摘要：混凝土由于抗冻、抗渗等特殊性能的要求，会引入一定量的含气，来提高其耐久性能。在混凝土拌制和浇筑过程中，会产生一些或大或小的气泡，是以空气形式存在的气体，是不可燃烧的。但在某工程中，混凝土初凝后表面有气泡冒出，并产生可燃现象。本文主要分析产生这种现象的主要原因。
关键词：混凝土；气体；可燃；主要原因
1 概述
北方某省水库工程，大坝主体为碾压混凝土重力坝，工程等别为Ⅱ等，主体采用碾压三级配混凝土浇筑，上下游面为碾压二级配混凝土浇筑。碾压混凝土采用强制式混凝土拌和站拌和，拌和站具有计算机自动控制、计量及拌和系统，混凝土运输采用混凝土自卸车。
由于北方冬季气候寒冷，因此该工程的混凝土抗冻等级要求≥F200。在混凝土中掺入缓凝型减水剂和引气剂，混凝土硬化后表面会有一些微小的气孔存在，这些气孔的存在是有利于混凝土自身的耐久性能的。不过，也有一些表面或者内部未排出的大的气泡对于混凝土本身是有害的，但这些气泡的主要成分基本是以空气的形式存在的，本文主要分析在该工程中遇到的混凝土在浇筑完后，在混凝土浇筑面不断冒出的气体能够点燃的现象，以及是否会对混凝土本身造成不利的影响。
2 发生的现象
某日，某仓碾压混凝土正常浇筑完成，大概在其初凝时间前后，在部分有积水的混凝土表面发现有气泡不断冒出，且此现象持续到第2天，主要表现为：（1）有积水的混凝土表面不断在冒泡；（2）用打火机点燃纸张靠近冒气泡的地方时，能看到断断续续连续的爆燃现象；（3）已经无积水的部位，混凝土表面可以看到较多气孔；（4）表面有气孔的部位，二次抹面后，仍有新的气孔产生；(5)没有闻到刺鼻的气味或者氨气味。冒泡现象见图1，可燃现象见图2。
图1 冒泡现象
图2 可燃现象
3 原因分析
此异常现象发生后，项目部立即停止了下一步的混凝土施工作业准备，召集相关人员对事故原因进行分析，并对原材料和拌和楼进行了检查。
（1）经过查找拌和楼拌和记录，未发现异常，原材料重量偏差均在规定范围内，外加剂浓度也符合要求。（2）将水泥、粉煤灰样品委托第三方检测，各项化学成分均未发现异常。（3）室内按照配合比拌制相同的混凝土，并做了初终凝测试，一切正常。（4）初步将分析重点集中在水泥和粉煤灰上，采用对比试验的方法，拌制混凝土：①同种水泥、粉煤灰均掺入时；②只掺同种水泥时；③用别的品种水泥替代时，同种粉煤灰不变；④用别的粉煤灰替代时，同种水泥不变；⑤水泥、粉煤灰均用别的品种替代时。经过室内的对比试验，由于拌和量较少，未发现异常。
同时在施工现场发现，混凝土终凝后，有积水的部位，混凝土表面已无明显气泡冒出，气孔处能点燃的现象也消失了。为了解此时混凝土的受影响程度，特在气孔较多处，钻孔取芯，用来测试芯样的密度、抗压强度及抗冻性能等。经检测，芯样外部及内部孔隙并无明显增多现象，密度及抗压强度都符合规范及施工技术要求。抗冻性能结果未出来前，为了找到可燃气体的主要成分，解决今后的施工质量问题，项目部特开辟了一块空地，严格按照大坝主体的施工流程，从拌制混凝土到运输，入仓，分层碾压到养护，发现在用别的品种粉煤灰时，没有气泡连续冒出并能点燃的现象，而在使用原粉煤灰拌制混凝土时，会有能点燃的现象。
4 试验结果分析
经过对比试验，使用原粉煤灰时，有气泡冒出并有可燃现象；而使用别的粉煤灰时，并无此现象。由此，初步断定，粉煤灰的原因导致了此种现象。为此，工地相关部门购买了NaOH溶液，加入到出现问题的粉煤灰中，在缓慢加热条件下，随着温度的升高，观察到有气泡产生，但收集到的气体由于量较少，无法进行点燃试验。于是将前期粉煤灰样品送至第三方检测机构进行了XRD图谱分析，粉煤灰的XRD衍射图显示进场粉煤灰含有金属铝的成分，并且在将施工现场收集到的气体点燃后，有水珠生成，由此结合判断可燃气体中有氢元素。
5 产生气体的过程分析
普通硅酸盐水泥，由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其中硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分是硅酸三钙（3CaO•SiO2，简式C3S）、硅酸二钙（2CaO•SiO2，简式C2S）、铝酸三钙（3CaO•Al2O3，简式C3A）、铁铝酸四钙（4CaO•Al2O3•Fe2O3，简式C4AF）。水泥早期水化主要是这4种成分的反应，其水化反应方程式如下：
（1）2（3CaO•SiO2）+6H2O=3CaO•SiO2•H2O+3Ca（OH）2
（2）2（2CaO•SiO2）+4H2O=3CaO•SiO2•H2O+Ca（OH）2
（3）3CaO•Al2O3+6H2O=3CaO•Al2O3•H2O
（4）4CaO•Al2O3•Fe2O3+7H2O=3CaO•Al2O3•H2O+CaO•Fe2O3•H2O
水泥水化反应产生Ca（OH）2，使混凝土显碱性。由于金属铝化学性质较活泼，在空气中会发生氧化形成一层致密的氧化膜（Al2O3），自我保护并阻止金属铝被继续氧化。Al2O3会在碱性环境下发生化学反应后溶解，露出金属铝，进而金属铝在强碱性环境下发生水化反应生成可燃性气体H2，其化学方程式如下：
2Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑
水泥水化分诱导期、加速期、减速期和稳定期。水泥刚开始水化处于诱导期时，主要是铝酸三钙的迅速水化和水泥熟料的部分溶解，此时胶凝材料和混凝土的碱性才开始体现。由于该工程主体为碾压混凝土，其中粉煤灰掺量能达到60%，大比例掺和料的使用以及高效缓凝型减水剂的加入，延迟了水泥水化的进行，这也是经过大概初凝的时间后才明显发现混凝土出现可燃性气体的原因。
由于碾压混凝土是干硬性混凝土，拌和用水量较少，且粉煤灰中的金属铝成分含量很低，所以施工现场发生化学反应释放的氢气量很少，且经过芯样检测后，密实性、耐久性能、强度等检测结果均在技术要求范围内，对本工程混凝土的质量未造成影响。但为了工程的质量保证，采取了原粉煤灰退回处理，更换粉煤灰的措施，以避免不可预知的后果。
6 结束语
混入金属铝的粉煤灰，应用到混凝土中时，产生可燃气体，对混凝土自身的密实性、强度及耐久性能会产生一定的影响，进而影响到工程的质量。由于本工程的特殊性及施工情况，不能保证今后其他工程发生类似现象时，质量是否会受到影响。因此今后要严格把关原材料检测，发现问题，及时找出原因并采取措施加以改进。本文分析了混凝土产生可燃性气体的原因，提出了针对性措施，也为今后其他项目混凝土施工提供了问题分析方向和参考。
参考文献
1 GB 175-2007 通用硅酸盐水泥
2 GB 8076-2008 混凝土外加剂
3 DL/T 5055-2007 水工混凝土用掺用粉煤灰技术规范
4 DL/T 5112-2009 水工碾压混凝土施工规范
论文作者:刘中彦
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/13
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 现象论文; 水化论文; 气体论文; 气泡论文; 水泥论文; 《基层建设》2018年第17期论文;