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《重慶建筑雜志》2014年第八期

1試驗結(jié)果

1.1原材料檢驗對該樓板混凝土所用同批次原材料進(jìn)行了檢驗，主要針對各種原材料中可能引起混凝土膨脹或安定性不良的組分，如SO3、f-CaO、燒失量、安定性、MgO、堿含量、含氣量和釋放氨等。經(jīng)檢驗，該工程樓板混凝土所用水泥、外加劑、粗細(xì)骨料、拌合水均合格，但粉煤灰的細(xì)度、燒失量、f-CaO、SO3和安定性均不合格，檢驗結(jié)果見表1。在采用雷氏夾測定粉煤灰的安定性時，發(fā)現(xiàn)安定性試件在沸煮后產(chǎn)生明顯體積膨脹，見圖4。同時在測定粉煤灰細(xì)度時，發(fā)現(xiàn)篩余物中存在大量帶有金屬光澤的微小顆粒，見圖5。根據(jù)上述檢驗結(jié)果，首先可以判斷，造成混凝土產(chǎn)生異常現(xiàn)象的膨脹源存在于粉煤灰中，其次，由于混凝土在膨脹過程中伴隨著氣體放出，表明這種膨脹明顯有別于鈣礬石膨脹和游離氧化鈣膨脹，需要對粉煤灰進(jìn)行深入分析。

1.2粉煤灰化學(xué)成分分析對粉煤灰樣品進(jìn)行了化學(xué)分析，結(jié)果見表2。從表2中可以看出，該粉煤灰與常規(guī)粉煤灰在氧化物種類上是相同的，但各組分含量特別是三氧化二鋁含量存在較大差異。

1.3粉煤灰XRD分析對該粉煤灰樣品進(jìn)行X射線衍射分析，XRD圖譜見圖6。圖中除二氧化硅（SiO2）、三氧化二鐵（Fe2O3）、三氧化二鋁（Al2O3）、硫酸鈣（CaSO4）晶體衍射峰外，在2.3388A、2.0265A、1.4321A和1.2216A還出現(xiàn)了單質(zhì)鋁衍射特征峰。從粉煤灰樣品的XRD衍射可以判斷，存在于粉煤灰中帶金屬光澤的微小顆粒為單質(zhì)鋁。

2分析與討論

2.1機理分析金屬鋁粉正是早期混凝土行業(yè)中，用作混凝土膨脹劑膨脹源的一種比較常用的物質(zhì)，但鋁粉作膨脹源在膨脹時機和膨脹量上具有很大的不可控性，且對強度影響較大，已被明令禁止用于生產(chǎn)混凝土膨脹劑。鋁是一種化學(xué)性質(zhì)活潑的兩性金屬，在一定條件下能與強堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣并放出熱量，化學(xué)反應(yīng)方程式見①式：反應(yīng)①實質(zhì)上是一個分步反應(yīng)，鋁先與水反應(yīng)（②式），生成氫氧化鋁，且溫度越高反應(yīng)越快；在強堿環(huán)境中，Al（OH）3和OH-反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和水（③式）。從上可以看出，影響Al與水反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素是溫度和強堿性環(huán)境，所以該反應(yīng)的發(fā)生應(yīng)具備三個條件：一定的溫度；強堿環(huán)境；有單質(zhì)鋁參與。①式中生成的氫氣是一種可燃的氣體，密度為0.0899g/L，約為空氣的1/14，其擴(kuò)散性和導(dǎo)熱能力為空氣的7倍。根據(jù)溫度的不同，1g鋁完全反應(yīng)后放出的氫氣1.24L~1.44L，如此多量的氫氣如果被密封在混凝土內(nèi)，將會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，在混凝土強度尤其是抗拉強度很低的早期階段，這種應(yīng)力足以讓混凝土產(chǎn)生膨脹和開裂。

2.2混凝土冒氣膨脹過程分析從前述分析可知，導(dǎo)致該工程樓板混凝土產(chǎn)生冒泡膨脹的源頭是混雜在粉煤灰中的金屬鋁粉，結(jié)合其膨脹機理，對其產(chǎn)生的異常情況分析如下：（1）在混凝土拌合、運輸及澆筑初期，水泥水化反應(yīng)處于誘導(dǎo)期，放熱速率小，堿度低，粉煤灰中金屬鋁表面存在的氧化物尚未完全溶解，金屬鋁與水反應(yīng)較為緩慢，冒泡現(xiàn)象不明顯。（2）在混凝土凝結(jié)和早期硬化階段為水泥水化加速期，強堿性環(huán)境（pH值10~12）逐漸形成，水化熱逐漸升高，此時三個條件同時具備，反應(yīng)開始發(fā)生。（3）單質(zhì)鋁與強堿發(fā)生反應(yīng)，生成可燃性的氫氣并放出熱量，由于該反應(yīng)有水參與，要消耗掉混凝土中的游離水，混凝土表現(xiàn)出坍落度損失較快；同時擴(kuò)散性極強的氫氣溢出至混凝土表面后，從混凝土表面泌水、養(yǎng)護(hù)水或浮漿中冒出，呈現(xiàn)出“沸騰狀”。（4）在混凝土尚未完全失去塑性的初凝至終凝階段，混凝土強度特別是抗拉強度很低，封閉在混凝土內(nèi)部的大量氫氣產(chǎn)生較大的應(yīng)力，使混凝土體積產(chǎn)生膨脹甚至開裂，氫氣溢出后混凝土內(nèi)部原先被氫氣占據(jù)的空間形成氣孔，表面混凝土形成向外的喇叭口形氣孔。

3結(jié)論

通過對該工程樓板混凝土所用原材料進(jìn)行深入分析，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，得出混凝土發(fā)生冒氣、膨脹的原因是粉煤灰中的鋁粉所致。摻合料是商品混凝土實現(xiàn)高性能、高耐久性的技術(shù)措施和必要條件之一，但這很大程度上取決于摻合料的品質(zhì)，劣質(zhì)的摻合料往往適得其反。在重慶地區(qū)摻合料特別是優(yōu)質(zhì)粉煤灰供不應(yīng)求的現(xiàn)實條件下，如何兼顧生產(chǎn)和質(zhì)量是每個從業(yè)者必須認(rèn)真思考的問題。此外，開發(fā)出一種新型的混凝土摻合料，作為粉煤灰的替代品也是迫在眉睫的。

作者：宋開偉陳國福張航單位：重慶市建筑科學(xué)研究院