1 案例簡(jiǎn)述

某鐵路工地，混凝土采用三一重工股份有限公司生產(chǎn)的HZS90或HZS120強(qiáng)制式混凝土攪拌站集中拌合。攪拌站均具有微機(jī)控制自動(dòng)計(jì)量、拌合系統(tǒng)?；炷吝\(yùn)輸采用混凝土攪拌車。2012年11月14日晚，山西中南部鐵路通道工程某項(xiàng)目部進(jìn)行了10余處結(jié)構(gòu)物的混凝土澆筑作業(yè)。當(dāng)晚所有混凝土均按正常程序進(jìn)行，出機(jī)混凝土和易性良好，拌合物性能滿足設(shè)計(jì)要求，但其中一根樁和一個(gè)墩柱托盤在次日早晨（約6 h后），出現(xiàn)下列現(xiàn)象：（1）基樁混凝土不斷冒泡，用帶火星的白紙靠近時(shí)能聽到斷斷續(xù)續(xù)的爆鳴聲和看到不連續(xù)的爆燃現(xiàn)象；（2）托盤無(wú)積水部位混凝土表面可以看到較多氣孔，有積水部位可以看到氣泡不斷冒出在混凝土表面上形成氣孔，二次抹面后，仍有新的氣孔產(chǎn)生。

此異?，F(xiàn)象發(fā)生后，該項(xiàng)目部立即停止了所有混凝土施工作業(yè)，召集相關(guān)人員對(duì)事故原因進(jìn)行分析，并對(duì)原材料和樁基施工的渣樣進(jìn)行了封存。

2 原因分析

當(dāng)晚共有10余個(gè)混凝土施工作業(yè)點(diǎn)，但只有2個(gè)作業(yè)點(diǎn)產(chǎn)生了可燃?xì)怏w。產(chǎn)生可燃性氣體的混凝土分別由1號(hào)拌合站和6號(hào)拌合站生產(chǎn)，其余7個(gè)拌合站拌合生產(chǎn)的混凝土均正常。事故發(fā)生后，電話咨詢了有關(guān)方面專家。地質(zhì)、隧道方面專家認(rèn)為可能是巖層中具有某種可燃?xì)怏w，但對(duì)墩柱托盤混凝土出現(xiàn)可燃性氣體解釋不通。水泥方面專家認(rèn)為可能是水泥助磨劑或粉煤灰助磨劑某種成分在起作用?；炷练矫鎸＜艺J(rèn)為可能是混凝土原材料中帶入了某種成分產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，生成可燃性氣體。為能夠盡快采取整改措施恢復(fù)施工，項(xiàng)目部中心試驗(yàn)室在公司計(jì)量測(cè)試中心的指導(dǎo)下對(duì)可燃性氣體產(chǎn)生原因開展了分析研究。

2.1 混凝土原材料及配合比

混凝土使用的原材料基本情況為：P.O42.5水泥，堿含量為0.55%，氯離子含量為0.013%；水庫(kù)河砂，Ⅱ區(qū)粗砂，細(xì)度模數(shù)3.1；5～31.5 mm碎石，采用三級(jí)配（5～10 mm：5～16 mm：16～31.5 mm=30∶30∶40）；F類Ⅱ級(jí)粉煤灰；緩凝型聚羧酸高效減水劑，摻量1.0%。產(chǎn)生可燃性氣體的基樁和托盤使用的混凝土配合比分別為C35水下混凝土和C35泵送混凝土，具體材料用量列于表1。

       按照《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10424－2010）對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了核算，其各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求?；炷烈荒甓嗟氖┕?shù)據(jù)顯示，混凝土拌合物性能、力學(xué)性能和耐久性能均能滿足設(shè)計(jì)要求，且一直沒有發(fā)生產(chǎn)生可燃性氣體的現(xiàn)象。

2.2 當(dāng)晚混凝土拌合物性能

混凝土澆筑前，試驗(yàn)人員在拌合站和澆筑地點(diǎn)分別對(duì)混凝土拌合物性能進(jìn)行測(cè)試。拌合物性能測(cè)試結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)和施工要求。調(diào)閱混凝土拌合記錄，發(fā)現(xiàn)混凝土拌合時(shí)間為150s，施工配合比和材料稱量誤差

均在允許偏差范圍內(nèi)。

2.3 原材料近期進(jìn)場(chǎng)情況

查閱1號(hào)、6號(hào)拌合站原材料進(jìn)場(chǎng)情況發(fā)現(xiàn)，在近3 d內(nèi)1號(hào)站進(jìn)場(chǎng)了水泥和粉煤灰，6號(hào)站進(jìn)場(chǎng)了水泥、外加劑和粉煤灰，且粉煤灰為同一天進(jìn)場(chǎng)。

2.4 混凝土比對(duì)試驗(yàn)方案及結(jié)果

在1號(hào)站和6號(hào)站進(jìn)行了混凝土比對(duì)試驗(yàn)，所有原材料采用拌合站現(xiàn)場(chǎng)材料，除試驗(yàn)方案提到的材料變動(dòng)外，其他材料相同。試驗(yàn)方案中標(biāo)號(hào)為1的材料為拌合站原有材料，混凝土施工已證明未產(chǎn)生可燃性氣體；標(biāo)號(hào)為2的材料為拌合站發(fā)生事故前新進(jìn)材料。1號(hào)站按照C35水下混凝土配合比進(jìn)行了混凝土拌合，試驗(yàn)方案及結(jié)果如表2所示。6號(hào)站按C35托盤泵送混凝土配合比進(jìn)行混凝土拌合，試驗(yàn)方案及結(jié)果如表3所示。當(dāng)混凝土中氣體連續(xù)冒出時(shí)，將帶有火星的白紙靠近氣泡處，可以聽到斷斷續(xù)續(xù)的“砰砰”爆鳴聲，看到白紙被點(diǎn)燃的現(xiàn)象。

      2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

分析表2、表3結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不管水泥、外加劑是否變化，外加劑是否摻加，只要加入新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰就會(huì)產(chǎn)生可燃性氣體，如果不加入新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰就不會(huì)產(chǎn)生可燃性氣體。這一結(jié)果初步說明是新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰中存在某種物質(zhì)在混凝土中產(chǎn)生了某種反應(yīng)，生成了可燃性氣體。檢查新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰外觀，發(fā)現(xiàn)新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰為土黃色，而以前粉煤灰留樣樣品顏色為灰白色或者青灰色。在剩余7個(gè)拌合站進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)方案只變化粉煤灰。剩余7個(gè)拌合站的混凝土驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明，只要加入新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰就會(huì)產(chǎn)生可燃性氣體，否則不產(chǎn)生。試驗(yàn)結(jié)果充分說明了新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰含有某種物質(zhì)能在混凝土中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生可燃性氣體。

2.6 產(chǎn)生機(jī)理研究

將新進(jìn)場(chǎng)的粉煤灰送到檢測(cè)機(jī)構(gòu)按照《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424－2010）檢驗(yàn)其化學(xué)指標(biāo)，結(jié)果符合規(guī)范要求。將新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰、前期粉煤灰樣品送至檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了XRD分析。粉煤灰的XRD衍射圖顯示新進(jìn)場(chǎng)粉煤灰含有金屬鋁的成分。

將收集到的氣體點(diǎn)燃發(fā)現(xiàn)有小水珠生成，說明收集到的氣體中存在氫元素。

石灰質(zhì)原料、黏土質(zhì)原料、輔助原料（如鐵礦石等）按比例磨細(xì)混合后組成生料。生料在1 450 ℃左右下煅燒形成熟料，然后將熟料和石膏，再加入一定比例的混合材就形成了普通硅酸鹽水泥^[1]。普通硅酸鹽水泥熟料的主要成分是硅酸三鈣（簡(jiǎn)稱C₃S）、硅酸二鈣（簡(jiǎn)稱C₂S）、鋁酸三鈣（簡(jiǎn)稱C₃A）、鐵鋁酸四鈣（簡(jiǎn)稱C₄AF）。水泥水化分誘導(dǎo)期、發(fā)展期和穩(wěn)定期。水泥早期水化主要是熟料4種成分的反應(yīng)，其水化反應(yīng)方程

式如下：

2（3CaO·SiO₂）+6H2O=3CaO·SiO₂·H₂O+3Ca（OH）₂

2（2CaO·SiO₂）+4H2O=3CaO·SiO₂·H₂O+Ca（OH）₂

3CaO·Al₂O₃+6H2O=3CaO·Al₂O₃·H₂O

4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃+7H₂O=3CaO·Al₂O₃·H₂O+CaO·Fe₂O₃·H₂O

水泥水化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生Ca（OH）₂，使混凝土顯強(qiáng)堿性，其pH值可以達(dá)到12。由于金屬鋁化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在空氣中會(huì)發(fā)生氧化形成一層致密的氧化膜（Al₂O₃），阻止金屬鋁被繼續(xù)氧化。Al₂O₃會(huì)在堿性環(huán)境下溶解，暴露出金屬鋁，進(jìn)而金屬鋁在強(qiáng)堿性環(huán)境下發(fā)生水化反應(yīng)生成可燃性氣體氫氣，其化學(xué)方程式如下：

Al₂O₃+2OH^－=2AlO₂^－+H₂O

2Al+2OH^－+2H₂O=2AlO^2－+3H₂↑

水泥剛開始水化時(shí)處于誘導(dǎo)期時(shí)主要是水泥熟料的部分溶解和鋁酸三鈣的迅速水化，此時(shí)膠凝材料和混凝土的堿性才開始體現(xiàn)。另外，大摻量摻和料的使用，緩凝型的聚羧酸減水劑的加入，推遲了水泥水化的進(jìn)行和溫升峰值的出現(xiàn)，這也是6 h左右后才明顯發(fā)現(xiàn)混凝土出現(xiàn)可燃性氣體的原因。

3 處理結(jié)果

1）對(duì)1、6號(hào)拌合站近期所進(jìn)場(chǎng)粉煤灰全部退貨，其他站采用同一供應(yīng)商供應(yīng)的粉煤灰也全部清場(chǎng)，并將該供應(yīng)商列入黑名單。

2）為保證工程質(zhì)量，不留質(zhì)量隱患，將產(chǎn)生可燃性氣體的托盤、基樁進(jìn)行了返工。

3）對(duì)事故相關(guān)責(zé)任單位和責(zé)任人進(jìn)行相應(yīng)的處罰。

4 預(yù)防措施

通過綜合分析，混凝土發(fā)生產(chǎn)生可燃性氣體事故的直接原因是粉煤灰中混入了金屬鋁。項(xiàng)目部對(duì)供應(yīng)商選擇把關(guān)不嚴(yán)，對(duì)供應(yīng)商的日常監(jiān)督和考核流于形式，材料人員僅驗(yàn)收材料重量但對(duì)材料進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量疏于驗(yàn)收，試驗(yàn)檢測(cè)人員取樣不規(guī)范，試驗(yàn)前未對(duì)樣品進(jìn)行外觀比對(duì)是造成該起事故的間接原因。為杜絕該類事故再次發(fā)生，項(xiàng)目部采取了以下預(yù)防措施。

1）加強(qiáng)材料供應(yīng)商的選擇、日常監(jiān)督和信譽(yù)考核工作，嚴(yán)格落實(shí)黑名單考核制度。簽訂供貨質(zhì)量補(bǔ)充協(xié)議，進(jìn)一步明確供應(yīng)商的質(zhì)量責(zé)任。

2）加強(qiáng)原材料的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收工作。材料人員不僅要對(duì)材料重量進(jìn)行驗(yàn)收，還要對(duì)材料的外觀質(zhì)量、規(guī)格型號(hào)、質(zhì)量保證書等進(jìn)行初步驗(yàn)收。每種規(guī)格的材料建立一個(gè)樣品箱，每次材料進(jìn)場(chǎng)均要核對(duì)外觀質(zhì)量。初步驗(yàn)收合格后報(bào)試驗(yàn)部門進(jìn)行取樣復(fù)試，否則直接退貨。

3）提高取樣工作質(zhì)量，培訓(xùn)材料取樣方法，配備合格取樣工具。此次事故原因之一就是檢測(cè)人員只在粉煤灰罐車的表層取樣。

4）加強(qiáng)原材料的進(jìn)場(chǎng)復(fù)試工作。對(duì)于容易以次充好的材料要加大檢測(cè)頻率，摻和料、外加劑要堅(jiān)持每車必檢。

5）在混凝土生產(chǎn)過程中嚴(yán)格按照規(guī)定程序進(jìn)行生產(chǎn)，防止配合比執(zhí)行錯(cuò)誤、材料使用錯(cuò)誤的情況發(fā)生；在混凝土運(yùn)輸及澆筑過程中，嚴(yán)禁工人加水；混凝土澆筑成型后，按規(guī)定程序進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)工作。

目前，該鐵路項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)已完工，從近2年的混凝土施工情況來(lái)看，預(yù)防措施效果明顯，未再出現(xiàn)類似情況。

5 結(jié)　論

1）混有金屬鋁的粉煤灰應(yīng)用到鐵路混凝土中會(huì)產(chǎn)生可燃性氣體，不僅會(huì)降低混凝土的密實(shí)性、耐久性和強(qiáng)度，還會(huì)影響到結(jié)構(gòu)的安全。

2）保證工程質(zhì)量就要高度重視原材料的質(zhì)量管控工作，嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)。但原材料的質(zhì)量控制不僅是個(gè)技術(shù)問題，更是個(gè)管理問題。原材料質(zhì)量控制不僅需要多個(gè)部門共同努力，更需要領(lǐng)導(dǎo)參與和重視，從供應(yīng)商選擇，材料采購(gòu)、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收和取樣檢測(cè)等多個(gè)方面加強(qiáng)管理。

3）通過對(duì)這次質(zhì)量事故進(jìn)行探討，分析了混凝土產(chǎn)生可燃性氣體的原因，提出了針對(duì)性措施，為今后其他項(xiàng)目混凝土施工提供經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李亞杰.建筑材料（第6版）[M].北京：中國(guó)水泥水電出版社，2012