造成混凝土冒泡事故的原因分析.docx

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造成混凝土冒泡事故的原因分析

造成混凝土“冒泡”事故的原因分析

某工程浇筑地梁混凝土，其宽度为300mm，高度为500mm。

混凝土强度等级为C45，抗渗等级为P8;浇筑方量为50m³，采用商品混凝土泵送施工。

混凝土从生产到浇筑时间不大于40min，生产、运输、浇筑、振捣均无发现异常现象，入泵坍落度140mm±20mm，浇筑时间混凝土和易性、黏聚性良好，无泌水、离析、分层等现象。

当天浇筑混凝土时的大气温度为23℃，在浇筑完6小时候出现了局部混凝土“冒泡”并且整体部位出现了向上膨胀的现象。

混凝土“冒泡”的位置主要分布在横向与纵向钢筋交接的箍筋处，每一个“冒泡”点均间隔约100mm。

在气孔处气体不停的向外冒出连续的小气泡，直到混凝土接近初凝时，冒出小气泡的现象才逐渐消失，混凝土表面留下气孔。

由于梁的横向两侧由模板加固没有出现明显的膨胀现象，但混凝土表面却出现了像面包状的整体向上膨胀现象。

1原材料

1.1水泥

采用普通硅酸盐P.O42.5水泥，水泥的物理指标见表1，水泥的化学成分见表2。

表1水泥的物理指标

表2水泥的化学成分（%）

1.2砂

采用天然河砂，细度模数2.7，含泥量0.8%，泥块含量0.1%。

1.3碎石

采用5~25mm碎石，压碎指标7.8。

1.4粉煤灰

采用Ⅱ级F类（表3）。

表3粉煤灰的技术指标（%）

1.5矿粉

采用S95级矿粉的物理指标见表4，采用S95级矿粉的化学成分见表5。

表4矿粉的物理技术指标（%）

表5矿粉的化学成分（%）

1.6液体泵送剂

采用奈系高效减水剂，掺量为2.0%，泵送剂的性能指标见表6。

表6泵送剂的性能指标成分（%）

1.7膨胀剂

膨胀剂的物理性能指标见表7，膨胀剂的化学成分见表8。

表7膨胀剂的物理技术指标（%）

表7膨胀剂的物理技术指标

表8膨胀剂的化学技术指标（%）

1.8自来水

符合JGJ63—2006《混凝土用水标准》（附条文说明）。

2混凝土配合比

C45混凝土配合比及试配混凝土性能指标见表9。

表9试配混凝土配合比及性能指标

3混凝土“冒泡”的原因调查及分析

3.1表观分析

混凝土“冒泡”现象发生后，对出现冒泡的混凝土进行了跟踪取证，下面所附照片为混凝土终凝后的状态、混凝土模板拆除后的状态及混凝土破型后的状态。

从图3可以看出，混凝土终凝后表面仍保留了冒泡的气孔，表面气孔的最大直径达10mm，说明混凝土内部气泡外逸的速度较快、外逸量较大。

此外，从图4~图6可以看出，混凝土构件上表面1/3高度的气孔比较多，破型后发现从2/3高度至上表面气孔逐渐增多，除接近试件表面的气孔略大一点以外，气孔尺寸比较均匀。

3.2理论分析

采用排除法从混凝土的基本组成上进行分析。

水泥、砂子、碎石导致混凝土浇筑后产生气泡的可能性基本是不存在的。

从气泡均匀、尺寸较小的表观分析，气泡的形状特别类似混凝土微沫剂引气或者金属铝粉发泡的结果。

混凝土所用泵送剂中如果含有微沫剂成分，导致混凝土的含气量增大，引气的结果与现场的情况极为类似。

引气剂导致混凝土发泡，应该是在混凝土搅拌及浇筑过程中已经完成，而冒泡现象在混凝土浇筑后6小时才发生是无法解释的。

众所周知，金属铝为两性物质，在碱性溶液中、一定的温度（约60℃）条件下，铝粉会与碱性溶液中的氢氧根（OH﹣）发生化学反应放出氢气（H2）。

水泥混凝土具有极强的碱性，水泥水化过程是一个伴随着放热的过程，如果混凝土某些（个）原材料中含有铝粉并达到一定的浓度，将会与强碱性的混凝土浆体发生化学反应而产生一定量的氢气，使混凝土冒泡并膨胀。

混凝土所用膨胀剂的主要成分为硫铝酸盐，可能存在未反应完全的金属铝导致混凝土冒泡;如果膨胀剂厂家为了保障或提高混凝土的膨胀率，在生产膨胀剂时适量添加了铝粉而操作失误致使加量过大，也极有可能导致拌制的混凝土冒泡。

混凝土所用粉煤灰的成分因电厂所用煤的种类、产地、品质等不同而差异很大，如果煤粉中含有一定量的铝化合物或杂质中含有金属铝，极有可能因燃烧不充分导致混凝土冒泡。

从以上的分析中可以看出，导致混凝土冒泡和发泡的可能物质有泵送剂、膨胀剂及粉煤灰。

但是，可能性最大的是膨胀剂和粉煤灰。

3.3试验证实及结果分析

3.3.1试验证实

通过对当批泵送剂进行新拌混凝土试验、核查泵送剂的进场记录及一段时间的打灰记录，排除了泵送剂导致混凝土冒泡的可能。

同样的，通过对当批膨胀剂进行新拌混凝土试验并调查进场记录及一段时间的打灰记录，也排除了膨胀剂是导致混凝土冒泡的可能。

但是，通过对当批粉煤灰进行新拌混凝土试验，结果发现混凝土出现了膨胀现象。

由此确定，造成混凝土“冒泡”并导致混凝土膨胀的材料是粉煤灰。

3.3.2结果分析

根据现场勘查、取样并结合相关科研机构等报道的类似事件和经验进行分析，是由于粉煤灰中含有铝粉导致混凝土冒泡并膨胀。

但目前的国家及行业标准对粉煤灰性能指标要求及试验检测方法等均没有对铝粉的检测提出任何的控制范围及试验方法，于是对粉煤灰进行XRD分析，确定是粉煤灰中存有铝粉，但只能做定性分析而无法获得具体的含量。

为什么粉煤灰中会含有未氧化的铝粉呢?

经过查找资料、了解电厂的情况后，得知情况有两种可能。

第一，出冬之后，大部分的电厂在这个时节都要检验设备，煤粉中含有的杂质铝或铝的化合物燃烧不充分，即在还原性气氛中还原成金属单质铝。

第二，电厂发电过程中，采用了燃烧工业及生活垃圾，而垃圾中如果混入了一定量的铝制品，在燃烧不充分时即以金属铝形式存在，经磨细后成为铝粉存在于粉煤灰中。

铝为两性金属，当含量或浓度超过临界点，在一定温度及强碱性环境下会发生化学反应并放出一定量的氢气，水泥混凝土为强碱性环境，随着水泥的水化，水化热的升高，导致铝粉剧烈反应生成氢气而发泡并使混凝土体积膨胀。

4事故外的思考

经过查找资料发现，国内很多地方发生了类似的混凝土冒泡和膨胀现象。

尤其是采用燃烧工业和生活垃圾发电的地区，发生粉煤灰中铝粉导致混凝土冒泡和膨胀的情况更多见。

从节能、环保的角度，应该鼓励垃圾燃烧发电，但是将这种粉煤灰应用在混凝土中必须关注其安全性。

此外，行业主管部门、标准管理部门应当就垃圾发电的粉煤灰如何控制和检测铝粉制定相关标准，确定检测方法及检测手段，防止企业隐瞒事实真相，给工程施工及建筑质量带来隐患。

5解决方案

（1）实时检测，含有铝粉的粉煤灰应用于混凝土生产施工是具有极大的危险性和风险性的。

要防止这类粉煤灰给企业和社会带来危害，解决办法之一就是对进场的每车粉煤灰进行铝粉检测，确认不含铝粉后才能使用。

经过摸索，我们制定了粉煤灰中含有铝粉的检验方法，基本思路是将一定量的粉煤灰加入到一定浓度的碱溶液中，加热至一定的温度，恒温保持一定的时间，如果溶液中基本不产生气泡，证明粉煤灰中基本不含铝粉。

如果有持续大量的气泡冒出，证明粉煤灰中可能含有一定量的铝粉成分，将不能使用与混凝土生产。

经过实际应用是行之有效的检测方法。

如果试验确认粉煤灰中含有铝粉，千万不能用于预拌混凝土及其构件的生产。

但是，这种粉煤灰可以用于蒸压加气混凝土的生产。

6结语

（1）引起混凝土“冒泡”的主要原因是粉煤灰中含有金属铝，在强碱性环境、一定温度下发生化学反应放出氢气所致;建议今后商混搅拌站要格外注意，尤其是采用焚烧垃圾发电的城市或地区，在使用粉煤灰前一定要进行粉煤灰的化学性能检测，以防类似事件的发生。

（2）笔者认为，如果粉煤灰中含有铝粉，当混凝土中粉煤灰的掺量越高，发生混凝土冒泡和膨胀的可能性就越大;此外，混凝土强度等级越高，发生混凝土冒泡和膨胀的可能性也越大。

因为，粉煤灰掺量高，单位体积的铝粉含量增大，混凝土强度等级越高，混凝土的碱性越强、水化热越高。