某工程项目裙楼地下室混凝土泛碱析晶的研究

蒋建森，姚翔，沈万玉，田朋飞，王从章

（1.阜阳市重点工程建设管理局，安徽 阜阳 236000）

（2.安徽富煌钢构股份有限公司，安徽 巢湖 238076）

0 前言

泛碱是混凝土较为常见的病害现象之一，其引发因素较多，多与胶凝材料特性、混凝土密实度、大气湿度和水环境有关。对于不同工程部位的混凝土，泛碱原因不尽相同，对于泛碱的主要原因以及影响后果需对症下药。

1 工程概况

工程项目位于浙江省，总建筑面积144805.5m2，其中地下43271.45m3。该项目采用筏板基础，设计为地下室2层，主楼地上43层，为框架核心筒结构，裙楼地上6层，为框架结构。地下室顶板以下混凝土强度等级为：柱采用C45，梁板墙采用C35。工程于2016年10月开始地下室施工，2017年3月地下工程完工。完工后发现裙楼地下二层个别柱子表面有严重泛碱析晶现象。

2 泛碱状况

图1 地下室柱子泛碱析晶外观图

泛碱现象出现在裙楼地下负二层的个别柱子，尤为严重的有两根。柱子表面多处有大量白色结晶物质，结晶物质多从“点”渗出，向下扩散分布，表面及周围潮湿有大量水分。部分渗出点为螺栓孔。析出的晶体质地坚硬，表面光滑，有一定光泽，紧紧附着在混凝土表面，须用坚硬的工具刮除。柱子泛碱图如图1所示。

3 原因分析

首先，将白色物质刮除，观察混凝土表面，发现多有孔洞或裂缝，孔洞或裂缝处有水冒出，形成小气泡。擦除水分后，仍然可以观察有水渗出。刮除渗出点附近白色晶体后的混凝土外观如下：

图2 刮除白色结晶物质后外观图

图 2（a）可以看出渗出点为一条裂缝，图 2（b）可以看出渗出点为孔洞，图2（c）可以看出渗出点为一小块疏松多孔的缺陷，该缺陷处不密实，有水不断渗出。根据建筑设计图可知，发生泛碱析晶现象的柱子上方均为地下一层的集水坑，如图1（c），在施工过程中，集水坑内始终有水。由于柱子和集水坑混凝土部不密实，形成了一定数量的内部连通通道，集水坑内的水通过这些内部通道渗出柱子表面，并沿柱子流下来，这也是能观察到不断有水及气泡逸出的根本原因。将白色结晶物质刮除收集并自然风干后，送往南京工业大学材料化学国家重点实验室做了矿物分析和化合物分析，结果如表1所示。

白色结晶物质的xrf荧光分析结果 表1

图3 白色结晶物质的XRD图谱

由图3可知，白色结晶物质为较纯净的方解石（CaCO3），未发现其他晶体的衍射峰。由表1可知，结晶物质含有大量的钙（Ca）元素，结合图3，其烧失成分必为碳（C）元素。此外还有少量的硅（Si）元素，其来源于刮除白色物质时不小心带入的水泥石，水泥石中含有水化硅酸钙凝胶，凝胶引入了硅（Si）元素，但数量极少。

由水泥化学知识可知，水泥的熟料矿物在水化反应过程中，生成两种主要产物：Ca（OH）2和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶，Ca（OH）2多以晶体形式存在，但仍有大量的Ca2+和OH-存在于混凝土的空隙溶液中。当集水坑内的水进入内部通道并渗出时，将Ca2+和OH-带到柱子表面，在潮湿及接触空气的条件下，和CO2反应生成白色的方解石（CaCO3）并附着于混凝土。由于集水坑及柱子混凝土内部通道多，水充足，所以在柱子多处发生泛碱析晶现象，并且继续发展，直至生成厚厚的析晶层。

4 后果分析

①泛碱析晶过程中，水泥石内部的Ca2+不断流失，构成强度的Ca（OH）2晶体和C-S-H凝胶不断分解消耗，造成水泥石疏松多孔，密实度下降，混凝土强度降低。而内部通道越来越多，又增加了水的渗出速度，进一步加剧泛碱析晶。

②Ca2+的大量流失降低了混凝土体系的碱度，而钢筋表面钝化膜在高碱性环境下才可以稳定存在，因此碱度的降低使钢筋钝化膜易于破坏，从而使内部通道经过的钢筋遭受锈蚀。钢筋的锈蚀是膨胀性反应，会使钢筋和混凝土脱离，降低柱子承载力，给结构带来安全隐患。

③析出的晶体会降低混凝土和装饰材料的粘结强度，使装饰材料脱落。

5 处理建议

该项目裙楼地下二层发生泛碱析晶现象的几根柱子上方均为集水坑，在后期项目运营使用阶段，集水坑内绝大部分时间都有水，这意味着柱子的泛碱析晶条件一直具备。为了避免后期不利影响，尤其是柱子内部钢筋锈胀，须将集水坑里的水完全抽除，然后对柱子进行注浆补漏处理。

6 案例启示

传统意义上的混凝土泛碱，是指当混凝土中的水足够多时，在毛细压作用下，水渗出混凝土表面，同时混凝土中的氢氧化钙、钠、钾等物质也会以水为载体溶出。到达混凝土表面后，随着水份蒸发，这些物质残留在混凝土表面，形成白色粉末状晶体，或者与空气中二氧化碳反应在混凝土表面结晶形成白色硬块。但此案例中，混凝土泛碱析晶较为严重，主要表现在析晶数量多和结晶层厚。混凝土发生严重泛碱析晶须具备三个要素：

①混凝土不密实，内部形成连通通道；

②混凝土处在水环境中，在压力作用下，水可从一侧进入，另一侧渗出；

③和空气接触。

而混凝土不密实是最根本原因。因此为了避免泛碱析晶现象，应从混凝土配合比和施工工艺控制。首先，混凝土的骨料级配要符合要求，包裹性和粘聚性良好，浆体富足可充分填充于骨料空隙。其次，混凝土浇筑过程中，应加强振捣，避免漏振，尤其对于钢筋密集处尤为注意，确保混凝土通过钢筋流入下方。再次，后期螺栓孔封堵要按照规范操作，保证封堵到位，填充密实，可选择微膨胀材料。最后，模板密封性要良好，避免浆体流失，使混凝土表面局部产生孔洞。