某桩基灌注桩混凝土不凝结原因分析.pdf

2 0 1 1 N O 9第1 0 卷 总 第9 5 期 建筑材料3 7 d o i - 1 0 3 9 6 9 4 is s n 1 6 7 1 - 9 1 0 7 2 0 1 1 0 9 0 3 7 某桩基灌注桩混凝土不凝结原因分析 An a l y s i s o f A C e r t a i n P i l e F o u n d a t i o n S No n Co n d e n s i n g Co n c r e t e i n Bo r e d P i l e s 杨 翔 f 重庆建工市政交通工程有 限责任公司 重庆4 0 0 0 2 1 】 摘要 ： 针对 某工程挖孔桩混凝土不凝结 的质量 问题， 本 文采 用物理试验、 化 学分析 、 x衍射 分析 和热分析等手段测试 了不凝 结混凝 土的性质， 分析 了混凝 土不凝结 问题 的形成原 因， 并通过试验模拟 了不凝 结混凝 土的形成过程， 为今后 处理 类似 问题提供 了参考 。 关键词 ： 灌 注桩 ； 混凝 土； 不凝结 ； 原 因 中图分类号 ： T U5 2 8 文献标识码 ： A文章编号： 1 6 7 1 9 1 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 9 - 0 0 3 7 - 0 3 Ab s t r a c t ： C o n c e r n i n g t h e q u a l i t y p r o b l e m o f t h e n o n c o n d e n s i n g c o n c r e t e i n b o r e d p i l e s i n a c e r t a i n p r o j e c t ， thi s a r t i c l e d i s c u s s e s the wr i t e r s t e s t i n g t h e p r o p e r t y o ft h e n o n c o n d e n s i n g c o nc r e t e b y wa y o fp h y s i c a l t e s t i n g， c h e mi c a l， X d i f f r a c t i o n， t h e r m a l a n a lys i s an d o t h e r me a ns I t a n a l y z e s th e r e a s o n s f o r the f o r ma t i o n o fn o n c o n d e ns i n g c o n c r e t e a nd s i mul a t e s i t s f o rm i n g p r o c e s s b y wa y o f t e s t ing t o p r o v i d e r e f e r e n c e s for s i mi l a r p r o b l e ms in the f u- t ur e Ke y wor ds： b o r e d p i l e s； c o n c r e t e； n o n c o n d e ns ing； r e a s o n 分层， 下部粗 集料堆积， 胶凝 材料全部 富集在桩 的上部 ： 序 言 由于混凝土组分复杂施 工过程 中不可遇见 的因素很 多 因而 混凝 土结构的质量 问题时有发 生而 混凝 土质 量问题中 尤以混凝 土不凝结危害性最大， 特别是在墩 、 柱等受压 构件 中， 混凝 土不凝结将使构件丧失承载能力 笔者根据某桩基的混 凝土 事故 处理 经现场取样。 进 行了实验分析 提 出了混凝 土不 凝 结 的可 能原 因 1工程概况和现场调查 某框剪结构商业住 宅工程，其基础采用混凝土灌注桩， 桩 身长度 E4 m一 1 0 m范 围。 混凝 土采用强度等 级为C 3 0 、 坍 落度 为2 0 0 mm的商品混凝 土， 以高抛工艺浇筑至桩 内， 经机械振捣 密实。在混凝土浇筑1 4 d 后发 现部 分灌注桩 混凝土强度低 、 凝 结异常， 甚至 出现 了不凝结现象， 见 图1 。 图1 现场情况图片 经现场调 查不凝结现象的主要特征 为 ： ( 1 ) 桩 身混凝 土匀质性差， 混凝 土材 料在桩身内完全离析 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 2 6 作者简介 ： 杨翔 ( 1 9 8 2 一 ) ， 工程 师， 主要从 事施工技 术质量 管理 工作 。 ( 2 ) 胶凝材料层结构疏松 、 质轻， 内部松软 、 含水率高且无 强度 ： ( 3) 集料堆积层结构松散， 集料表面光洁， 强度低 。 为了查 明原 因 分别取 了具有代表性的基坑渗水和不凝结 混凝 土胶 凝质物 ( A 样 、 B 样和C 样 ) ， 其中，A样取 自与空气接触 的外部， B 样和C 样取 自胶凝材料层 内部松软物质 。 2现场取样物质 的检验与分析 2 1桩 内渗水的水质 检验 由于 该工程灌注桩为砂岩基坑 附近有地表水 源f 主要为 工业 废水 ) ， 导致部分挖孔桩 内有渗水、 积水现象， 桩内水质微 浊、 稍有异味。 为了排 除桩 内渗水对 混凝土凝结 时间的影响 对基坑渗水样 品进行 了水质化学分析 及水泥凝结时 间试验 2 1 1水质的化学分析 现场基坑渗透水 的水样 的化 学分析结果见表1 从分析结 果看， 该水样 中p H值、 C I 一、 s o g 一 、 不溶物含量和溶解性固体的 含量均满 足国标 要求说 明基坑渗透水的水质达到混凝土拌 合 用 水 的要 求 表1基坑渗水 的化学分析结果 p H l i C l s o ： 一 不 溶 物 含 量 溶 解 性 固 体 有 机 物 含 量 7 2 2 0 1 0 8 1 9 1 1 9 mg ， L 1 4 0 mg ， L 9 6 0 mg L 4 0 6 7 mg L 采用C OD方法测定其 有机 物含量 为4 0 6 7 mg L f 国标 规 定一级污水排放标准要求有机物含量低于1 0 0 mg L ) ， 说明基 坑渗水的有机物含量不 高对混凝土 的性质 不会构成 明显影 响。 2 1 2桩 内渗水对水泥凝结时间的影 响 重庆建筑 Ch o n g q i ng Ar c h i t e c t u r e 试验验 证了现场拌和水对 水泥凝结时 间的影响 ( 见表2) ， 结果表 明桩 内渗水对水泥 的凝结时间没有不 良影响。 表2水样对凝结时间的影响 注 ： 使 用拉法基P04 2 5 R水泥 。 2 2未凝结物质 的检验与分析 试验测定样 品 ( A、 B 、 C) 的密度和含水 率 ， 结果见表3 。可 以发现 不凝 结混凝 土的含水率 极高 ， 取 自材 料层 内部 的C 样 居然有7 1 的含水 即使取 自表层 的A 样 的含 水也有2 5 2 的 含水 而 正常硬化 的混凝土 的含水率 约 为4 ， 说明不凝 结 混 凝土在形成结构的过程中 ， 颗粒间隙之间有大量 自由水存在。 不凝结混凝土 的容重则与其含 水率成反 比 含 水率越高 容重就越轻 就 干燥 容重而言 ， 远远低于该物质的材 料表观 密 度 ( 经测 定该材 料的表观 密度 为2 2 g c m。 ) ， 而 其体积 密度却 只有0 6 1 2 远低于正常水化的水泥 石的密度 ， 甚至低于 液态 水 的密度 。通过计 算得 出其密 实度 在O 2 7 0 5 4，孔 隙率在 0 4 6 O 7 3， 说明该物质孔 隙多且结构疏松。 2 3未凝结物质 的水化产物及水化程度分析 表3 样 品 的容 重 殛 含 水 率 2 3 1水化产物分析 按照 国标 水泥化 学分析方法 对 未正 常硬化样和正 常硬 化混凝土 的化学成 分进行 分析 f 其 中正 常硬化混凝土是将 正 常凝结混凝土破碎、 剔 除骨料颗粒后 ， 收集的硬化水泥石 ) 。 从表4的结 果可 以看 出 ， 不凝结样 和水泥 、 正常 硬化混凝 土的化学成分基本一致 ， 只是相对含量有所不同。由于 混凝土 的配制过程中掺加 了掺 合料造成氧化铝和氧 化硅 的相对含量 上升 ， 氧化钙的相对含量降低。 因此 化学 分析的结果说 明异 常物质 的化学成分 与水泥 及正常硬化混凝 土的化 学成 分是一致。 结果显示 ( 见 表3 ) ：所有不凝结物质样 品的p H 值 在1 2 以 上 达 到正 常水化的水泥石范 围 ， 说 明不凝 结物质 中有 强碱 性 盐存在 ， 极有可能是水泥 的水化产物氢氧化钙。 表3化学成分分析结果 根据不凝 结样 品的化学分析结果 ， 采用X 衍 射方法分析 了 不凝 结混凝 土中结 晶矿物 ( 图2 ) ， 结果 显示 ， 不凝 结样 品中 明 显存在有氢氧化钙和钙矾石 ， 这是典型的水泥水化产物。通过 与正常硬化 的混凝土 对比 。 三者 的X 衍射 图谱基 本一致 ， 只是 衍射峰 的强度稍有 区别。说明样B 和样C 代表的不凝结物 的主 要矿物成 分与正常水化 的水泥石基本一致。由此证 明， 此问题 桩身混凝 土中有水泥存在 ， 并进行 了水化反应。 图2X衍射 图谱 2 3 2水化程度 分析 混凝土体 系内部 的碱 度主要是 由水泥水化生成 的氢氧 化 2 0 1 1 N O 9第1 0 卷总第9 5 期 某桩基灌注桩 混凝 土不凝结原 因分析 建筑材料3 9 钙来提供 的 水泥正 常水 化时水泥石内部P H约 为1 2 左右 ， 氢氧 化钙含量 约占水泥水化产 物的2 0 2 5 。但在混凝土 中， 由于 使用 了大量矿 物掺 合料 使得水泥 石中氢氧化钙 的比例有所下 降 ， 根据 配合 比的不同， 其比例占到水泥石的1 O 2 0 。因此 通过 测定氢氧 化钙的含量 可 以间接反映水 泥水化产 物的数量 和水化反应的程度。 将样 品A 和样 品B 用无水 乙醇 中止水化和脱水 ，在6 0 下 干燥6 h ， 取粉 碎研磨 过筛 的试 样 ， 按 照 水 泥化学 分析 方法 ( GB T 1 7 6 1 9 9 6 ) 中规定 的甘油一乙醇法 ， 测定 样品中C a ( OH ) 2 含量。 表4氢氧化钙含量和D H 值 类型 Ca ( OH)2 正常凝结 混凝土 未凝结混凝土 1 2 1 0 检 测结果显示 ( 表4 ) ， 测试样 品的氢氧化 钙含 量 为1 0 ， 基本符合水泥石水化产物的理 论值 。 由于测试 物中除了水泥 ， 还有大量矿渣粉、 粉煤灰和 石粉 等粉体 干扰 ， 同时矿 渣粉 和粉 煤灰还会 与氢氧化钙发 生二次水化 而消耗部 分氢氧化 钙 故 氢氧化钙 的含量比纯水泥石 的低 但通过 与正 常硬化混凝土 的对 比可以发现不凝结样的氢氧化钙含量 与正 常硬化样混 凝土相 当虽然不能精确定量不凝结样品 中水泥水 化产 物的 数量 但足以说明问题 混凝土的水泥用量与正 常硬化样 混凝 土 的 水 泥 用 量相 当 3原 因分析 根据现场调 查和 现场 取样 的检验与分析 问题桩 内混凝 土有足够 数量的水泥且水 泥水 化程度正常 问题桩 内混凝土 质量问题 产生的可能 原因为 ： 混凝土在浇筑过程 中被 水淘洗 ， 并经振动棒 震动后 混凝土严重离 析分层 ， 出现粗 集料 下沉 ， 胶凝材 料上浮 的现象 使得桩下部砂石堆积 缺 乏足够 的胶凝 材 料进行粘接 导致下部结构松散强度低下 ： 上部胶凝材料聚 集 形成极为疏松多孔结构 胶凝材 料颗粒之间空隙大且充满 自由水 水泥 颗粒 虽然正 常水化反应 。 但 生产 水化产物不足 以 填充 颗粒之间 的空隙 ， 固体颗粒 之间 的搭 接较少 ， 表现 为结构 松软疏松 ， 强度偏低。 因此 可以判定主要原 因是挖孔桩 内有渗水和积 水导致混 凝土严重离析 分层 ， 使桩 内混凝土下部松散 ， 上部疏松 ， 导致强 度偏低。判断依据如下 ： ( 1 ) 通过化学分析、 矿物分析和热分析 ， 证明不凝 结混凝土 的水泥用量 与正 常硬化混凝 土的水泥用量相 当 水化反应程度 正常。 ( 2 ) 问题桩 内的混凝 土胶凝材 料和砂石材 料明显 分层 ， 说 明混凝土在凝结硬化过程中严 重离析 分层。 ( 3 ) 桩下部砂 石堆积 、 松散 无强度 ， 而且越 靠近桩底 部 ， 砂 石表面越光洁 ， 说 明混凝土在浇筑时有明显的淘洗特征 。 ( 4 ) 桩上部胶 凝材料层结构极 为疏松多孔 ， 含水率极高 ， 按 胶凝材料层厚1 m 内部含 水6 0 计 算 。 胶凝材料层 内部包含 自 由水 的数量 约半吨左 右 ， 这还 不包 桩下部集料 含水 、 水泥水 化 结合水 ( 约水泥 用量的2 3 ) ， 以及 桩表层 的浮 浆水 ， 说 明桩 内 混凝土的含水远远超 出混凝土拌合 的用水量。 4结论 分析结果 表明 ， 由于挖 孔桩 内有渗水和积水 ， 混凝 土在 浇 筑 过程 中出现 严重离析 分层 ， 材料颗 粒空隙充 满 自由水 ， 水泥 颗粒虽然正 常水化反应 ， 但是 由于 空隙过大 ， 生成 的水 化产物 不能填 满空隙 ， 固体颗 粒之间的搭接较少 ， 导致 混凝 土松软 、 疏 松 、 没有强度 。 参考 文献 ： 【 1 】 卓蓉 晖， 胡言， 牟善彬 灌注桩混凝 土不凝结探 因【 J 】 国外 建材科技， 2 0 0 2 ， 2 3 ( 3 ) ： 1 3 1 7 【 2 】 GB 1 - 1 7 6 2 0 0 8 ， 水泥化学 分析 方法【 S l _ 【 3 1 常铁 军， 祁欣 材 料近代 分析测试 方法【 M1 哈尔滨 ： 哈尔 滨工业大学 出版社 2 0 0 0 ： 5 3 5 6 【 3 l 谢英， 王 向东， 侯 文萍 差热令析在水泥 水化研究 中的应 用【 J 】 水泥， 1 9 9 7 ， ( 5 ) ：4 4 4 7 责任编辑 ： 余咏梅