状，胀裂部位中心位置深度在 10～40 mm 不等，爆裂点由细骨料膨胀成粉末状，如图1、图2 所示。

图1 梁、板混凝土爆裂点

图2 混凝土爆裂点灰黑色粉末

2.2 取样检测

1）爆裂点颗粒粉末取样检测。工程现场调取混凝土爆裂点颗粒粉末，呈灰黑色，如图3 所示，并对灰黑色颗粒粉末采用 X 射线衍射仪进行 XRD 物相分析。物相成分 X 射线衍射如图4 所示，物相化学成分分布如图5 所示，物相化学成分和元素分析如表2 所示。

图3 爆裂点粉末样品

图4 灰黑色颗粒粉末的 X 射线衍射图

图5 灰黑色颗粒粉末的物相分析

表2 灰黑色颗粒粉末 XRD 物相化学成分和物相元素分析结果

2）混凝土芯样沸煮后试件外观。钻取的 6 个混凝土芯样，部分切成 6 组 12 片薄片。薄片试件及芯样沸煮后如图6 所示。沸煮后试件完好，未出现开裂或崩溃现象，如表3 所示。

表3 混凝土芯样沸煮后试件外观变化

3）混凝土芯样试件沸煮后强度变化，如表4 所示。

表4 混凝土芯样试件沸煮后强度变化

3 点状爆裂原因分析及处理

3.1 点状爆裂原因分析

根据灰黑色颗粒粉末物相成分X射线衍射图4 和物相化学成分分布图5，以及物相化学成分和物相元素分析表2，灰黑色颗粒粉末的主要化学成分为硅酸三钙 Ca3（SiO4）O，含量为 40.4 %、铁铝酸二钙 Ca2（FeAl）O5，含量为 26.1 %、氢氧化钙 Ca（OH）2，含量为 16.3 %，并含有铁 Fe，含量 6.0 %。硅酸三钙和铁铝酸二钙为水泥熟料成分，氢氧化钙和铁元素应该来源于水泥熟料中掺入的电厂炉渣。

根据《无机非金属材料工学》第 3 版［2］，硅酸三钙和铁铝酸二钙等熟料水化后体积逐步膨胀，其固相体积能达到原来体积的 2.2 培左右。水泥熟料中掺入的电厂炉渣（内含 Fe2O3）包裹着的游离氧化钙水化后也会引起体积膨胀。

混凝土供应方调查了砂子运输过程，其装砂子的工程车曾装过水泥熟料。水泥熟料卸货后，少量水泥熟料颗粒残留在工程车上，随后又去装砂子，并卸在混凝土公司砂子堆料场。水泥熟料中的硅酸三钙和铁铝酸二钙以及包裹着的游离氧化钙的电厂炉渣，在混凝土浇捣过程中和后期遇水或空气中的水分水化反应，引起体积缓慢膨胀。大约经过 6 个月以上胀裂，混凝土就会出现本工程的点状爆裂现象。

3.2 爆裂点技术处理

根据表4，所取混凝土芯样强度推定值在 44.8～ 54.3 MPa，超过 C30 设计强度等级值。沸煮后混凝 土芯样试件强度变化百分率低于 GB/T 50344－2019《建筑结构检测技术标准》要求的 30 %，并且试件外观完好，未出现开裂或崩溃现象。

因此，依据 GB/T 50344－2019《建筑结构检测技术标准》中附录 G，可以判定本工程梁板柱混凝土不存在游离氧化钙的潜在危害。只要采取凿开爆裂点、刮除原有腻子层、用高压吹尘枪清理爆裂部位粉末和碎屑、用结构修补胶补平即可。

4 结语

混凝土细骨料中混入石灰、石煤、冶金渣（钢渣砂）等出现的点状爆裂事故时有发生，但混入水泥熟料引起的点状爆裂事故为数不多。混凝土供应方采购砂石原材料时，既要重视砂的来源，也要注重运输车换货物后的清扫。Q