某工程混凝土浇筑后冒泡的原因分析

  研究表明，新拌混凝土冒出气泡的主要成分为空气；浇筑后混凝土冒出气泡的主要成分为氨气、氢气、氧气、二氧化碳等。引起浇筑混凝土异常冒泡的主要原材料包括脱硝粉煤灰和聚羧酸减水剂（PCE）。

  粉煤灰是煤燃烧后收捕到烟气粉末，随着燃煤电厂采用选择性催化还原法（SCR）进行烟气脱硝，以游离态氨及尿素（酰胺）、脱硝副产物硫酸氢铵及硝酸铵化合物等混合物形式增加了粉煤灰中的氨氮含量。

  脱硝粉煤灰常伴有刺鼻气味，在水泥水化的强碱环境中，易产生冒泡气体，常见的为氨气，也可能为粉煤灰中含有的碳酸盐（白云石、方解石）、沸石（水钙沸石）等物质分解释放的二氧化碳气体。粉煤灰中若混有杂质铝，随着水泥水化反应的进行，体系pH值增加，混凝土内部温度上升，铝粉在强碱环境中与氢氧根离子反应释放出氢气，在混凝土中形成大量小气泡。

  聚羧酸减水剂作为一种引气减水剂，多由不饱和聚醚大单体和不饱和羧酸小单体通过自由基水溶液共聚常温合成，一般会用氧化还原引发体系，常用的氧化剂为过氧化氢（H2O2）和过硫酸铵（APS），还原剂为Vc等。聚羧酸母液合成过程中，常残留部分未参与反应的过氧化氢，其在酸性聚羧酸母液中保持稳定，当拌制成混凝土后，由于水泥水化升温和碱性环境等多因素共同作用，过氧化氢分解生成氧气。

  经检测分析，推测本文所述工程所涉及问题混凝土浇筑后冒出气泡的主要成分为氧气。

  某混凝土公司生产的同一批次混凝土浇筑后先后出现了冒泡现象，工程详细情况如下。

  某1#工程2号楼7层柱8层梁板混凝土浇筑2h后，发现混凝土冒泡，在冒泡处点燃火柴，火焰更剧烈。

  某2#工程1号楼7层柱8层梁板混凝土于上午10点开始浇筑，下午3点发现混凝土试块有膨胀增高现象，到晚上8点发现混凝土有冒泡现象。

  某3#工程2号楼1层墙柱2层梁板混凝土早上8点开始浇筑，施工全套工艺流程未发现不正常的情况，且实施现场监理旁站，施工员控制标高及板厚，钢筋及木工现场看模。下午3点浇筑完成，泥工对混凝土面进行覆膜养护。次日早晨7点进行放线施工时，发现楼面混凝土出现膨胀起拱现象。

  如图1、图2所示，混凝土楼梯板、梁表面呈现膨胀蓬松浮浆硬化物，且有密集的小气孔。构件与模板接触的侧面、底面部位表面相对平整、有气孔。

  1）以蒸馏后滴定法测定粉煤灰可释放氨含量。检测结果可释放氨含量≤0.10%。

  2）粉煤灰中铝粉引起的发泡模拟试验：称取50g粉煤灰，加入到含有5gNaOH的100mL水溶液中，搅拌至均匀悬浮状，置于电炉加热至70℃，持续10min。检测结果未出现异常气泡现象。

  1）工程现场混凝土浮浆粉的XRD图谱分析如图3所示，含铝矿物最重要的包含水钙沸石（Gismondine）等，未检测出含量异常高的单质铝及其氢氧化物。

  混凝土芯样的XRD图谱分析如图4所示，未检测出含量异常高的单质铝及其氢氧化物。

  3）问题混凝土芯样强度检验测试结果如表3所示，按JGJ/T384-2016《钻芯法检验测试混凝土强度技术规程》检测，设计强度等级C30、龄期24d的混凝土，抗住压力的强度最小值为14.0MPa，最大值19.6MPa，均不契合设计要求。

  （1）经燃烧，催化氧化反应生成SO3，使脱硝粉煤灰中的SO3含量非常明显升高，并与逃逸氨NH3发生脱硝副反应生成大量NH4HSO4和（NH4）2SO4，最终分散于烟道粉煤灰中。在混凝土预拌过程中，粉煤灰中的铵盐在水泥水化产生的高碱环境中立即反应，化学方程式见式（1）、式（2）、式（3）：

  粉煤灰中的铵盐与OH-反应释放氨气，生成的氨气部分溢出混凝土表面呈冒泡状，大部分残留在水泥硬化结构内部，形成气孔，以此来降低了混凝土结构物件的密实性。

  本工程混凝土浇筑过程中未出现非常明显气泡上浮现象，而冒泡现象出现在浇筑完成约2h后。结合粉煤灰可释放氨含量检测结果，本工程问题混凝土冒出气体可排除因脱硝粉煤灰而释放氨气的可能。

  黄象杭研究因粉煤灰中铝粉含量高而引起氢气冒泡的门槛为混凝土浇筑后6h、混凝土温度65℃以上，其化学方程式如式（4）所示。

  根据本工程粉煤灰发泡模拟试验和工程现场问题混凝土浮浆粉、问题混凝土芯样的XRD图谱分析，未检测出含量异常高的单质铝及其氢氧化物，且施工部位为梁柱、剪力墙、楼板等构件，较难满足类似大体积混凝土内部温度达到65℃以上而促使铝粉冒泡的温度条件。因此，本工程问题混凝土冒出气体可排除因混有铝粉而释放氢气的可能。

  贾淑东分析了新拌混凝土含气量异常的来源指出，聚羧酸母液中残留的引发剂过氧化氢（H2O2）在碱性条件下可发生分解反应，以每立方米新拌混凝土中的聚羧酸母液用量为2kg计算，残留的H2O2在每立方米混凝土中产生的氧气体积约为0.27L。

  H2O2分解受浓度、温度、pH值、重金属离子催化等因素影响，研究表明，锰氧化物可催化H2O2高效分解。碱性条件下，锰离子对H2O2的催化机理如式（5）～（7）所示。

  问题混凝土的矿物掺合料均使用了粉煤灰和矿粉（见表1）。化学成分检测结果（见表2）表明，粉煤灰和矿粉中的锰元素含量较高，约为一般工程中粉煤灰和矿粉的17倍和3倍，混凝土芯样中的锰元素检出量也较高（见表4）。

  问题混凝土配合比（见表1）中外加剂使用了聚羧酸减水剂。经确认，聚羧酸减水剂在合成过程中选用了双氧水（H2O2）做引发剂。杨秉川研究认为，H2O2具有强氧化能力的羟基自由基，可高效协同脱硝，也增加了脱硝粉煤灰中含有H2O2残余的可能性。

  本工程混凝土锰元素含量高，且使用了以H2O2为引发剂的聚羧酸减水剂，结合事故工地在冒泡上方点燃的火柴燃烧更剧烈的现象分析，本工程问题混凝土冒出气体是氧气的可能性最大。

  混凝土浇筑后冒泡易使混凝土不受约束的外表面出现浮浆和膨胀等现象，因气泡在混凝土内部产生了密集的有害气孔，大幅度的降低了结构安全性和耐久性。本批问题混凝土维修方案为全部拆除重新浇筑，造成的直接经济损失超过500万元。

  对混凝土生产企业来说，由于构成混凝土的原材料来源丰富，其矿物组成、化学成分、物理性质等波动较大，应结合原材料变动情况制定合理的质量控制方案，包括进货验收、抽样检测、贮存质量控制等，明确各原材料质量控制标准依据和检测性能指标，提升试验室检测工作员技术能力，规范验收、检验、库存和使用台账，利用ERP系统质量管理模块实现全过程质量控制数字化、信息化，系统防范混凝土重大质量风险。返回搜狐，查看更加多