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基礎(chǔ)知識(shí)
粉煤灰致使混凝土發(fā)泡你碰到過(guò)嗎？
發(fā)布時(shí)間: 2018-07-05 08:59 查看: 12708次
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? ???天津地區(qū)某工地，澆筑后的混凝土大量冒出氣泡，冒泡的量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。硬化后，混凝土表面形成空鼓，整體體積增大甚至開裂，攪拌站留置的試塊也發(fā)生了體積膨脹現(xiàn)象，明顯高出試模上沿。實(shí)測(cè)混凝土含氣量10%，抗壓強(qiáng)度降低30%。該異?，F(xiàn)象引起了混凝土生產(chǎn)單位和施工單位的高度重視，初步推斷混凝土原材料中的某些化學(xué)成分發(fā)生異常反應(yīng)，持續(xù)生成氣體所致。因此，展開了對(duì)所有原材料的排查。
圖1 混凝土澆筑后冒泡現(xiàn)象
圖2 抹面時(shí)形成空鼓
圖3 硬化后混凝土整體膨脹（刮平時(shí)混凝土與預(yù)埋鋼板上沿齊平）
1、試驗(yàn)分析
發(fā)現(xiàn)這種異?，F(xiàn)象之后，立即從生產(chǎn)該批混凝土的攪拌樓筒倉(cāng)中和料場(chǎng)上提取各種材料，在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試拌，并制作試塊，膨脹情況相同。于是鎖定樣品，進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。首先排除砂石骨料。檢測(cè)對(duì)象為水泥、粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、外加劑。
粉煤灰樣品（編號(hào)F3）可直接聞到刺鼻的氣味，疑為氨味，顏色為土黃色，粉煤灰樣品（編號(hào)F4）無(wú)明顯氣味，顏色黑灰，見圖4：
圖4 粉煤灰樣品F3和F4的圖片
2、問(wèn)題粉煤灰調(diào)查
2.1??粉煤灰生成過(guò)程
粉煤灰來(lái)自于火力發(fā)電廠，作者走訪了天津和河北的部分電廠，了解粉煤灰的生成過(guò)程及脫硫工藝。
大多電廠粉煤灰均是收塵所得，其中以電收塵居多。從燃煤爐出來(lái)的煙氣首先經(jīng)過(guò)電收塵，在不同的電場(chǎng)作用下，收集到不同細(xì)度的粉煤灰進(jìn)入不同的筒倉(cāng)盛放。這個(gè)環(huán)節(jié)收塵的效率一般超過(guò)95%，而剩余的含有很少量粉煤灰的高溫?zé)煔庠谝L(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入煙囪，在進(jìn)入煙囪之前實(shí)施對(duì)煙氣的脫硫和脫硝作業(yè)。上述過(guò)程就是典型的粉煤灰生成過(guò)程和脫硫工藝。可見，粉煤灰的生成與脫硫工藝是先后關(guān)系，不可能產(chǎn)生混淆。
2.2??煙氣脫硫工藝調(diào)查
我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件還不允許象發(fā)達(dá)國(guó)家那樣投入大量的人力和財(cái)力，并且在對(duì)二氧化硫的治理方面起步很晚，國(guó)內(nèi)一些電廠的煙氣脫硫裝置大部分是從歐洲、美國(guó)、日本引進(jìn)的技術(shù)，由于近幾年國(guó)家環(huán)保要求的嚴(yán)格，脫硫工程是所有新建電廠必須建設(shè)的。
因此我國(guó)開始逐步以國(guó)外的技術(shù)為基礎(chǔ)研制適合自己國(guó)家的脫硫技術(shù)。石灰石——石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，自從2002年在300MW機(jī)組國(guó)產(chǎn)化示范以來(lái)，在我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入推廣階段。
氨法煙氣脫硫技術(shù)是近幾年在國(guó)內(nèi)開始采用的，適用范圍廣，不受燃煤含硫量、鍋爐容量的限制。由于吸收劑氨比石灰石或石灰活性大，因而氨法脫硫裝置對(duì)煤質(zhì)變化、鍋爐負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)。這在我國(guó)能源供應(yīng)緊張、來(lái)什么煤燒什么煤的情況下，更顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。
氨法煙氣脫硫工藝是以氨(廢氨水、液氨、碳銨或氨水等)為原料，回收煙氣中的SO2，生產(chǎn)高價(jià)值的化肥，脫硫原料成本完全可以從回收產(chǎn)品中得到抵扣，還會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。投資低，運(yùn)行成本低，不產(chǎn)生二次污染，無(wú)廢水，無(wú)廢渣。此法符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)脫硫過(guò)程的零消耗。氨法脫硫的特點(diǎn)之一是煤中含硫越高，硫酸銨的產(chǎn)量就越大；同時(shí)，煤也越便宜，業(yè)主所得到的利潤(rùn)就越大。氨法脫硫的工藝在黑龍江、遼寧、天津、山東、江蘇、四川、上海都有應(yīng)用。
3、綜合分析
結(jié)合試驗(yàn)檢驗(yàn)分析以及對(duì)粉煤灰來(lái)源的調(diào)查情況，分析推測(cè)：
1）導(dǎo)致混凝土發(fā)泡膨脹的主要原因是粉煤灰中含有有害雜質(zhì)，在混凝土加水?dāng)嚢韬退^(guò)程的強(qiáng)堿性環(huán)境下，發(fā)生釋放大量氣體的反應(yīng)引起的。
2）粉煤灰中含有大量的氨，主要來(lái)源猜測(cè)為：①非常規(guī)的氨法脫硫殘余②脫硫產(chǎn)物人為混入粉煤灰的運(yùn)輸環(huán)節(jié)。
3）在本次質(zhì)量問(wèn)題調(diào)查中，未在有問(wèn)題的粉煤灰中檢出單質(zhì)鋁的存在，但據(jù)專家推斷：在堿性環(huán)境下，發(fā)生劇烈的釋放氣體的反應(yīng)很可能是單質(zhì)鋁所致，而受XRD檢測(cè)方法限制（結(jié)晶態(tài)不良或含量低），未能在衍射圖譜中真實(shí)反映也是可能的。鋁的存在有客觀可能的條件，即：電廠為做到零排放，將一部分粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土砌塊，鋁粉是發(fā)泡劑，生產(chǎn)中必不可少。
4、預(yù)防措施與結(jié)論
根據(jù)有害雜質(zhì)（鋁及銨鹽）的化學(xué)共性：在堿性溶液環(huán)境下，發(fā)生釋放氣體的反應(yīng)。因此，模擬新拌混凝土的強(qiáng)堿性環(huán)境，主要的檢驗(yàn)試劑選用氫氧化鈉溶液。為加快反應(yīng)進(jìn)程，縮短試驗(yàn)檢測(cè)的時(shí)間，選擇試驗(yàn)的化學(xué)反應(yīng)溫度為60~70℃。
造成混凝土“冒泡”進(jìn)而引起體積膨脹的原因是粉煤灰中含有硫酸銨和硫代硫酸銨及氨氣，并有單質(zhì)鋁存在的可能。不論是哪種有害雜質(zhì)，均在堿性環(huán)境條件下發(fā)生劇烈的釋放氣體的反應(yīng)而對(duì)混凝土形成危害，根據(jù)該特性而編制的檢驗(yàn)方法對(duì)上述有害雜質(zhì)都是有效的，并且檢驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)便，時(shí)間短，費(fèi)用低。
? ???天津地區(qū)某工地，澆筑后的混凝土大量冒出氣泡，冒泡的量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。硬化后，混凝土表面形成空鼓，整體體積增大甚至開裂，攪拌站留置的試塊也發(fā)生了體積膨脹現(xiàn)象，明顯高出試模上沿。實(shí)測(cè)混凝土含氣量10%，抗壓強(qiáng)度降低30%。該異?，F(xiàn)象引起了混凝土生產(chǎn)單位和施工單位的高度重視，初步推斷混凝土原材料中的某些化學(xué)成分發(fā)生異常反應(yīng)，持續(xù)生成氣體所致。因此，展開了對(duì)所有原材料的排查。
圖1 混凝土澆筑后冒泡現(xiàn)象
圖2 抹面時(shí)形成空鼓
圖3 硬化后混凝土整體膨脹（刮平時(shí)混凝土與預(yù)埋鋼板上沿齊平）
1、試驗(yàn)分析
發(fā)現(xiàn)這種異?，F(xiàn)象之后，立即從生產(chǎn)該批混凝土的攪拌樓筒倉(cāng)中和料場(chǎng)上提取各種材料，在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行試拌，并制作試塊，膨脹情況相同。于是鎖定樣品，進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)。首先排除砂石骨料。檢測(cè)對(duì)象為水泥、粉煤灰、粒化高爐礦渣粉、外加劑。
粉煤灰樣品（編號(hào)F3）可直接聞到刺鼻的氣味，疑為氨味，顏色為土黃色，粉煤灰樣品（編號(hào)F4）無(wú)明顯氣味，顏色黑灰，見圖4：
圖4 粉煤灰樣品F3和F4的圖片
2、問(wèn)題粉煤灰調(diào)查
2.1??粉煤灰生成過(guò)程
粉煤灰來(lái)自于火力發(fā)電廠，作者走訪了天津和河北的部分電廠，了解粉煤灰的生成過(guò)程及脫硫工藝。
大多電廠粉煤灰均是收塵所得，其中以電收塵居多。從燃煤爐出來(lái)的煙氣首先經(jīng)過(guò)電收塵，在不同的電場(chǎng)作用下，收集到不同細(xì)度的粉煤灰進(jìn)入不同的筒倉(cāng)盛放。這個(gè)環(huán)節(jié)收塵的效率一般超過(guò)95%，而剩余的含有很少量粉煤灰的高溫?zé)煔庠谝L(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入煙囪，在進(jìn)入煙囪之前實(shí)施對(duì)煙氣的脫硫和脫硝作業(yè)。上述過(guò)程就是典型的粉煤灰生成過(guò)程和脫硫工藝。可見，粉煤灰的生成與脫硫工藝是先后關(guān)系，不可能產(chǎn)生混淆。
2.2??煙氣脫硫工藝調(diào)查
我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件還不允許象發(fā)達(dá)國(guó)家那樣投入大量的人力和財(cái)力，并且在對(duì)二氧化硫的治理方面起步很晚，國(guó)內(nèi)一些電廠的煙氣脫硫裝置大部分是從歐洲、美國(guó)、日本引進(jìn)的技術(shù)，由于近幾年國(guó)家環(huán)保要求的嚴(yán)格，脫硫工程是所有新建電廠必須建設(shè)的。
因此我國(guó)開始逐步以國(guó)外的技術(shù)為基礎(chǔ)研制適合自己國(guó)家的脫硫技術(shù)。石灰石——石膏法脫硫工藝是世界上應(yīng)用最廣泛的一種脫硫技術(shù)，自從2002年在300MW機(jī)組國(guó)產(chǎn)化示范以來(lái)，在我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入推廣階段。
氨法煙氣脫硫技術(shù)是近幾年在國(guó)內(nèi)開始采用的，適用范圍廣，不受燃煤含硫量、鍋爐容量的限制。由于吸收劑氨比石灰石或石灰活性大，因而氨法脫硫裝置對(duì)煤質(zhì)變化、鍋爐負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)。這在我國(guó)能源供應(yīng)緊張、來(lái)什么煤燒什么煤的情況下，更顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。
氨法煙氣脫硫工藝是以氨(廢氨水、液氨、碳銨或氨水等)為原料，回收煙氣中的SO2，生產(chǎn)高價(jià)值的化肥，脫硫原料成本完全可以從回收產(chǎn)品中得到抵扣，還會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。投資低，運(yùn)行成本低，不產(chǎn)生二次污染，無(wú)廢水，無(wú)廢渣。此法符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)脫硫過(guò)程的零消耗。氨法脫硫的特點(diǎn)之一是煤中含硫越高，硫酸銨的產(chǎn)量就越大；同時(shí)，煤也越便宜，業(yè)主所得到的利潤(rùn)就越大。氨法脫硫的工藝在黑龍江、遼寧、天津、山東、江蘇、四川、上海都有應(yīng)用。
3、綜合分析
結(jié)合試驗(yàn)檢驗(yàn)分析以及對(duì)粉煤灰來(lái)源的調(diào)查情況，分析推測(cè)：
1）導(dǎo)致混凝土發(fā)泡膨脹的主要原因是粉煤灰中含有有害雜質(zhì)，在混凝土加水?dāng)嚢韬退^(guò)程的強(qiáng)堿性環(huán)境下，發(fā)生釋放大量氣體的反應(yīng)引起的。
2）粉煤灰中含有大量的氨，主要來(lái)源猜測(cè)為：①非常規(guī)的氨法脫硫殘余②脫硫產(chǎn)物人為混入粉煤灰的運(yùn)輸環(huán)節(jié)。
3）在本次質(zhì)量問(wèn)題調(diào)查中，未在有問(wèn)題的粉煤灰中檢出單質(zhì)鋁的存在，但據(jù)專家推斷：在堿性環(huán)境下，發(fā)生劇烈的釋放氣體的反應(yīng)很可能是單質(zhì)鋁所致，而受XRD檢測(cè)方法限制（結(jié)晶態(tài)不良或含量低），未能在衍射圖譜中真實(shí)反映也是可能的。鋁的存在有客觀可能的條件，即：電廠為做到零排放，將一部分粉煤灰生產(chǎn)加氣混凝土砌塊，鋁粉是發(fā)泡劑，生產(chǎn)中必不可少。
4、預(yù)防措施與結(jié)論
根據(jù)有害雜質(zhì)（鋁及銨鹽）的化學(xué)共性：在堿性溶液環(huán)境下，發(fā)生釋放氣體的反應(yīng)。因此，模擬新拌混凝土的強(qiáng)堿性環(huán)境，主要的檢驗(yàn)試劑選用氫氧化鈉溶液。為加快反應(yīng)進(jìn)程，縮短試驗(yàn)檢測(cè)的時(shí)間，選擇試驗(yàn)的化學(xué)反應(yīng)溫度為60~70℃。
造成混凝土“冒泡”進(jìn)而引起體積膨脹的原因是粉煤灰中含有硫酸銨和硫代硫酸銨及氨氣，并有單質(zhì)鋁存在的可能。不論是哪種有害雜質(zhì)，均在堿性環(huán)境條件下發(fā)生劇烈的釋放氣體的反應(yīng)而對(duì)混凝土形成危害，根據(jù)該特性而編制的檢驗(yàn)方法對(duì)上述有害雜質(zhì)都是有效的，并且檢驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)便，時(shí)間短，費(fèi)用低。
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