關鍵詞:混凝土；不凝結；分析
1問題的命題
某商品住宅工程樁基混凝土為14d澆築成型後，發現部分樁基混凝土松軟，強度低，存在“不凝結”現象(見圖1)。通過實地調查獲得以下信息:
1)本工程為砂巖基坑，樁基深度為4 ~ 10m；由於附近有地表水(主要是工業廢水)，樁孔內有滲水、積水現象，水質略渾濁，有輕微異味。
2)樁基采用強度等級為C30、坍落度為200mm的預拌混凝土，采用高拋工藝澆築。
3)混凝土不凝結現象的主要特征是:混凝土材料。
在樁基中，完全分離分層，下部堆積粗骨料，結構松散。
骨料表面光滑；上部膠結物豐富，內部松軟，含水量高，強度低，看起來“不凝”。
為了找出問題的原因，在現場和混凝土生產地采取了有代表性的樣品，包括生產混凝土的原材料、樁孔滲漏、不可凝結混凝土和同批澆築的普通混凝土。
圖1現場情況
2現場取樣的檢查和分析
2.1樁孔滲水質量對混凝土凝結硬化性能的影響
1)樁孔滲漏水質分析
樁孔滲水樣品化學分析結果見表1。從分析結果來看，水樣中pH值、Cl-、SO42 -、不溶物含量、可溶性固形物含量均符合國家標準要求，說明樁孔滲水水質符合混凝土拌合水要求，對混凝土無明顯腐蝕性。
另外，由於附近地表水源有工業汙水排放，擔心有機物含量超標影響混凝土凝結時間。因此，COD法測得的有機物含量為40.67mg/L(國家標準規定的汙水壹級排放標準中有機物含量低於100mg/L)，說明樁孔滲液中有機物含量不高，不會對混凝土的性能產生明顯影響。
2)樁孔滲漏對水泥凝結時間的影響
試驗驗證了樁孔滲漏對水泥凝結時間的影響(見表2)。結果表明，樁孔滲流的水泥漿凝結時間與蒸餾水的凝結時間相當，說明樁孔滲流對水泥凝結時間沒有明顯影響。
從而消除樁孔滲漏對混凝土凝結硬化性能的不利影響。
2.2混凝土生產原材料對混凝土凝固和硬化性能的影響
為驗證混凝土生產用原材料對混凝土性能是否有影響，從混凝土生產企業抽取混凝土生產用原材料，按照澆築當天的混凝土施工配合比進行驗證試驗(見表3)。
因此，混凝土坍落度是正常的(200mm)；混凝土具有良好的粘結性，沒有離析和泌水；混凝土凝結正常，初凝時間為14h；；混凝土凝結硬化正常，3d強度達到16.9MPa，說明混凝土原材料配比和生產對混凝土凝結硬化性能無不利影響。
因此排除了混凝土生產原材料和施工配合比對混凝土凝結硬化性能的不利影響。
2.3不凝性混凝土的檢查和分析
1)不凝混凝土的結構特性分析
圖2未凝結混凝土樣品的外觀
測試了樣品A和B(見圖2)的密度和水分含量，如表4所示。可以發現不凝性混凝土的含水率極高，從材料層內部取出的試樣B含水率達到765438±0%。甚至從表層取出的試樣A的含水量為49.3%，而正常硬化混凝土的含水量為4%左右，說明不凝性混凝土在形成結構的過程中，顆粒之間存在大量的自由水。
不凝性混凝土的容重與其含水率成反比，含水率越高，容重越低。就幹容重而言，該材料的表觀密度低於該材料(確定該材料的表觀密度為2.2g/cm3)，但其體積密度僅為0.66 ~ 0.82g/cm3，遠低於正常水化水泥石，甚至低於液態水。密度在0.30-0.37g/cm3之間，孔隙率在0.63-0.70之間，說明材料孔隙多，結構疏松。
2)不凝性混凝土的水泥水化產物分析
根據國家標準《水泥化學分析方法》GB/T 176-2008，對不凝性混凝土樣品和正常硬化混凝土(正常硬化混凝土為正常凝結混凝土破碎並去除骨料顆粒後收集的硬化水泥石)進行化學成分分析，結果見表5。
從表5可以看出，不凝性混凝土樣品的pH值在12以上，達到了正常水化水泥石的範圍，說明不凝性混凝土中存在強堿性鹽，很可能是水泥的水化產物——氫氧化鈣。而且在化學成分上，不凝性混凝土和正常硬化混凝土的化學成分和相對含量非常接近。
結合化學成分分析結果，用X射線衍射法分析不凝性混凝土中的結晶礦物(見圖3)。結果表明，不凝性混凝土中存在明顯的氫氧化鈣和鈣礬石，它們是水泥的典型水化產物。與正常硬化混凝土相比，三者的X射線衍射圖譜基本相同，但衍射峰強度略有不同。結果表明，樣品A和B所代表的不凝性混凝土的主要礦物成分與正常水化水泥石基本壹致。
通過對不凝性混凝土的化學成分分析和礦物分析，證明不凝性混凝土中存在大量的水泥水化產物。
3)不凝性混凝土的水泥水化程度分析
混凝土體系內部的堿度主要由水泥水化生成的氫氧化鈣提供。水泥正常水化時，水泥漿體內部的pH值約為12，氫氧化鈣的含量約占水泥水化產物的20% ~ 25%。但在混凝土中，由於大量礦物摻合料的使用，氫氧化鈣在水泥漿體中的比例有所下降，根據不同的配合比，它占水泥漿體的10% ~ 20%。因此，通過測量氫氧化鈣的含量，可以間接反映水化產物的數量和水化反應的程度。
用無水乙醇對普通硬化混凝土中的不凝性混凝土和水泥石樣品A和B進行水化脫水，在60℃下幹燥6小時，然後取粉碎過篩後的樣品，按照GB/T 176-2008《水泥化學分析方法》中規定的甘油-乙醇法測定樣品中Ca(OH)2的含量(見表6)。
測試結果表明，不凝性混凝土樣品中氫氧化鈣含量為65438±00%，基本符合水泥石水產品的理論值。試驗對象中除水泥外，還有大量的礦渣粉、粉煤灰、石粉等粉末。同時礦渣粉和粉煤灰會與氫氧化鈣再水化，消耗壹部分氫氧化鈣，所以氫氧化鈣的含量低於純水泥石。但與正常硬化混凝土相比，可以發現不凝性混凝土試樣中氫氧化鈣的含量與正常硬化混凝土相當。雖然不凝性混凝土樣品中的水化產物數量無法準確量化，但足以說明不凝性混凝土中的水泥含量與正常硬化混凝土中的水泥含量相當，這也反映了樁孔混凝土有足夠的水泥，其水化程度正常。
因此，說明本工程樁孔混凝土的“不凝”現象不是由於水泥不足或混凝土未水化造成的。
3原因分析
根據現場調查和抽樣檢查結果，判斷本工程樁孔混凝土不凝結問題是混凝土離析、分層現象。原因是樁孔內有大量滲水和積水，使混凝土在澆築時被水淘洗。用振動器振搗後，混凝土嚴重離析分層，出現粗骨料下沈和膠凝材料上浮現象。導致砂石堆積在樁的下部，沒有足夠的膠凝材料與之粘結，導致下部結構松散，強度低。上部膠凝材料聚集形成多孔結構，並且膠凝材料顆粒之間的間隙很大並且充滿自由水。水泥顆粒雖然發生了正常的水化反應，但生成的水化產物不足以填充顆粒間的空隙，固體顆粒間重疊較少，表現為結構疏松多孔，強度低，混凝土“不固結”。
判斷的依據如下:
①通過對樁孔滲水質量、混凝土原材料、施工配合比的檢查和驗證，表明對混凝土凝結硬化無不良影響。
②通過化學成分分析和礦物分析，證明不凝性混凝土的水泥用量與普通混凝土相當，水化反應程度正常。
③通過物性測試發現，未凝結膠凝材料的材料層結構極其疏松多孔，含水量極高。
④通過現場勘察，發現問題樁孔內混凝土離析嚴重，樁孔底部堆積砂石，砂石表面光滑，呈現明顯的淘析特征。
4結論理論
采用物理、化學和材料等效的方法，對現場采集的樣品進行測試分析，為分析挖孔樁混凝土異常凝結的原因提供了科學依據。分析結果表明，由於樁基樁孔的滲漏和積水，混凝土在澆築過程中出現嚴重的離析和分層，材料顆粒的空隙被自由水填充。水泥顆粒雖然發生了正常的水化反應，但由於空隙過大，生成的水化產物無法填充空隙，固體顆粒之間重疊少，導致混凝土松軟、松散、強度低。
參考
[1]卓容暉，胡說，牟善斌。鉆孔灌註樁混凝土不凝結的原因[J].國外建材科技，2002，23 (3) [2] GB/T 176-2008，水泥的化學分析方法[S].北京:國家建築材料工業局，2002
關於作者:
林英勛，(1978 ~ 9)男，工程師，本科，現從事建設項目施工管理工作。