關(guān)于骨料堿活性規(guī)范中存在的問題及淺見

張建均

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091)

所謂堿活性是指混凝土中的堿與骨料中的活性礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其結(jié)果是導(dǎo)致混凝土發(fā)生膨脹、開裂甚至破壞的特征。根據(jù)骨料所含活性物質(zhì)的不同可以分為堿-硅酸鹽反應(yīng)活性骨料和堿-碳酸鹽反應(yīng)活性骨料，而在實(shí)際工程中則以堿-硅酸鹽反應(yīng)為多數(shù)。堿-硅酸鹽反應(yīng)活性骨料是指含有非晶體或結(jié)晶不完整的二氧化硅在適當(dāng)條件下可能產(chǎn)生堿-骨料反應(yīng)的骨料。筆者以堿-硅酸鹽反應(yīng)為例闡述了關(guān)于骨料堿活性規(guī)范中存在的問題。

1 膠凝材料含堿量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不一致

水泥的含堿量均以0.658×K2O+Na2O表示，其中水泥、外加劑中所含的堿均為有效含堿量，其中硅灰、渣粉中含堿量的50%為有效含堿量，但對(duì)粉煤灰中含堿量的計(jì)算卻不一致，其中《國砂規(guī)》、《建砂規(guī)》中粉煤灰中含堿量的1/6為有效含堿量，但《水砂規(guī)》中粉煤灰中含堿量的1/5為有效含堿量，雖然差別不大，但《水砂規(guī)》要求更嚴(yán)格一些，不便于現(xiàn)場(chǎng)操作。

2 混凝土總含堿量標(biāo)準(zhǔn)不一致

《國砂規(guī)》對(duì)骨料無活性且處于干燥環(huán)境條件下的混凝土構(gòu)件要求其含堿量不應(yīng)超過3.5 kg/m3，當(dāng)設(shè)計(jì)使用年限為100年時(shí)，混凝土的含堿量不應(yīng)超過3 kg/m3。

對(duì)骨料無活性但處于潮濕環(huán)境(相對(duì)濕度≥75%)條件下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其含堿量不應(yīng)超過3 kg/m3。

對(duì)骨料有活性且處于潮濕環(huán)境(相對(duì)濕度≥75%)條件下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土含堿量并摻加礦物摻合料。

《建砂規(guī)》對(duì)于有預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)設(shè)計(jì)要求的工程，宜摻用適量粉煤灰或其它礦物摻合料，混凝土中最大含堿量不應(yīng)大于3 kg/m3。

《公路規(guī)》除應(yīng)對(duì)由各種組成材料帶入混凝土的含堿量進(jìn)行控制外，尚應(yīng)控制混凝土的總含堿量，其每m3的總含堿量對(duì)一般橋涵來講不宜大于3 kg/m3，對(duì)特大橋、大橋和重要橋梁不宜大于1.8 kg/m3;當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于嚴(yán)重侵蝕的環(huán)境時(shí)，不得使用有堿活性反應(yīng)的集料。

對(duì)比上述描述不難發(fā)現(xiàn)，四家標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定有相似之處，但也有很多細(xì)節(jié)不同，如:國際上對(duì)混凝土的安全含堿量問題仍有爭(zhēng)議:新西蘭水泥和混凝土協(xié)會(huì)規(guī)定混凝土的總含堿量低于2.5 kg/m3是安全的。英國交通部和水泥學(xué)會(huì)都認(rèn)為混凝土的總含堿量控制在3 kg/m3以下是安全的。國際材料聯(lián)合會(huì)(RILEM)2003年4月提出的《減少混凝土中堿-骨料反應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)》草案中，對(duì)于不同的活性骨料提出了不同的總含堿量限制:對(duì)于中等活性骨料，混凝土總含堿量的限制為3 kg/m3或3.5 kg/m3;對(duì)于高活性骨料，混凝土總含堿量的限制為2.5 kg/m3。筆者認(rèn)為:應(yīng)根據(jù)骨料堿活性試驗(yàn)指標(biāo)值(應(yīng)采用同樣的試驗(yàn)方法)的大小提出不同的安全含堿量指標(biāo)，而且應(yīng)與工程本身的等級(jí)、重要性和使用環(huán)境有關(guān)，不能一概而論。

混凝土中產(chǎn)生堿-集料反應(yīng)一般認(rèn)為有三個(gè)必備條件:骨料具有堿活性、混凝土中總含堿量大于安全水平、結(jié)構(gòu)處在足夠濕度的環(huán)境中。但《國砂規(guī)》對(duì)骨料無堿活性反應(yīng)也對(duì)水泥明確提出了含堿量的要求，這是否有必要探討呢。當(dāng)然，混凝土總含堿量過高會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生其它影響。而《水砂規(guī)》提出的是在骨料具有堿活性反應(yīng)的前提條件下的標(biāo)準(zhǔn)?！豆飞耙?guī)》關(guān)于水泥含堿量的規(guī)定缺少前提條件，根據(jù)堿-集料反應(yīng)三個(gè)必備條件，筆者認(rèn)為其總含堿量指標(biāo)的隱含條件是使用堿活性骨料。三種規(guī)范雖然數(shù)值均在2～3.5 kg/m3，但實(shí)際意義相去甚遠(yuǎn)。

《通用硅酸鹽水泥》(GB 175－2007)中所示的含堿量(選擇性指標(biāo)):“水泥中含堿量按Na2O+0.658K2O計(jì)算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中的含堿量應(yīng)不大于0.6%或由買賣雙方協(xié)商確定?！彼嘀械暮瑝A量不大于0.6%即為低堿水泥，粉煤灰的含堿量為2.5%。而橋梁混凝土的強(qiáng)度等級(jí)會(huì)達(dá)到C40以上，而且橋梁規(guī)模越大，混凝土強(qiáng)度等級(jí)會(huì)越高，其膠凝材料用量一般在450 kg以上。根據(jù)《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ 146－1990)，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土粉煤灰摻量不宜超過膠結(jié)料重量的15%，故混凝土總含堿 量 為:450×0.85×0.6%+450 ×0.15 × (2.5% ÷5)=2.63(kg)(不含外加劑、拌和用水等帶入的含堿量)。綜上所述，根據(jù)目前常規(guī)的生產(chǎn)水平是很難達(dá)到《公路規(guī)》中規(guī)定的特大橋、大橋和重要橋梁混凝土的總含堿量不大于1.8 kg/m3的標(biāo)準(zhǔn)，若要達(dá)到上述指標(biāo)，需要采用含堿量更低的水泥或高摻其它低含堿量摻和料。

3 骨料堿活性試驗(yàn)方法不同

堿-硅酸鹽反應(yīng)試驗(yàn)主要采用兩種方法:一種是砂漿棒快速法;一種是砂漿長(zhǎng)度法。前者是試樣在80℃ ±2℃、1 moL/L的氫氧化鈉溶液中浸泡14 d以初步檢驗(yàn)硅質(zhì)骨料與混凝土中堿產(chǎn)生潛在反應(yīng)的危害性，該方法不適合于堿碳酸鹽反應(yīng)活性骨料。當(dāng)14 d膨脹率小于0.10%時(shí)，可判定為無潛在危害;當(dāng)14 d膨脹率大于0.2%時(shí)，可以判定為潛在危害;當(dāng)14 d膨脹 率 小 于0.1～0.2%時(shí)，按后者進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)，即用高堿水泥制成試樣在40℃ ±2℃條件下養(yǎng)護(hù)6個(gè)月，并測(cè)定不同齡期試體長(zhǎng)度變化。當(dāng)半年膨脹率小于0.1%時(shí)(若無半年膨脹率資料時(shí)，3個(gè)月膨脹率小于0.05%時(shí))，判定為無潛在堿-硅酸反應(yīng)危害。否則，則判定存在潛在堿－硅酸反應(yīng)危害。

《國砂規(guī)》砂漿棒快速法:采用符合GB 175規(guī)定的硅酸鹽水泥，水泥中不得有結(jié)塊并在保質(zhì)期內(nèi);砂漿長(zhǎng)度法:采用含堿量(以Na2O計(jì)，即0.658×K2O+Na2O)大于 1.2%的高堿水泥，低于此值時(shí)，摻濃度為10%的Na2O溶液，將含堿量調(diào)至水泥量的1.2%。

《建砂規(guī)》砂漿棒快速法:水泥為符合GB175規(guī)定的普通硅酸鹽水泥，水泥中不能有結(jié)塊并在保質(zhì)期內(nèi);砂漿長(zhǎng)度法:在做一般骨料活性鑒定時(shí)，應(yīng)使用高堿水泥，含堿量為1.2%;低于此值時(shí)，摻濃度為10%的氫氧化鈉溶液，將含堿量調(diào)至水泥量的1.2%;對(duì)于具體工程而言，當(dāng)該工程擬用水泥的含堿量高于此值時(shí)，則應(yīng)采用工程所使用的水泥。

《水砂規(guī)》砂漿棒快速法:使用硅酸鹽水泥，用GB/T 750檢驗(yàn)，該水泥壓蒸膨脹率應(yīng)小于0.2%，水泥含堿量為0.9% ±0.1%。砂漿長(zhǎng)度法:水泥含堿量為1.2%，低于此值時(shí)可摻濃度為10%的NaOH溶液，將系統(tǒng)的含堿量調(diào)至水泥量的1.2% ±0.005%;對(duì)于具體工程，如該工程擬用水泥含量高于此值，則使用該種水泥試驗(yàn)。

《公路砂規(guī)》砂漿長(zhǎng)度法:檢定一般集料活性時(shí)，應(yīng)使用含堿量高于0.8%的硅酸鹽水泥。對(duì)于具體工程，如使用幾種水泥，對(duì)于含堿量大于0.6%的水泥均應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)。

砂漿棒快速法:《國砂規(guī)》、《建砂規(guī)》在砂漿棒快速法中對(duì)所用水泥的要求一樣，沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，《水砂規(guī)》砂漿棒快速法對(duì)所用水泥的含堿量和膨脹率都做出了具體的要求。

《國砂規(guī)》、《建砂規(guī)》、《水砂規(guī)》在砂漿長(zhǎng)度法中均要求水泥的含堿量為1.2%，《公路砂規(guī)》要求水泥的含堿量為0.8%;同時(shí)，《建砂規(guī)》、《水砂規(guī)》還要求如該工程擬用水泥含量高于此值，則用該種水泥試驗(yàn)。除《公路砂規(guī)》外，前三家規(guī)范均未對(duì)水泥的含堿量提出要求;同時(shí)，四家的規(guī)范對(duì)水泥的膨脹率均沒有作出具體要求，而這兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)可能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大，甚至有誤判的可能，這也可能正是前面提到的含堿指標(biāo)沒有根據(jù)堿活性指標(biāo)的高低來確定的原因。筆者認(rèn)為:很有必要對(duì)水泥的含堿量和膨脹率制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

《公路集料規(guī)》中只采用砂漿長(zhǎng)度法，而該法試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，一般情況下為半年，特殊情況下至少也要3個(gè)月。但工程施工不同于科研項(xiàng)目，施工階段一般情況下沒有充足的時(shí)間去進(jìn)行試驗(yàn)論證，故具備砂漿棒快速法是必須的。

4 結(jié)語

綜上所述，由于膠凝材料含堿量計(jì)算、總含堿量標(biāo)準(zhǔn)、堿活性試驗(yàn)方法在各行業(yè)存在較大差異，且有的要求有待商榷，在實(shí)際操作中會(huì)有一定的難度，希望在今后的規(guī)范修訂中能盡量完善和統(tǒng)一所存在的問題，以方便操作。