粉煤灰含氨導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。實測混凝土含氣量達到10%，抗壓強度降低了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成分發(fā)生異常反應，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，在試驗室內(nèi)進行試拌，并制作試塊，發(fā)現(xiàn)膨脹情況相同。于是鎖定樣品，進行相應的檢測。檢測對象為水泥、粉煤灰、粒化高爐礦渣粉和外加劑。

1、試驗方案：

采用膠砂試驗的方法。試驗安排為：水+水泥、水+水泥+粉煤灰、水+水泥+礦粉。結果發(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)化學反應特性，金屬鋁與強堿反應生成氫氣，化學反應式如下：

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，重復試驗后仍未發(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，并釋放出氣體，該氣體具有強烈的刺鼻氣味。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，初步推斷生成的氣體為氨氣，化學反應式如下：

NH₄++OH^-=NH₃↑+H₂O

2、進一步分析：

粉煤灰樣品可直接聞到刺鼻的氣味，疑為氨味。對粉煤灰、磨細礦粉進行XRD試驗，由XRD的分析結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的權威質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，對該粉煤灰與堿反應生成的氣體進行成分判定并測定含量。結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，這在建設工程中是不允許的。

4、綜合分析：

結合試驗檢驗分析以及對粉煤灰來源的調(diào)查，分析推測：

（1）導致混凝土發(fā)泡膨脹的主要原因是粉煤灰中含有有害雜質(zhì)，在混凝土加水攪拌和水化過程的強堿性環(huán)境下，發(fā)生釋放大量氣體的反應。

（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很可能是單質(zhì)鋁所致，而受XRD檢測方法限制（結晶態(tài)不良或含量低），未能在衍射圖譜中真實反映也是有可能的。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、預防措施：

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

三、結論：

造成混凝土“冒泡”進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而對混凝土形成危害。