首先要纠正的误解:并不是混凝土在释放CO₂
冬季混凝土保温养护空间内测得较高浓度的二氧化碳时,人们常解释为“混凝土凝固时会释放CO₂”。不能这样理解普通波特兰水泥混凝土的水化反应。水化是水泥矿物与水反应,形成水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙等固体水化产物的过程。美国混凝土学会(ACI)对水化反应的说明也将水泥与水的反应以及C-S-H的形成列为核心内容。典型水化反应式的生成物中并没有CO₂气体。
相反,硬化水泥基材料的碳化,是外部CO₂与水化产物反应生成碳酸钙等物质的过程。燃烧式加热器的废气接触新浇混凝土表面时,可能引起表面碳化,对质量也不利。ACI关于寒冷天气混凝土的指南指出,使用燃烧式加热器时,需要充分通风并供给水分,以防止CO₂导致表面碳化。因此,对于保温养护区域内检测到的CO₂,应首先调查燃烧褐煤、木炭、LPG、煤油等燃料、作业人员呼吸以及外部工艺气体进入等实际来源。如使用特殊掺合料或特殊工艺,则应另行评估,但不能从“水化本身就是CO₂来源”这一前提出发。
养护空间为何会演变为受限空间危险
为进行养护而用塑料膜、帐篷或保温覆盖物封闭楼板下方、地下层、坑槽和蓄水池周边时,虽然能够保温,却也会减少空气交换。即使设有出入口,如果自然通风不足且空间并非为人员持续停留而设计,内部空气状况也可能与外界大不相同。楼梯间、开口、隔墙、梁和风管会使同一空间内的气体浓度并不均匀。炉具已经熄灭也不代表安全。余火和高温燃料仍可能继续产生气体,而已经生成的气体会滞留在覆盖膜下方和低处。
韩国职业安全健康公团的混凝土养护作业场所CO中毒案例强调,进入使用褐煤的养护场所之前,必须测量一氧化碳等有害气体浓度。该公团的建设工程安全健康实务资料也在介绍褐煤养护期间有毒气体致窒息案例的同时,提出通风、测量氧气与气体浓度,并在管理监督人员指挥下进入。现场工作的出发点不应是“养护”这一工序名称,而应是“燃烧燃料且通风不良的空间”这一危险情景。
完全燃烧产生的CO₂与不完全燃烧产生的CO必须同时管理
含碳燃料在氧气供应充足的情况下完全燃烧,主要生成CO₂和水。但在被覆盖膜围住的空间内,如果氧气供应减少、燃烧器受到污染、燃料与空气比例不当,或火焰接触冰冷表面,不完全燃烧就会增多并可能产生CO。褐煤、木炭等燃烧状态不稳定的固体燃料尤其需要警惕。LPG或煤油设备也不会仅仅因为是“清洁燃料”就消除CO风险。设备故障、维护不良与通风不足叠加时,就会产生CO。
CO₂和CO不能相互替代测量。CO₂浓度高可能是燃烧废气积聚和通风不足的线索,但不能据此计算CO浓度。即使某一测点的CO浓度低,也不能排除其他区域存在CO₂积聚或缺氧。因此,养护空间至少需要能够分别检测氧气(O₂)、可燃气体(%LEL)、CO和CO₂的仪器配置。还应根据褐煤、木炭、煤油的使用条件和现场风险评估,考虑其他燃烧产物。不要误以为标准4气体检测仪能够测量CO₂,应通过设备规格和校准气体确认仪器是否确实配有NDIR等CO₂专用传感器。
CO₂并非单纯的氧气置换气体
CO₂相对密度高于空气,可能积聚在通风不良的低处。大量进入时还会产生置换效应,降低空气中的氧气比例。但氧气测量值正常并不代表CO₂安全,因为CO₂本身会刺激呼吸,引起头痛、眩晕、呼吸困难和判断力下降,高浓度下还可能导致意识丧失乃至死亡。反过来,如果只测量CO₂,也可能漏掉缺氧和CO中毒风险。
NIOSH《CO₂袖珍指南》将CO₂描述为无色无味气体,并给出建议暴露限值:8小时5,000 ppm、短时间30,000 ppm,IDLH为40,000 ppm。这些数值是用于选择呼吸防护用品和开展职业暴露评估的美国标准。判断韩国境内受限空间是否允许进入时,应适用韩国标准。韩国职业安全健康公团的受限空间核心安全守则将适宜空气规定为氧气不低于18%且低于23.5%、CO₂低于1.5%、CO低于30 ppm、硫化氢低于10 ppm。不能在NIOSH暴露限值与韩国适宜空气标准之间任选其一,而应明确区分适用法规和作业许可标准,并设计更严格的现场报警值。
通风不是为了启动炉具而附带进行的作业
最安全的办法是将养护热源由燃烧式改为电加热、热水或间接加热等不会让废气进入作业空间的方式。如果不得不使用燃烧设备,应遵守制造商规定的用途和安装条件,并尽可能将燃烧部位和排气口设在保温养护区域外。让直燃式加热器和桶式炉的废气排入塑料膜内,只在人员进出时通风,等于在持续开启污染源的同时仅仅稀释后果。
机械通风应形成向空间供应洁净室外空气、把污染空气排放到安全地点的气流。如果将送风机进气口设在炉具排气口、车辆尾气或发电机附近,反而会把CO和CO₂送入空间。风管末端不能只停留在出入口附近,而应让新鲜空气抵达死角和低处;排风侧则应避免新鲜空气直接排出而形成短路。应综合空间形状、发生量、风量和风管损失确定所需通风量,并根据实际浓度趋势验证性能。“通风几分钟”之类的固定时间并不适用于所有空间。
通风后必须重新测量。作业期间加热器状态、风、覆盖膜和出入口都会变化,因此连续监测是基本要求。应将断电报警与行动标准联动,确保通风装置停止或报警响起时立即撤离。OSHA建筑业受限空间标准1926.1204要求进入前确认允许条件,按照氧气—可燃性—毒性的顺序检测,对作业区域进行持续监测,并安排外部监护人员。通风不能取代测量,测量也不能取代消除污染源。
检测仪和固定式传感器应安装在哪里
不能仅凭“CO₂比空气重”这一句话,就认为在地面安装一只传感器已经足够。高温废气最初会上升,并会受送风机、温差、人员移动和隔墙影响而混合,或困在特定的气袋中。CO的密度与空气相近,可能扩散到整个空间。保温覆盖膜内部的实际气流远比简单的分层结构复杂。
进入前的远程采样应从外部进行,避免测量人员的头部和呼吸器官进入开口内侧。应检查上部、中部、下部、炉具周围、死角、作业人员呼吸高度和预计行进路线。使用泵吸式检测仪时,应等待足够长的时间,覆盖由软管长度产生的输送时间和传感器响应时间,并检查过滤器是否被水滴或粉尘堵塞。NIOSH受限空间指南建议使用经校准的仪器检测上、中、下各层全部区域,发现不利大气条件时,应先通风后再进入。OSHA的大气检测程序附录规定,在可能存在分层的向下进入过程中,应沿行进方向以及左右约1.22 m范围分步检测,并根据仪器的响应速度推进。
固定式传感器不应只设在一个代表性测点,而应围绕危险源布置。可考虑在低处滞留区设置CO₂传感器,在炉具与作业区之间及呼吸高度设置CO传感器;在通风进气与排气位置设置能够区分通风性能和外部污染进入的传感器。作业人员应在呼吸区域佩戴个人多气体检测仪。这样由固定式传感器监测空间,个人检测仪补充监测作业人员的实际暴露。安装后应通过烟雾试验或风速测量确认气流,并确保保温覆盖膜外的监护人员也能听到和看到报警。所有传感器均需在使用前进行功能测试(bump test),按制造商规定周期校准,检查电池和采样泵,并保存记录。
进入许可不是浓度数字的一行记录
如果养护区域已被评估为受限空间,进入前的作业许可证应记录空间和作业内容、燃料与加热器的种类及数量、预期气体、隔离措施、通风方式、测量位置与时间及实测值、测量人员、允许标准、进入人员与监护人员、通信方式、撤离条件和救援方法。补充燃料、调整覆盖膜、抹面、检查强度等短时作业也不例外。“进去一下就回来”的行为,往往会造成第一个倒下的人。
执行顺序可以整理如下。
确认燃烧设备和燃料,尽可能停用、移除或更换为外排废气型设备。
阻止未经许可的人员进入,并在入口标明窒息、CO中毒风险及负责人。
在外部使用经校准的仪器测量上、中、下各层的O₂、%LEL、CO和CO₂,并记录实测值。
用洁净空气进行机械通风后,在相同测点重新测量。任何一项超出标准时均不得进入。
确认允许条件后,由管理监督人员批准;在配有外部监护人员的情况下,仅允许携带个人检测仪和通信设备的作业人员进入。
作业期间持续测量;出现浓度升高、通风停止、加热器异常、通信中断或作业条件变化时,所有人员立即撤离。
作业结束后核对人员,终止许可,并将报警和异常测量值移交给下一班组以及总包方和协作单位。
只有在有资料证明通风能够持续维持安全条件,并且通风中断时作业人员可以安全逃生的情况下,才可考虑仅以通风控制危险大气的简化程序。不能仅因首次测量值低就解除许可要求。重新启动加热器、关闭覆盖膜或空间布局发生变化时,必须重新开始风险评估和许可程序。
救援必须事先规划,不能由同事临时贸然进入
暴露于CO₂或CO的人员可能在察觉危险之前就失去判断力和行动能力。同事看到作业人员倒下后,若未携带检测仪和呼吸防护用品就进入,会导致连续伤亡。监护人员的职责不是亲自进入救援,而是持续确认进入人员的状态,在异常时下令撤离并联系救援队。应尽可能在作业前设置安全带、救生绳、三脚架等非进入式救援装置。如果因空间形状必须实施进入式救援,则应事先配备能在该空间实际开展救援的受训队伍、正压式空气呼吸器或适当的供气式防护用品,以及后备救援人员。防毒面具不能供氧,因此不是用于缺氧或浓度未知IDLH大气环境的救援装备。
要点总结
要准确管理混凝土养护空间的CO₂风险,必须先厘清化学原理。普通水泥水化是水与水泥反应生成固体水化产物的过程,并不是释放CO₂的反应。冬季覆盖膜内的CO₂主要来自燃烧式热源完全燃烧后的废气;在相同条件下发生不完全燃烧时,还可能同时产生致命的CO。CO₂不仅会置换氧气,本身也具有毒性,因此不能只测量O₂。
安全养护需要将无废气热源的选择、洁净室外空气的机械通风、对上中下各层及作业人员呼吸区域的O₂、%LEL、CO和CO₂测量、作业期间持续监测、书面进入许可、外部监护人员以及非进入式救援计划整合为一个体系。气味、火焰状态、短时间停留或过去没有发生事故的经验,都不能证明安全条件。如果测量值、通风性能和许可条件尚未确认,不进入才是唯一正确的判断。

