混凝土发泡膨胀及氨味问题成因的分析研究

随着我国经济建设不断发展，基础项目建设的节奏也在不断加快，混凝土结构的施工周期也在不断缩短，如何保证混凝土的施工质量和使用质量，是建筑施工企业的实力和信誉的体现，也是关系到企业生存和发展的重要因素之一。但是，由于很多混凝土结构的质量不能得到有效保证，混凝土质量事故时有发生^［1］。近年来，一些地区在拌合或浇筑掺有部分粉煤灰的混凝土中发现，混凝土会发泡膨胀且发出一股刺激性的难闻氨味，特别是在混凝土搅拌的过程中，刺激性的氨味会更大，部分商品混凝土搅拌站及建材制品公司均发现类似的问题^［2］。2010年天津地区某工地，出现浇筑后的混凝土大量冒出气泡，冒泡的量大。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10%，抗压强度降低30%^［3］。罗斌^［4］研究了采用某厂家粉煤灰拌制混凝土时，发出刺鼻的氨水味道，经过对各种原材料的检测和排查，最终确定这种刺鼻氨味是由粉煤灰导致的，并对含有氨化合物的粉煤灰对混凝土强度的影响进行了对比试验，结果表明这种粉煤灰会使混凝土强度降低10%以上，在配制高标号或高性能混凝土时应避免使用。

目前对混凝土发泡膨胀及氨味问题成因的研究，大多是宏观上的定性的研究，较少涉及微观上定量的研究，本文通过测定发泡膨胀及氨味问题混凝土(问题混凝土)所用胶凝材料、外加剂以及对比粉煤灰加水成型制备水泥砂浆的竖向膨胀率，并对各种粉煤灰和矿粉进行XＲD物相分析，旨在探明造成混凝土发泡膨胀的成因，为混凝土企业更加合理有据的分析查找混凝土产生发泡膨胀和氨味问题的成因提供技术参考。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

(1)水泥：江西赣州万年青水泥有限公司生产的P.O42.5级普通硅酸盐水泥。(2)矿粉：新余中治环保资源开发有限公司S95级粒化高炉矿渣粉，密度2.86g/cm³，比表面积420m²/kg，28d活性指数97%，流动度比100%。(3)粉煤灰：该问题混凝土所用粉煤灰(FA)及2个不同混凝土公司的粉煤灰(分别为FA1，FA2 均符合Ⅱ类粉煤灰相关技术指标)。(4)减水剂：江西迪特科技有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，含固量10%，减水率20%。(5)水：饮用自来水。

1.2 试验方法

(1)胶凝材料与水拌合试验

胶凝材料拌合试验中，胶凝材料总量为450g，水胶比为0.5，胶砂比为1:3，粉煤灰及矿粉的掺量为胶凝材料的20%，外加剂掺量为胶凝材料的1.2%。原材料具体组合方式、拌合水的温度、粉煤灰、矿粉及外加剂的掺量见表1，观察各组合试验的试验现象。

       (2)水泥砂浆的竖向膨胀率

试验成型的水泥砂浆其水胶比为0.5，胶砂比为1:3，搅拌的程序是先慢搅15s，后快速搅拌15s，搅拌完成后立即装入100mm×100mm×100mm的试模，振捣整平，搅拌和成型的总时间控制在2min以内，按标准GB50119－2013中测竖向膨胀率的装置测定从入模成型后开始计时(初始)，成型5min时，上述水泥砂浆试块的竖向膨胀率。具体方法如图1所示。

2 试验结果及分析

2.1 胶凝材料与水拌合试验

取发泡膨胀及氨味问题混凝土所用胶凝材料、外加剂及对比粉煤灰进行以下组合试验，并用千分表测定每组水泥砂浆的竖向膨胀率，试验结果如表2所示。

        从表2可知，在6组试验中，除试验组2的水泥砂浆有发泡膨胀、氨味及大量热量释放的现象外，且其竖向膨胀率可达1.01%，而其他试验组的水泥砂浆均无此试验现象及可测的竖向膨胀率。以上试验结果和现象表明，问题混凝土拌合所用粉煤灰是导致混凝土发泡膨胀和产生氨味问题的原因。

2.2 粉煤灰(FA)的化学成分分析及相关技术指标测试结果

粉煤灰(FA)的化学成分分析及相关技术指标检测结果分别见表3和表4。

         由表3的分析结果，可得SiO₂、Fe₂O₃和Al₂O₃含量分别为41.38%、4.06%和15.41%，其中铝硅氧化物总量为56.79%，而正常的粉煤灰中铝硅玻璃体的总含量一般在70%左右^［5］，因此该粉煤灰(FA)中SiO₂和Al₂O₃总含量偏低。

        根据表4的检测结果，粉煤灰(FA)的烧失量为8.20%，对比GB/T1596－2005中的有关规定可知，该粉煤灰烧失量不合格。

2.3 粉煤灰(FA)的光学显微及XＲD物相分析

(1)粉煤灰(FA)的光学显微分析。将粉煤灰(FA)过45μm筛，取筛上粉体置于光学显微镜下，放大160倍，观察粉煤灰的颗粒形貌，其颗粒形貌如图2所示。

        从图2可得，该粉煤灰(FA)球形状玻璃体较少，所掺杂质较多。

(2)粉煤灰(FA)的XＲD物相分析。取几种粉煤灰与矿粉进行XＲD物相分析，其XＲD图谱如图3所示。

        从图3可得，矿粉基本由非晶态物质构成，粉煤灰(FA)和其他对比粉煤灰( FA1、FA2)中的物质主要为氧化硅和氧化铝，然而粉煤灰(FA)还含有游离氧化钙(f－CaO)、硫酸钙(CaSO₄)、含结晶水的氧化铝，硝酸铵(NH₄NO₃)，而其他对比粉煤灰(FA1、FA2)中均没有硝酸铵(NH₄NO₃)等物质。

2.4 混凝土发泡膨胀剂氨味问题成因的讨论分析

通过相关的试验验证和技术指标检测、化学分析、光学显微及XＲD物相分析，可确定掺入粉煤灰(FA)导致了混凝土发泡膨胀，其产生的气体为氨气，其化学反应为，NH⁺₄+OH^－=NH₃(气体)+H₂O。

此外，虽XＲD图谱中未能发现单质Al，这可能是由于该物质含量较少，XＲD图谱中该物质的衍射峰不明显，根据粉煤灰(FA)掺入后水泥砂浆冒泡反应剧烈且放热，推断粉煤灰(FA)可能含有铝粉，其化学反应为，2A1+2H₂O+2OH^－=2AlO^－₂+3H₂(气体)。

3 结论

(1)粉煤灰(FA)的烧失量不合格，铝硅氧化物含量偏低，玻璃体含量较少，掺入杂质较多，该粉煤灰(FA)为不合格粉煤灰。

(2)混凝土所用粉煤灰(FA)是导致混凝土发泡膨胀及氨味问题的原因，该粉煤灰中的硝酸铵和混凝土中的碱性物质发生化学反应是导致混凝土发泡膨胀及氨味问题的主要原因。

参考文献

［1］王海龙．混凝土质量问题的综合分析及对策［J］． 工程与建设，2006(20)：72－73．

［2］黄洪财．粉煤灰氨味问题成因的调查研究［J］． 新型建筑材料，2013∶23－25．

［3］戴会生，谷卫东，朱战岭．粉煤灰致使混凝土发泡的质量问题分析及预防［J］．中国包装科技博览：混凝土技术，2011(01)：6－10．

［4］罗斌．新拌混凝土的氨味分析及对强度的影响［J］．湖南交通科技，2015(41)：34－36．

［5］钱觉时，王智，张玉奇．粉煤灰的矿物组成(下)［J］． 粉煤灰综合利用，2001(4)：24．

（本文发表于《江西建材》2016年第24期）

欢迎大家关注“砼话”！