粉煤灰含氨导致混凝土冒泡的案例分析
混凝土 网络 2020-01-15
某工程浇筑后的混凝土大量冒出气泡，持续时间长。硬化后，混凝土表面形成空鼓，整体体积增大甚至开裂。搅拌站留置的试块也发生了体积膨胀现象，明显高出试模上沿。实测混凝土含气量达到10%，抗压强度降低了30%。该异常现象引起了混凝土生产单位和施工单位的高度重视，初步推断是混凝土原材料中的某些化学成分发生异常反应，持续生成气体所致。
一、原因分析：
发现这种异常现象之后，立即从生产该批混凝土的搅拌楼筒仓中和料场上提取各种材料，在试验室内进行试拌，并制作试块，发现膨胀情况相同。于是锁定样品，进行相应的检测。检测对象为水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉和外加剂。
1、试验方案：
采用胶砂试验的方法。试验安排为：水+水泥、水+水泥+粉煤灰、水+水泥+矿粉。结果发现，仅水+水泥+粉煤灰的胶砂发生了明显的膨胀，而其他两种则未发生明显变化，外加剂对此试验无影响。因此初步推断粉煤灰异常。根据相似的工程案例，可能是粉煤灰中混有金属铝造成了质量问题的发生。根据化学反应特性，金属铝与强碱反应生成氢气，化学反应式如下：
2AL+2H2O+2OH-=2ALO2+3H2↑
因此，将水泥、粉煤灰、矿粉样品分别投入60~70℃的水中观察，并未发生释放气体的反应，重复试验后仍未发生。而将样品放入氢氧化钠溶液中则只有粉煤灰发生剧烈的反应，并释放出气体，该气体具有强烈的刺鼻气味。说明杂质并不是铝或者不单纯是铝。该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，初步推断生成的气体为氨气，化学反应式如下：
NH4++OH-=NH3↑+H2O
2、进一步分析：
粉煤灰样品可直接闻到刺鼻的气味，疑为氨味。对粉煤灰、磨细矿粉进行XRD试验，由XRD的分析结果可知所检的材料中均未检出单质铝，有质量问题的粉煤灰中检出硫酸铵和硫代硫酸铵。
3、氨含量检测：
将有质量问题的两个粉煤灰样品送国家相关的权威质量监督检验中心检测，对该粉煤灰与碱反应生成的气体进行成分判定并测定含量。结果为粉煤灰样品中加入氢氧化钠后释放出的碱性气体为氨气，氨的含量分别为0.034%和0.024%。氨的存在对建筑物的室内空气质量产生了危害，这在建设工程中是不允许的。
4、综合分析：
结合试验检验分析以及对粉煤灰来源的调查，分析推测：
（1）导致混凝土发泡膨胀的主要原因是粉煤灰中含有有害杂质，在混凝土加水搅拌和水化过程的强碱性环境下，发生释放大量气体的反应。
（2）粉煤灰中含有大量的氨，主要来源猜测为：
①非常规的氨法脱硫残余；
②脱硫产物人为混入粉煤灰的运输环节。
（3）在本次质量问题调查中，未在有问题的粉煤灰中检出单质铝的存在。但据专家推断：在碱性环境下，发生剧烈的释放气体反应很可能是单质铝所致，而受XRD检测方法限制（结晶态不良或含量低），未能在衍射图谱中真实反映也是有可能的。铝的存在有客观可能的条件，即：电厂为做到零排放，将一部分粉煤灰生产加气混凝土砌块，铝粉是发泡剂，在生产中必不可少。
二、预防措施：
根据有害杂质（铝及铵盐）的化学共性，在碱性溶液环境下，发生释放气体的反应。因此，模拟新拌混凝土的强碱性环境，主要的检验试剂选用氢氧化钠溶液。为加快反应进程，缩短试验检测时间，选择试验的化学反应温度为60~70℃。
三、结论：
造成混凝土“冒泡”进而引起体积膨胀的原因是粉煤灰中含有硫酸铵和硫代硫酸铵及氨气，并有单质铝存在的可能。不论是哪种有害杂质，均在碱性环境条件下发生剧烈的释放气体反应而对混凝土形成危害。
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