「案例」某医院综合楼混凝土爆裂原因分析与鉴定

某医院综合楼为高层框架剪力墙结构，采用商品混凝土，在施工期间发现一层框架柱、剪力墙以及二层现浇混凝土梁、板构件表面出现混凝土爆裂现象。在拆模后就开始发现局部位置陆续出现爆裂，爆裂部位比较零散、孤立，且深浅不一致。经浇水养护一段时间，这种现象不断扩大蔓延，爆裂点不断增加，主要表现为混凝土表面块状脱落，用手轻轻剥开脱落的混凝土层，发现爆裂点中央出现直径约10～30mm左右的白色固态物质。为分析混凝土爆裂的原因，评估爆裂对建筑结构安全性能的影响，建设单位委托检测鉴定机构进行了检测、鉴定，并提出处理意见。

混凝土爆裂现状调查

根据现场调查，混凝土在浇筑过程中以及拆模之前没有发现任何异常情况，爆裂是在拆模后发现的，而且随着后续的养护浇水，爆裂点不断增加。爆裂区域主要集中在一层（14－19）/（G－L）轴区域的混凝土结构构件上，从整个分布情况来看，剪力墙板、楼板等比较薄的构件爆裂脱落情况比较严重，爆点分布较为密集，严重处墙板上平均每m2达8～12点。梁、柱构件情况稍好，每个构件上有3～9个爆点。构件爆裂情况如图1和图2所示。

经调查，爆裂区域一层柱、剪力墙混凝土设计强度等级C50，二层楼面梁、板设计强度等级C40，商品混凝土供应厂家提供了水泥、砂、石、粉煤灰等混凝土用原材料相关性能检测报告，检测数据未发现不合格情况。

混凝土爆裂原因测试分析

一般情况下，新浇混凝土是不会出现混凝土爆裂、剥落的[1]。根据调查情况，初步怀疑是混凝土生产过程中混入某种或某类物质，造成该物质在混凝土水化过程中与水作用放出热量并引起体积膨胀，造成混凝土爆裂脱落。

2.1白色物质分布情况检查

在爆裂部位剥开混凝土表面剥落层，都能发现内有直径10～30mm左右的白色物质（见图3），白色物质在混凝土内呈团块状，颜色为白色（见图4）或淡黄白色（见图5），颜色不同主要是由于试样的主要组分的纯度不同（或者说杂质含量不同）所致。对较白的颗粒进一步放大，可以看到其中也含有一定的杂质矿物（见图6）。试样比较疏松，强度较低，试样团块用手轻捻就能分散。

现场通过在爆裂位置和未爆裂位置分别取样并对样品进行破型和切片，分析对比白色物质在混凝土内部的分布情况，并观察白色物质周围混凝土及内部混凝土的颜色、密实度、两者与水反应的程度等的差异。经检查，有的表面未爆裂的芯样及切片内部也发现了白色物质，且白色物质周围混凝土颜色、密实度、水化产物与其他位置相比未见明显差异，未发现芯样内部有混凝土疏松、微裂缝现象。

2.2白色颗粒物相分析[2]

现场在爆裂处对白色物质进行取样，对试样进行X射线衍射分析（XRD）和热重分析，结果如图7和图8所示。采用扫描电镜进行颗粒形貌分析，结合能谱分析试样元素和物相组成。

从图7可以看出，试样主要是有Ca（OH）2和CaCO3组成，含有极少量的SiO2（石英）和β－C2S，后者来源于混入的未水化水泥颗粒。而CaCO3既可能是在试样取样、保存和处理过程中Ca（OH）2碳化形成，也可能是试样中本身含有未分解的CaCO3。试样中可能还含有少量的MgCO3，但由于其含量很少，衍射峰强度很低且与其它高相的衍射峰重叠，仅从XRD分析尚不能确定该物相在于试样中是否实际存在。

如图8所示，试样在加热过程中主要存在4个失重阶段。70℃附近（室温至100℃）有较小的重量失去，应该为试样中的吸附水脱去所致；455℃附近的失重系由Ca（OH）2脱去结构水所致；在530℃至700℃间存在两个失重过程，其中583℃附近的微小失重可能是由于MgCO3分解引起，而665℃附近的失重则是由于CaCO3分解所致。TG分析的结果也证明了试样主要由Ca（OH）2和CaCO3组成，同时存在少量MgCO3。CaCO3在700℃左右就完成分解过程，说明其晶粒尺寸较小、结晶度较差，可能是由试样中Ca（OH）2碳化形成。

图9是试样磨细粉末在不同放大倍数下的SEM分析结果，均未观察到具有Ca（OH）2典型的六方板状形貌的自形晶粒，而为不规则的他形晶粒。这可能是由于CaO在空间受限制的条件下消解生成Ca（OH）2，阻碍了具有规则形貌的自形晶粒的形成，而CaO在空间受限制的条件下消解可以产生更大的膨胀应力。

由图10粉末试样颗粒的能谱分析结果可知，颗粒中有Ca、O和少量的C元素，基本不含其它杂质，可见此颗粒为Ca（OH）2（EDS不能检出H元素）。

综合以上对试样样品的X射线衍射、热重分析和扫描电子显微镜－能谱分析结果，可以确定所取白色物质的主要组成为Ca（OH）2和CaCO3。

其中CaCO3可能是由试样中的Ca(OH)2碳化形成，而Ca(OH)2应是混凝土中混入的生石灰CaO和水反应的产物，当混凝土中混有部分生石灰CaO时，生石灰CaO与水作用后生成氢氧化钙Ca(OH)2，造成混凝土内部体积膨胀导致混凝土破碎并脱落。

2.3混凝土中有害物质含量检测分析

现场从一层（14－19）/（GL）区域结构混凝土构件中钻取芯样，对混凝土中的有害物质含量进行化学分析测试，按照《混凝土结构现场检测技术标准》（GB/T50784－2013）要求取样、筛分、破碎及研磨。分别对从爆裂构件及无爆裂构件中取出的样品进行混凝土中水溶性氯离子、可溶性碱含量以及骨料碱活性进行分析测定。检测结果如表1～表3所示。

由表1、表2可知，所取3组样品混凝土中氯离子含量和可溶性碱含量均未超过《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010）及《混凝土结构耐久性规范》（GB/T50476－2008）规定的最大限值。根据表3可知，爆裂部位和未爆裂部位所测14d的膨胀率均小于0.1%，可判定混凝土中骨料均无潜在的碱－硅酸反应危害，骨料属于非活性骨料。

2.4混凝土构件钻芯检测

通过对该工程爆裂影响区域混凝土实体构件钻芯检测，评估混凝土爆裂对构件强度的影响，分别对混凝土墙板、柱构件（混凝土设计等级C50）以及混凝土梁、板构件（混凝土设计等级C40）两个批次混凝土各钻取15个芯样试件，按照《钻芯法检测混凝土技术规程》（CECS03：2007）进行加工处理。经抗压强度试验，从两个批次取出的混凝土芯样混凝土抗压强度均满足设计要求。由此，爆裂未对混凝土强度造成显著影响。

抽取三处爆裂比较严重的楼板和墙板构件共3组，每组钻取2个直径75mm的混凝土芯样，并在每个芯样上截取1个无外观缺陷的10mm厚薄片试件，依据《建筑结构检测技术标准》[3]（GB/T50344－2004）附录B，通过外观检查以及对沸煮前后薄片试件和芯样试件沸煮后与未沸煮过的同期试件对比试验，判定f－CaO对混凝土质量的影响。

通过对沸煮后薄片试件和芯样试件的外观检查，均未发现沸煮试件出现开裂、疏松或崩溃现象。将每组芯样中沸煮过的芯样试件晾干，并与未沸煮过的比对芯样试件同期进行抗压强度的测试，对比试验结果如表4所示。经测试，芯样试件抗压强度变化百分率平均值ξcor，m≤30%。由此可以分析该区域混凝土中f－CaO对混凝土质量无明显影响。

混凝土爆裂原因分析及鉴定

通过上述对医院综合楼工程一层（14－19）/（GL）区域现浇混凝土结构的现场调查、检查及检测、分析，经综合分析后得出如下结论。

1）该区域混凝土出现爆裂的原因，可以排除是水泥中游离氧化钙、混凝土中有害物质如氯离子含量、碱含量超标或骨料碱活性影响所致，而是由于混凝土原材料中混入了少量的生石灰。生石灰在混凝土凝结硬化过程中和硬化后与水发生消解反应生成氢氧化钙（熟石灰），产生体积膨胀，且生石灰在空间受限条件下消解可以产生更大的膨胀应力，引起混凝土体积急剧膨胀，导致混凝土出现爆裂。

2）通过对爆裂点周围混凝土及其它位置混凝土取样后的破型和切片分析，爆裂部位与正常部位的混凝土在颜色、密实度、与水反应的程度及水化产物方面无明显差异；同时，爆裂构件混凝土内部未见明显不密实、微裂缝或孔洞等内部缺陷。爆裂构件混凝土强度仍满足设计等级要求，可以判定爆裂对周围混凝土强度无明显影响。

结论及建议

1）该医院综合楼混凝土爆裂现象产生的主要原因是由于混凝土原材料中混入了少量的生石灰。混凝土中的生石灰CaO与水作用生成氢氧化钙Ca（OH）2，造成混凝土内部体积膨胀导致混凝土破碎并脱落。

2）本工程由于混凝土中混入的生石灰含量较少，混凝土爆裂对结构构件的混凝土强度及内部质量尚无明显影响，不至于影响结构物的整体安全。

3）由于生石灰在混凝土中的分布情况不明，结构构件内部深层次的生石灰尚未全部水化反应，建议在处理前对影响区域混凝土构件加强水养护，使其充分水化，混凝土完全爆裂后再进行后续的处理修补。

4）商品混凝土供应商应从该事件中吸取教训，对原材料购入、运输、质量检验控制各个环节严格把关，杜绝类似情况的发生。

来源：《工程质量》2015.12