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粉煤灰含硫导致混凝土发泡问题

编辑:华伟银凯   发布时间:2019-9-4 

  混凝土指以水泥为主要胶凝材料,与水、砂、石子,必要时掺入混凝土减水剂等化学外加剂和矿物掺合料,按适当比例配合,经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。在混凝土拌合的过程中,因操作不当或者原材料问题都会导致混凝土产生不同的混凝土质量问题。今天,华伟银凯混凝土外加剂厂家带您从实际案例分析混凝土发泡问题的成因及预防措施。
  天津地区某工地,浇筑后的混凝土大量冒出气泡,冒泡的量大,持续时间长。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%。该异常现象引起了混凝土生产单位和施工单位的高度重视,初步推断混凝土原材料中的某些化学成分发生异常反应,持续生成气体所致。因此,展开了对所有原材料的排查。


混凝土浇筑后冒泡

图1 混凝土浇筑后冒泡现象


混凝土抹面空鼓

图2 抹面时形成空鼓


混凝土硬化后膨胀

图3 硬化后混凝土整体膨胀(刮平时混凝土与预埋钢板上沿齐平)


1试验分析
  发现这种异常现象之后,立即从生产该批混凝土的搅拌楼筒仓中和料场上提取各种材料,在试验室内进行试拌,并制作试块,膨胀情况相同。于是锁定样品,进行相应的检测。首先排除砂石骨料。检测对象为水泥、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、外加剂。
  粉煤灰样品(编号F3)可直接闻到刺鼻的气味,疑为氨味,颜色为土黄色,粉煤灰样品(编号F4)无明显气味,颜色黑灰,见图4:




图4 粉煤灰样品F3和F4的图片


2问题粉煤灰调查
2.1  粉煤灰生成过程
  粉煤灰来自于火力发电厂,作者走访了天津和河北的部分电厂,了解粉煤灰的生成过程及脱硫工艺。

  大多电厂粉煤灰均是收尘所得,其中以电收尘居多。从燃煤炉出来的烟气首先经过电收尘,在不同的电场作用下,收集到不同细度的粉煤灰进入不同的筒仓盛放。这个环节收尘的效率一般超过95%,而剩余的含有很少量粉煤灰的高温烟气在引风机的作用下进入烟囱,在进入烟囱之前实施对烟气的脱硫和脱硝作业。上述过程就是典型的粉煤灰生成过程和脱硫工艺。可见,粉煤灰的生成与脱硫工艺是先后关系,不可能产生混淆。
2.2  烟气脱硫工艺调查
  我国目前的经济条件和技术条件还不允许象发达国家那样投入大量的人力和财力,并且在对二氧化硫的治理方面起步很晚,国内一些电厂的烟气脱硫装置大部分是从欧洲、美国、日本引进的技术,由于近几年国家环保要求的严格,脱硫工程是所有新建电厂必须建设的。
  因此我国开始逐步以国外的技术为基础研制适合自己国家的脱硫技术。石灰石——石膏法脱硫工艺是世界上应用最广泛的一种脱硫技术,自从2002年在300MW机组国产化示范以来,在我国已经进入推广阶段。
氨法烟气脱硫技术是近几年在国内开始采用的,适用范围广,不受燃煤含硫量、锅炉容量的限制。由于吸收剂氨比石灰石或石灰活性大,因而氨法脱硫装置对煤质变化、锅炉负荷变化的适应性强。这在我国能源供应紧张、来什么煤烧什么煤的情况下,更显现出它的优势。

  氨法烟气脱硫工艺是以氨(废氨水、液氨、碳铵或氨水等)为原料,回收烟气中的SO2,生产高价值的化肥,脱硫原料成本完全可以从回收产品中得到抵扣,还会产生一定的经济效益。投资低,运行成本低,不产生二次污染,无废水,无废渣。此法符合循环经济规律,可实现脱硫过程的零消耗。氨法脱硫的特点之一是煤中含硫越高,硫酸铵的产量就越大;同时,煤也越便宜,业主所得到的利润就越大。氨法脱硫的工艺在黑龙江、辽宁、天津、山东、江苏、四川、上海都有应用。


3综合分析
  结合试验检验分析以及对粉煤灰来源的调查情况,分析推测:
  1)导致混凝土发泡膨胀的主要原因是粉煤灰中含有有害杂质,在混凝土加水搅拌和水化过程的强碱性环境下,发生释放大量气体的反应引起的。
  2)粉煤灰中含有大量的氨,主要来源猜测为:①非常规的氨法脱硫残余②脱硫产物人为混入粉煤灰的运输环节。
  3)在本次质量问题调查中,未在有问题的粉煤灰中检出单质铝的存在,但据专家推断:在碱性环境下,发生剧烈的释放气体的反应很可能是单质铝所致,而受XRD检测方法限制(结晶态不良或含量低),未能在衍射图谱中真实反映也是可能的。铝的存在有客观可能的条件,即:电厂为做到零排放,将一部分粉煤灰生产加气混凝土砌块,铝粉是发泡剂,生产中必不可少。


4预防措施与结论
  根据有害杂质(铝及铵盐)的化学共性:在碱性溶液环境下,发生释放气体的反应。因此,模拟新拌混凝土的强碱性环境,主要的检验试剂选用氢氧化钠溶液。为加快反应进程,缩短试验检测的时间,选择试验的化学反应温度为60~70℃。
  造成混凝土“冒泡”进而引起体积膨胀的原因是粉煤灰中含有硫酸铵和硫代硫酸铵及氨气,并有单质铝存在的可能。不论是哪种有害杂质,均在碱性环境条件下发生剧烈的释放气体的反应而对混凝土形成危害,根据该特性而编制的检验方法对上述有害杂质都是有效的,并且检验方法操作简便,时间短,费用低。


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