P C C P管芯混凝土抑制堿活性效能試驗(yàn)研究

朱興廣

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110003）

P C C P管芯混凝土抑制堿活性效能試驗(yàn)研究

朱興廣

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽(yáng)110003）

通過(guò)對(duì)骨料堿活性的檢測(cè)，疑似堿活性骨料的抑制效能分析，微觀形貌觀察印證等方法，達(dá)到了正確選擇原材料和抑制堿活性的目的，為解決混凝土的堿骨料反應(yīng)，提供積極、有效的方法，為類似工程提供有價(jià)值的借鑒。

P C C P管芯混凝土；骨料堿活性；檢測(cè)；試驗(yàn)

1 概述

堿-硅酸反應(yīng)骨料在我國(guó)廣泛存在，由于其反應(yīng)發(fā)生在混凝土內(nèi)部，破壞既難以預(yù)防，又難以阻止，更不易補(bǔ)救和挽救，被稱為混凝土的“不治之癥”。遼寧省某重點(diǎn)工程，修建一條輸水管線，需要使用大量的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，P C C P管芯混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C 60，最大工作壓力為1.6MP a，混凝土坍落度要求7～110m m，混凝土總堿含量不超過(guò)2.5kg/m3，混凝土抗?jié)B等級(jí)不低于p10，氯離子含量不超過(guò)0.06%。

由于該工程穿越堿—硅酸反應(yīng)骨料地區(qū)，為預(yù)防P C C P管芯混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)，產(chǎn)生有害膨脹影響輸水管線的耐久性和使用壽命，在生產(chǎn)前，對(duì)全線11家骨料的堿活性進(jìn)行鑒定，2個(gè)水泥廠家生產(chǎn)的52.5低堿普通硅酸鹽水泥、2個(gè)粉煤灰生產(chǎn)廠家的F類I級(jí)粉煤灰中疑似堿活性骨料抑制措施的有效性進(jìn)行試驗(yàn)研究，以指導(dǎo)管道混凝土、保護(hù)層砂漿等原材料的選用，為管芯混凝土生產(chǎn)配合比提供科學(xué)的依據(jù)。

2 抑制材料選擇

國(guó)家、行業(yè)和地方建設(shè)管理部門發(fā)布的“預(yù)防工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)定”各有不同，為了抑制堿—硅酸反應(yīng)帶來(lái)的有害膨脹，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定需摻加20%以上的粉煤灰、30～50%磨細(xì)礦渣粉、10%硅灰，此外，也可以摻加鋰鹽，但是鋰鹽價(jià)格很貴。本著經(jīng)濟(jì)合理、就地取材的原則，本試驗(yàn)選用沿線較近的2個(gè)粉煤灰生產(chǎn)廠家的F類I級(jí)粉煤灰做為抑制材料。

3 檢測(cè)、鑒定骨料的堿活性

對(duì)全線11個(gè)骨料廠，其中7個(gè)粗骨料，4個(gè)細(xì)骨料，根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）中規(guī)定的巖相法、快速砂漿棒法對(duì)各個(gè)料場(chǎng)骨料進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 鑒定原則

首先采取巖相法對(duì)骨料堿活性成分鑒定。加工樣品薄片，通過(guò)偏光顯微鏡對(duì)骨料堿活性成分進(jìn)行鑒定，并按以下原則：

（1）鑒定結(jié)果無(wú)堿活性成分時(shí)，視為可用，不再進(jìn)一步進(jìn)行其它的堿活性檢驗(yàn)工作。

（2）鑒定結(jié)果為堿碳酸鹽反應(yīng)骨料時(shí)，直接判定該骨料不可用，不再進(jìn)一步進(jìn)行其它的堿活性檢驗(yàn)工作。

（3）鑒定結(jié)果為含有堿活性成分時(shí)，采取快速砂漿棒法進(jìn)一步檢測(cè)。

3.2 快速砂漿棒法判定準(zhǔn)則

（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果膨脹率＜0.1%時(shí)，視為不具堿活性，不再進(jìn)行其它的堿活性檢驗(yàn)工作。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果膨脹率＞0.2%時(shí)，視為堿活性骨料，直接判定該骨料不可用，不再進(jìn)行其它的堿活性檢驗(yàn)工作。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果膨脹率0.1～0.2%時(shí)，視為疑似活性骨料，進(jìn)行抑制效能檢驗(yàn)。

11個(gè)骨料廠堿活性檢驗(yàn)試驗(yàn)方法執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006），檢測(cè)結(jié)果編號(hào)為4、5號(hào)的碎石和8號(hào)的中砂為潛在堿活性，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 堿活性檢驗(yàn)結(jié)果

4 抑制性能試驗(yàn)及結(jié)果分析

目前，國(guó)內(nèi)可采用的骨料堿活性抑制效能試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）、《預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)范》（G B/T 50733-2011）和《鐵路混凝土》（T B/T3275-2011）。從試用效果看，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都可以用來(lái)評(píng)價(jià)粉煤灰和外加劑對(duì)活性骨料的堿活性抑制效能。其中水利標(biāo)準(zhǔn)適用于單獨(dú)評(píng)價(jià)水泥或摻合料，沒(méi)有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水泥和摻合料同時(shí)使用的情況進(jìn)行規(guī)定。國(guó)標(biāo)和鐵路標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥和摻合料、骨料等材料的綜合作用有相應(yīng)的規(guī)定。所以第一步采用水利標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)考察每種水泥和粉煤灰是否有抑制效能，為混凝土工程篩選出對(duì)堿活性具有抑制作用的材料；第二步采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和鐵路標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥和摻合料、骨料等材料的綜合抑制效果進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)價(jià)，最終推選適合該工程的原材料和抑制堿活性材料的摻量。

4.1 依據(jù)水工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抑制效能試驗(yàn)

分別采用A廠、B廠52.5低堿普通硅酸鹽水泥進(jìn)行試驗(yàn)，并與基準(zhǔn)水泥試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，判斷A廠水泥和B廠水泥對(duì)抑制堿骨料的有效性。設(shè)計(jì)試驗(yàn)配比見表2。

基準(zhǔn)水泥：配堿量1%（以N a2O計(jì)），堿含量不足時(shí)，配堿至1%。

基準(zhǔn)骨料：低熱膨脹玻璃砂，按表3配比配料。

表2 原材料抑制效能評(píng)價(jià)試驗(yàn)配比

表3 低熱膨脹玻璃砂級(jí)配比例

（1）水泥抑制效能評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表4。從表中可以看出，A廠、B廠低堿52.5普通硅酸鹽水泥制作的試件，14d齡期膨脹率降低率R e分別為86.9%和82.6%，符合“不小于75%”的規(guī)定；且2種水泥制作的試件14d齡期的膨脹率分別為0.0038%和0.005%，滿足“不得大于0.02%”的規(guī)定。

（2）水泥抑制效能結(jié)論

采用A廠、B廠低堿52.5普通硅酸鹽水泥對(duì)抑制堿—骨料反應(yīng)有效。效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)見表4。

表4 A廠水泥和B廠水泥堿活性抑制效果試驗(yàn)結(jié)果

（3）根據(jù)水工標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在粉煤灰摻量為25%的情況下進(jìn)行抑制效能試驗(yàn)，判斷粉煤灰的抑制效果。

從表5可以看出，F(xiàn)1廠、F2廠F類I級(jí)粉煤灰制作的試件14d齡期膨脹率降低率Re分別為91.3%和87%，符合“不小于75%”的規(guī)定，且56d齡期試件膨脹率分別為0.008%和0.011%，符合“56d齡期的膨脹率小于0.05%”的規(guī)定。

（4）粉煤灰抑制效能結(jié)論

依據(jù)水利標(biāo)準(zhǔn)F1廠和F2廠的粉煤灰，具有抑制堿骨料反應(yīng)的效能，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 F1廠和F2廠粉煤灰抑制堿活性效能試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)以上試驗(yàn)論證得出，采用A廠低堿52.5普通硅酸鹽水泥和B廠低堿52.5普通硅酸鹽水泥、F1廠和F2廠F類I級(jí)粉煤灰分別對(duì)抑制堿—骨料反應(yīng)有效，且符合SL 352-2006標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4.2 依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抑制效能試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中采用G B/T50733-2011和T B/T3275-2011驗(yàn)證水泥、粉煤灰、潛在堿活性骨料、外加劑共同作用下，對(duì)混凝土的影響，選出更適合工程實(shí)際中使用的原材料和粉煤灰的摻量比例。

采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)3個(gè)疑似堿活性骨料的抑制效果進(jìn)行試驗(yàn)，在粉煤灰摻量方面，考慮P C C P制造工藝限制，脫模強(qiáng)度不小于20MP a，纏絲強(qiáng)度不小于42MP a，等工藝要求，以及場(chǎng)地占用、模板周轉(zhuǎn)等因素，管芯混凝土需要有較高的早期強(qiáng)度，粉煤灰的摻量不宜過(guò)高，參考T B/T3275-2011，粉煤灰選擇15%和20%2種情況，聚羧酸高效減水劑摻量選擇0和1.5%，研究抑制堿骨料反應(yīng)。

將疑似活性骨料編號(hào)為4、5號(hào)的碎石和編號(hào)為8號(hào)的中砂制成5kg樣砂，級(jí)配比例見表6，各種原材料配比見表7。

表6 樣砂級(jí)配比例6

表7 各種原材料實(shí)驗(yàn)配比

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

采用3個(gè)料場(chǎng)疑似活性骨料，分別采用A廠和B廠水泥、F1廠和F2廠粉煤灰，聚羧酸減水劑，按不同摻加比例，依據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法和試驗(yàn)步驟制作的試件，采用快速砂漿棒法測(cè)試試件的14d的膨脹率，3個(gè)試件平均值均滿足規(guī)范規(guī)定的小于0.03%的要求，粉煤灰摻量可控制在15%～20%即可?，F(xiàn)場(chǎng)原材料抑制堿骨料效能試驗(yàn)結(jié)果（加減水劑）見表8。

從表8可以看出，混凝土加入聚羧酸減水劑后，混凝土膨脹率雖然依然在規(guī)范范圍內(nèi)，但膨脹率有所增加，其機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。

表8 現(xiàn)場(chǎng)原材料抑制堿骨料效能試驗(yàn)結(jié)果（加減水劑）

6 骨料周邊水化產(chǎn)物外觀形貌分析

快速砂漿棒法測(cè)試完畢后，對(duì)試件進(jìn)行破型，制作顯微觀察薄片，對(duì)骨料與水泥水化產(chǎn)物的界面區(qū)做進(jìn)一步的微觀形貌觀察，從而判斷和驗(yàn)證抑制的效果。

把取自碎石4廠、5廠、中砂8廠制作的14d檢測(cè)堿活性的試樣制成薄片后，做為抑制前試樣，通過(guò)微觀觀察，發(fā)現(xiàn)活性骨料和漿體界面處有堿硅酸凝膠生成，凝膠繞骨料分布，表明骨料發(fā)生了堿硅酸反應(yīng)?？梢娢⒘严?，微裂縫分布骨料中或沿骨料分布，部分微裂縫分布漿體中，連接粗、細(xì)骨料，表明發(fā)生堿硅酸反應(yīng)并產(chǎn)生膨脹。

把取自摻加20%的粉煤灰檢測(cè)抑制效果的試樣制成薄片后，通過(guò)微觀觀察，發(fā)現(xiàn)骨料和漿體界面未見堿硅酸反應(yīng)產(chǎn)物，表明粉煤灰對(duì)堿硅酸反應(yīng)有較好的抑制作用。

7 骨料堿活性鑒定及抑制效能試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過(guò)巖相法和砂漿棒法綜合鑒定，確定非堿活性骨料產(chǎn)地有8處，可以直接用在工程中，3個(gè)產(chǎn)地的骨料具有潛在堿活性，須采取抑制堿活性骨料反應(yīng)的措施后才能使用。

依據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006），采用A、B兩個(gè)水泥廠生產(chǎn)的52.5低堿普通硅酸鹽水泥，不會(huì)產(chǎn)生害堿—骨料膨脹；F1、F2兩個(gè)粉煤灰生產(chǎn)廠家的F類I級(jí)粉煤灰，均具有抑制堿骨料的效能。

依據(jù)《預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)范》（G B/T 50733-2011），采用堿活性骨料、2個(gè)水泥廠家生產(chǎn)的52.5低堿普通硅酸鹽水泥、2個(gè)粉煤灰生產(chǎn)廠家F類I級(jí)粉煤灰，外加劑共同作用，粉煤灰摻加15%和20%時(shí)，對(duì)抑制其堿活性反應(yīng)具有明顯的效果。3處疑似活性骨料，通過(guò)抑制手段，可以用于P C C P混凝土工程。

將3種疑似活性骨料制作的測(cè)試其抑制前和抑制后膨脹率的試件，制成顯微鏡觀察薄片，對(duì)骨料與水泥水化物的界面區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的微觀形貌觀察表明，堿骨料得到了抑制，與快速砂漿棒法的測(cè)試結(jié)果一致，進(jìn)一步印證了抑制效果的有效性。

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表4 研究區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)主成分分析結(jié)果表

3 結(jié)論

通過(guò)主成份分析法在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中運(yùn)用，得出以下結(jié)論：

（1）主成份分析法可消除研究區(qū)各指標(biāo)之間的相關(guān)影響。主成分分析在對(duì)原指標(biāo)變量進(jìn)行變換后形成了彼此相互獨(dú)立的主成分，而且實(shí)踐證明指標(biāo)之間相關(guān)程度越高，主成分分析效果越好。

（2）主成份分析法可減少研究區(qū)指標(biāo)選擇的工作量。主成份分析法在研究區(qū)指標(biāo)選擇上可消除各種相關(guān)影響，所以在研究區(qū)指標(biāo)選擇上相對(duì)簡(jiǎn)便。

（3）主成份分析法當(dāng)評(píng)級(jí)指標(biāo)較多時(shí)可以保留研究區(qū)大部分信息用少數(shù)指標(biāo)替代原指標(biāo)。主成分分析法是按照方差大小依次排列順序的，在分析研究區(qū)問(wèn)題上，可以舍棄一部分主成份，只取前后方差較大的幾個(gè)成分來(lái)替代原變量，大大的減少了計(jì)算的難度與工作量。

（4）主成份分析法的權(quán)數(shù)是客觀、合理的。在研究區(qū)的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)中，各主成份權(quán)數(shù)為其貢獻(xiàn)率，它反映了該主成分包含原始數(shù)據(jù)的信息量占研究區(qū)全部信息的比重，經(jīng)過(guò)這樣確定權(quán)數(shù)是客觀、合理的，它克服了許多水環(huán)境質(zhì)量確定權(quán)數(shù)的缺陷。

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1672-2469（2015）06-0056-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.06.019

朱興廣（1972年—），男，高級(jí)工程師。