粉煤灰含氨導(dǎo)致混凝土冒泡的案例分析

某工程澆筑后的混凝土大量冒出氣泡，持續(xù)時間長。硬化后，混凝土表面形成空鼓，整體體積增大甚至開裂。攪拌站留置的試塊也發(fā)生了體積膨脹現(xiàn)象，明顯高出試模上沿。實(shí)測混凝土含氣量達(dá)到10%，抗壓強(qiáng)度降低了30%。該異常現(xiàn)象引起了混凝土生產(chǎn)單位和施工單位的高度重視，初步推斷是混凝土原材料中的某些化學(xué)成分發(fā)生異常反應(yīng)，持續(xù)生成氣體所致。

一、原因分析：

發(fā)現(xiàn)這種異?，F(xiàn)象之后，立即從生產(chǎn)該批混凝土的攪拌樓筒倉中和料場上提取各種材料，在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試拌，并制作試塊，發(fā)現(xiàn)膨脹情況相同。于是鎖定樣品，進(jìn)行相應(yīng)的檢測。檢測對象為水泥、粉煤灰、?；郀t礦渣粉和外加劑。

1、試驗(yàn)方案：

采用膠砂試驗(yàn)的方法。試驗(yàn)安排為：水+水泥、水+水泥+粉煤灰、水+水泥+礦粉。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅水+水泥+粉煤灰的膠砂發(fā)生了明顯的膨脹，而其他兩種則未發(fā)生明顯變化，外加劑對此試驗(yàn)無影響。因此初步推斷粉煤灰異常。根據(jù)相似的工程案例，可能是粉煤灰中混有金屬鋁造成了質(zhì)量問題的發(fā)生。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特性，金屬鋁與強(qiáng)堿反應(yīng)生成氫氣，化學(xué)反應(yīng)式如下：

2AL+2H₂O+2OH^-=2ALO₂+3H₂↑

因此，將水泥、粉煤灰、礦粉樣品分別投入60~70℃的水中觀察，并未發(fā)生釋放氣體的反應(yīng)，重復(fù)試驗(yàn)后仍未發(fā)生。而將樣品放入氫氧化鈉溶液中則只有粉煤灰發(fā)生劇烈的反應(yīng)，并釋放出氣體，該氣體具有強(qiáng)烈的刺鼻氣味。說明雜質(zhì)并不是鋁或者不單純是鋁。該氣體可使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)，初步推斷生成的氣體為氨氣，化學(xué)反應(yīng)式如下：

NH₄++OH^-=NH₃↑+H₂O

2、進(jìn)一步分析：

粉煤灰樣品可直接聞到刺鼻的氣味，疑為氨味。對粉煤灰、磨細(xì)礦粉進(jìn)行XRD試驗(yàn)，由XRD的分析結(jié)果可知所檢的材料中均未檢出單質(zhì)鋁，有質(zhì)量問題的粉煤灰中檢出硫酸銨和硫代硫酸銨。

3、氨含量檢測：

將有質(zhì)量問題的兩個粉煤灰樣品送國家相關(guān)的權(quán)威質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，對該粉煤灰與堿反應(yīng)生成的氣體進(jìn)行成分判定并測定含量。結(jié)果為粉煤灰樣品中加入氫氧化鈉后釋放出的堿性氣體為氨氣，氨的含量分別為0.034%和0.024%。氨的存在對建筑物的室內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生了危害，這在建設(shè)工程中是不允許的。

4、綜合分析：

結(jié)合試驗(yàn)檢驗(yàn)分析以及對粉煤灰來源的調(diào)查，分析推測：

（1）導(dǎo)致混凝土發(fā)泡膨脹的主要原因是粉煤灰中含有有害雜質(zhì)，在混凝土加水?dāng)嚢韬退^程的強(qiáng)堿性環(huán)境下，發(fā)生釋放大量氣體的反應(yīng)。

（2）粉煤灰中含有大量的氨，主要來源猜測為：

①非常規(guī)的氨法脫硫殘余；

②脫硫產(chǎn)物人為混入粉煤灰的運(yùn)輸環(huán)節(jié)。

（3）在本次質(zhì)量問題調(diào)查中，未在有問題的粉煤灰中檢出單質(zhì)鋁的存在。但據(jù)專家推斷：在堿性環(huán)境下，發(fā)生劇烈的釋放氣體反應(yīng)很可能是單質(zhì)鋁所致，而受XRD檢測方法限制（結(jié)晶態(tài)不良或含量低），未能在衍射圖譜中真實(shí)反映也是有可能的。鋁的存在有客觀可能的條件，即：電廠為做到零排放，將一部分粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土砌塊，鋁粉是發(fā)泡劑，在生產(chǎn)中必不可少。

二、預(yù)防措施：

根據(jù)有害雜質(zhì)（鋁及銨鹽）的化學(xué)共性，在堿性溶液環(huán)境下，發(fā)生釋放氣體的反應(yīng)。因此，模擬新拌混凝土的強(qiáng)堿性環(huán)境，主要的檢驗(yàn)試劑選用氫氧化鈉溶液。為加快反應(yīng)進(jìn)程，縮短試驗(yàn)檢測時間，選擇試驗(yàn)的化學(xué)反應(yīng)溫度為60~70℃。

三、結(jié)論：

造成混凝土“冒泡”進(jìn)而引起體積膨脹的原因是粉煤灰中含有硫酸銨和硫代硫酸銨及氨氣，并有單質(zhì)鋁存在的可能。不論是哪種有害雜質(zhì)，均在堿性環(huán)境條件下發(fā)生劇烈的釋放氣體反應(yīng)而對混凝土形成危害。