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《重慶建筑雜志》2014年第八期

1試驗結果

1.1原材料檢驗對該樓板混凝土所用同批次原材料進行了檢驗，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。經檢驗，該工程樓板混凝土所用水泥、外加劑、粗細骨料、拌合水均合格，但粉煤灰的細度、燒失量、f-CaO、SO3和安定性均不合格，檢驗結果見表1。在采用雷氏夾測定粉煤灰的安定性時，發現安定性試件在沸煮后產生明顯體積膨脹，見圖4。同時在測定粉煤灰細度時，發現篩余物中存在大量帶有金屬光澤的微小顆粒，見圖5。根據上述檢驗結果，首先可以判斷，造成混凝土產生異常現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，需要對粉煤灰進行深入分析。

1.2粉煤灰化學成分分析對粉煤灰樣品進行了化學分析，結果見表2。從表2中可以看出，該粉煤灰與常規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還出現了單質鋁衍射特征峰。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中，用作混凝土膨脹劑膨脹源的一種比較常用的物質，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混凝土膨脹劑。鋁是一種化學性質活潑的兩性金屬，在一定條件下能與強堿發生化學反應，生成氫氣并放出熱量，化學反應方程式見①式：反應①實質上是一個分步反應，鋁先與水反應（②式），生成氫氧化鋁，且溫度越高反應越快；在強堿環境中，Al（OH）3和OH-反應生成偏鋁酸鹽和水（③式）。從上可以看出，影響Al與水反應速率的關鍵因素是溫度和強堿性環境，所以該反應的發生應具備三個條件：一定的溫度；強堿環境；有單質鋁參與。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，其擴散性和導熱能力為空氣的7倍。根據溫度的不同，1g鋁完全反應后放出的氫氣1.24L~1.44L，如此多量的氫氣如果被密封在混凝土內，將會產生很大的應力，在混凝土強度尤其是抗拉強度很低的早期階段，這種應力足以讓混凝土產生膨脹和開裂。

2.2混凝土冒氣膨脹過程分析從前述分析可知，導致該工程樓板混凝土產生冒泡膨脹的源頭是混雜在粉煤灰中的金屬鋁粉，結合其膨脹機理，對其產生的異常情況分析如下：（1）在混凝土拌合、運輸及澆筑初期，水泥水化反應處于誘導期，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，金屬鋁與水反應較為緩慢，冒泡現象不明顯。（2）在混凝土凝結和早期硬化階段為水泥水化加速期，強堿性環境（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，反應開始發生。（3）單質鋁與強堿發生反應，生成可燃性的氫氣并放出熱量，由于該反應有水參與，要消耗掉混凝土中的游離水，混凝土表現出坍落度損失較快；同時擴散性極強的氫氣溢出至混凝土表面后，從混凝土表面泌水、養護水或浮漿中冒出，呈現出“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，封閉在混凝土內部的大量氫氣產生較大的應力，使混凝土體積產生膨脹甚至開裂，氫氣溢出后混凝土內部原先被氫氣占據的空間形成氣孔，表面混凝土形成向外的喇叭口形氣孔。

3結論

通過對該工程樓板混凝土所用原材料進行深入分析，結合現場調查，得出混凝土發生冒氣、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高性能、高耐久性的技術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，劣質的摻合料往往適得其反。在重慶地區摻合料特別是優質粉煤灰供不應求的現實條件下，如何兼顧生產和質量是每個從業者必須認真思考的問題。此外，開發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：重慶市建筑科學研究院