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粉煤灰致使混凝土發(fā)泡的質(zhì)量問題分析及預(yù)防（一）
發(fā)布時間：
2023-01-04 16:15
粉煤灰致使混凝土發(fā)泡的質(zhì)量問題分析及預(yù)防（一）
摘要：混凝土在硬化過程中出現(xiàn)明顯的體積膨脹，硬化后強度降低。經(jīng)檢測和分析原因為粉煤灰中含有有害雜質(zhì)，在堿性環(huán)境下釋放出大量氣體，檢測到堿性氣體為氨氣。根據(jù)該有害雜質(zhì)的化學(xué)特性，編制標(biāo)準的檢測方法推薦給使用單位作為粉煤灰進場質(zhì)量控制措施。
關(guān)鍵詞：粉煤灰；混凝土；發(fā)泡；鋁；硫酸銨.
1、沈陽混凝土前言
2010年夏，天津地區(qū)某工地，澆筑后的混凝土大量冒出氣泡，冒泡的量大，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10%，抗壓強度降低30%。該異?，F(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。因此，展開了對所有原材料的排查。
2、沈陽混凝土試驗分析
發(fā)現(xiàn)這種異常現(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，膨脹情況相同。于是鎖定樣品，進行相應(yīng)的檢測。首先排除砂石骨料。檢測對象為水泥、粉煤灰、?；郀t礦渣粉、外加劑。
2.1試驗方案
采用膠砂試驗的方法。試驗為：水+水泥、水+水泥+粉煤灰、水+水泥+礦粉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅僅水+水泥+粉煤灰的膠砂發(fā)生了明顯的膨脹，而水+水泥及水+水泥+礦粉的膠砂則未發(fā)生明顯變化，外加劑對此試驗無影響。 因此初步推斷在各種組成材料中，粉煤灰有異常。參考資料介紹，相似的工程案例，粉煤灰中混有金屬鋁造成質(zhì)量問題發(fā)生。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特性，金屬鋁與強堿反應(yīng)生成氫氣，化學(xué)反應(yīng)式如下：
2A1+2H20+20H-=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)，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(xué)反應(yīng)式如下：
NH4++OH-=NH3 ↑+H2O
2.2進一步分析
粉煤灰樣品（編號F3）可直接聞到刺鼻的氣味，疑為氨味（參考資料反映2009年春在上海曾發(fā)生類似事件，并檢出氨），顏色為土黃色，粉煤灰樣品（編號F4）無明顯氣味，顏色黑灰，見圖4：
2.2.1X射線衍射（XRD）檢測
對粉煤灰、磨細礦粉進行XRD試驗，結(jié)果見圖5、圖6和圖7：（樣品說明：F1-F5為粉煤灰，K1為磨細礦渣粉）
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。
2.2.2氨含量檢測
將有質(zhì)量問題的兩個粉煤灰樣品送檢國家無機鹽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，對該粉煤灰與堿反應(yīng)生成的氣體進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%（檢驗方法：GB2946-1992）。氨的存在對建筑物的室內(nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生危害，在建設(shè)工程中是不允許的。
3、問題粉煤灰來源調(diào)查
3.1粉煤灰生成過程
粉煤灰來自于火力發(fā)電廠，作者走訪了天津和河北的部分電廠，了解粉煤灰的生成過程及脫硫工藝。
大多電廠粉煤灰均是收塵所得，其中以電收塵居多。從燃煤爐出來的煙氣首先經(jīng)過電收塵，在不同的電場作用下， 收集到不同細度的粉煤灰進入不同的筒倉盛放。這個環(huán)節(jié)收塵的效率一般超過95%，而剩余的含有很少量粉煤灰的高溫?zé)煔庠谝L(fēng)機的作用下進入煙囪，在進入煙囪之前實施對煙氣的脫硫和脫硝作業(yè)。上述過程就是典型的粉煤灰生成過程和脫硫工藝?？梢姡勖夯业纳膳c脫硫工藝是先后關(guān)系，不可能產(chǎn)生混淆。
3.2煙氣脫硫工藝調(diào)查
我國目前的經(jīng)濟條件和技術(shù)條件還不允許象發(fā)達國家那樣投入大量的人力和財力，并且在對二氧化硫的治理方面起步很晚，國內(nèi)一些電廠的煙氣脫硫裝置大部分是從歐洲、美國、日本引進的技術(shù)，由于近幾年國家環(huán)保要求的嚴格，脫硫工程是所有新建電廠必須建設(shè)的。因此我國開始逐步以國外的技術(shù)為基礎(chǔ)研制適合自己國家的脫硫技術(shù)。石灰石—石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，自從2002年在300MW機組國產(chǎn)化示范以來，在我國已經(jīng)進入推廣階段。氨法煙氣脫硫技術(shù)是近幾年在國內(nèi)開始采用的，適用范圍廣，不受燃煤含硫量、鍋爐容量的限制。由于吸收劑氨比石灰石或石灰活性大，因而氨法脫硫裝置對煤質(zhì)變化、鍋爐負荷變化的適應(yīng)性強。這在我國能源供應(yīng)緊張、來什么煤燒什么煤的情況下，更顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢。氨法煙氣脫硫工藝是以氨(廢氨水、液氨、碳銨或氨水等)為原料，回收煙氣中的SO2，生產(chǎn)高價值的化肥，脫硫原料成本完全可以從回收產(chǎn)品中得到抵扣，還會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。投資低，運行成本低，不產(chǎn)生二次污染，無廢水，無廢渣。此法符合循環(huán)經(jīng)濟規(guī)律，可實現(xiàn)脫硫過程的零消耗。氨法脫硫的特點之一是煤中含硫越高，硫酸銨的產(chǎn)量就越大；同時，煤也越便宜，業(yè)主所得到的利潤就越大。氨法脫硫的工藝在黑龍江、遼寧、天津、山東、江蘇、四川、上海都有應(yīng)用。
3.3粉煤灰的供應(yīng)現(xiàn)狀
隨著建設(shè)工程項目的增多以及粉煤灰應(yīng)用技術(shù)的成熟，市場對粉煤灰的需求量驟增，導(dǎo)致對粉煤灰的需求加大，出現(xiàn)了明顯的供不應(yīng)求的狀況，加之燃煤電廠并不把粉煤灰作為重要的產(chǎn)品售出，只是作為一種廢棄物進行處理，只要滿足環(huán)保的要求即可，所以粉煤灰的質(zhì)量水平很難得到保證。而粉煤灰的供應(yīng)商（運輸單位）為了滿足供給需求和獲得更大的經(jīng)濟利益，到處購買，導(dǎo)致料源不固定，甚至出現(xiàn)混裝拼湊的情況。而對粉煤灰的二次加工更增加了引入不明雜質(zhì)的可能性，使得粉煤灰的品質(zhì)變化進一步加大。
4、綜合分析
結(jié)合試驗檢驗分析以及對粉煤灰來源的調(diào)查情況，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^程的強堿性環(huán)境下，發(fā)生釋放大量氣體的反應(yīng)引起的。
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)生劇烈的釋放氣體的反應(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反映也是可能的。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，生產(chǎn)中必不可少。
5、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(yīng)進程，縮短試驗檢測的時間，選擇試驗的化學(xué)反應(yīng)溫度60-70℃。編制詳細的檢驗方法作為企業(yè)標(biāo)準，供同行們參考使用。
6、沈陽混凝土--結(jié)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)生劇烈的釋放氣體的反應(yīng)而對混凝土形成危害，根據(jù)該特性而編制的檢驗方法對上述有害雜質(zhì)都是有效的，并且檢驗方法操作簡便，時間短，費用低。
7、沈陽混凝土--呼吁
多次的在全國的不同地方（浙江、上海、天津）發(fā)生類似的粉煤灰質(zhì)量問題，說明不是偶然事件，應(yīng)該引起混凝土生產(chǎn)企業(yè)、粉煤灰供應(yīng)商和火電廠的重視，積極查找產(chǎn)生問題的根源，并予以消除，不論是工藝的缺陷還是管理漏洞。本身粉煤灰的利用就是節(jié)能減排的良好舉措，切不可讓技術(shù)人員已熟練應(yīng)用多年的工業(yè)廢棄物-粉煤灰成為混凝土的陰毒殺手，給建設(shè)工程帶來災(zāi)難性的損失。
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