如何有效抑制混凝土堿活性

張秀軍，鄭碧水 （安徽水利，安徽 蚌埠 233000）

0 前 言

混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合材和水中的堿（Na2O或K2O）與骨料中的活性成分在混凝土澆筑成型后若干年（數(shù)年至二、三十年）后發(fā)生的反應(yīng)，反應(yīng)生成物吸水膨脹使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，膨脹開裂、導(dǎo)致混凝土失去設(shè)計(jì)性能，特別是關(guān)系國計(jì)民生的水利工程，將會(huì)為社會(huì)帶來不可估量的損失。

目前，在混凝土中摻入適量的含有活性SiO2的礦物細(xì)摻料能夠使混凝土中的堿骨料反應(yīng)完全得到抑制，常用的礦物細(xì)摻料為硅粉、沸石粉、礦渣粉、磷礦粉、外加劑等，硅粉摻入量為5%～10%時(shí)，混凝土膨脹量可降低10%～20%；磨細(xì)粉摻入量大于60%時(shí)，混凝土膨脹量可降低75%，但是混凝土膨脹量還是難以滿足有些建筑工程的抑制需要。

1 抑制堿活性的方法探討

本文所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡單、成本低廉、抑制效果好的抑制水泥混凝土堿活性的方法。

為解決上述技術(shù)問題，提供一種抑制水泥混凝土堿活性的方法：在水泥混凝土攪拌時(shí)，加入粉煤灰均勻攪拌，所述粉煤灰的質(zhì)量占粉煤灰與水泥質(zhì)量之和的20%～30%。

采用上述方法，使用粉煤灰代替原有的礦物細(xì)摻料，不僅降低成本，而且粉煤灰方便獲取，按照粉煤灰的質(zhì)量占粉煤灰與水泥質(zhì)量之和的20%～30%情況下攪拌成型的水泥混凝土，具有很好的骨料堿活性抑制效果，抑制率在90%以上。

2 判斷原材料堿活性

采用試驗(yàn)法進(jìn)行判斷，主要采取試驗(yàn)方法有砂漿棒快速檢測法及混凝土棱柱體法，其中砂漿棒快速檢測法實(shí)驗(yàn)周期為28d，混凝土棱柱體法周期為1年。實(shí)際操作過程中可先期采用砂漿棒法檢測堿活性膨脹量并提出初步抑制措施，然后根據(jù)混凝土棱柱體法進(jìn)行驗(yàn)證并提出修正措施，確保工程質(zhì)量。

2.1 砂漿棒快速檢測法

準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用原材料,制作砂漿試件（規(guī)格為25.4mm×25.4mm×285mm）,砂漿試件成型后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24h,拆模，測量初始讀數(shù)并在1mol/L NaOH溶液的養(yǎng)護(hù)盒中外加80℃的烘箱中養(yǎng)護(hù)24h；然后測量測量試件的基準(zhǔn)長度、養(yǎng)護(hù)時(shí)的長度，分別測出3d、7d、14d齡期時(shí)（從測基長后算起）觀測長度的變化，根據(jù)規(guī)范《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL 352-2006）中骨料堿活性檢驗(yàn)（砂漿棒快速法）的規(guī)定：砂漿試件14d膨脹率小于0.1%，則骨料為非活性的；砂漿試件14d膨脹率大于0.2%，則骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料；砂漿試件14d膨脹率在0.1%～0.2%之間的，需采用多種輔助方法，并延長觀測齡期至28d等進(jìn)行綜合評定。

2.2 混凝土棱柱體法

準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用原材料，制作混凝土棱柱體試件（尺寸規(guī)格為75mm×75mm×275mm），養(yǎng)護(hù)24h拆模，測量試件的基準(zhǔn)長度；38℃的混凝土（水泥）養(yǎng)護(hù)箱中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，至1周、2周、4周、8周、13周、18周、26周、39周和52周齡期時(shí)（從測基長后算起）分別取出觀測長度的變化。

根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 5151－2001）中關(guān)于骨料堿活性檢驗(yàn)（混凝土棱柱體試驗(yàn)方法）的規(guī)定：當(dāng)試件1年的膨脹率大于或等于0.04%時(shí)，則判定為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料；膨脹率小于0.04%則判定為非活性骨料。

3 摻加不同配量的粉煤灰，控制膨脹量，抑制堿活性情況

下面結(jié)合具體實(shí)施方式來介紹抑制水泥混凝土堿活性的方法。

砂漿棒快速法測試水泥混凝土的堿活性抑制率 表1

3.1 砂漿棒快速檢測法測試堿活性抑制情況

使用砂漿棒快速檢測法，粉煤灰相對粉煤灰和水泥的摻量為0%、20%、25%、30%抑制混凝土堿活性,并以第1組為參照，各組的抑制率見表1。

由上述試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，粉煤灰的質(zhì)量占粉煤灰與水泥質(zhì)量之和的比值越小，抑制水泥混凝土的堿活性效果越差；在一定范圍內(nèi)粉煤灰的質(zhì)量占粉煤灰與水泥質(zhì)量之和的比值越大，抑制水泥混凝土的堿活性效果越好。

骨料樣品混凝土棱柱體試驗(yàn)法堿活性檢測及抑制試驗(yàn)結(jié)果 表2

3.2 混凝土棱柱體法測試堿活性抑制情況

分別在某工程項(xiàng)目地的壩肩和采石場兩個(gè)地方采集砂石作為水泥混凝土的骨料見表2，并將上述兩個(gè)地方的砂石分別均勻分成4組,分別為壩肩-0、壩肩-20、壩肩-25、壩肩-30、采石場-0、采石場-20、采石場-25和采石場-30。

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出：由壩肩-0和采石場-02種骨料樣品制成的混凝土棱柱體1年（52w）的膨脹率分別為0.100%和0.086%，達(dá)到0.04%的評價(jià)界線，因此評定壩肩和采石場兩種骨料樣品均為具有潛在害性反應(yīng)的活性骨料；分別在壩肩和采石場兩種骨料樣品摻入適量粉煤灰后，可起抑制骨料堿活性的作用，且抑制效果非常顯著。

3.3 混凝土摻加粉煤灰與強(qiáng)度之間的關(guān)系

選取相同的水泥混凝土原料并配合不同摻量的粉煤灰，制得7組水泥混凝土試樣，并檢測試樣的抗壓強(qiáng)度，粉煤灰摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3

由上述試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，粉煤灰的質(zhì)量占粉煤灰與水泥質(zhì)量之和的比值越小，短期內(nèi)水泥混凝土強(qiáng)度越大，但是抑制水泥混凝土的堿活性效果越差；在一定范圍內(nèi)粉煤灰的質(zhì)量占粉煤灰與水泥質(zhì)量之和的比值越大，短期內(nèi)水泥混凝土強(qiáng)度越小，但是抑制水泥混凝土的堿活性效果越好。

實(shí)驗(yàn)得出在粉煤灰的質(zhì)量占粉煤灰與水泥質(zhì)量之和的20%～30%的范圍內(nèi),既能滿足對水泥混凝土抗壓強(qiáng)度的要求又能保證抑制水泥混凝土堿活性的效果，而且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土成型后一段時(shí)間（1年后）強(qiáng)度增長應(yīng)很明顯。

一般情況下，粉煤灰較其他礦物摻合料普遍，價(jià)格便宜，運(yùn)輸費(fèi)用低。水泥混凝土摻入粉煤灰，減少了水泥用量，降低了工程成本。合理選擇粉煤灰摻量有利于改善或提高混凝土的和易性、水化熱溫升、后期強(qiáng)度、耐久性以及抗裂性等性能。

上述粉煤灰都為市售的二級粉煤灰。

4 效果評價(jià)及其他

4.1 目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況

分別混凝土配合比中摻入20%和30%的粉煤灰后，可起抑制骨料堿活性的作用，且抑制效果非常顯著。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

單以某水電站大壩樞紐工程2009年12月至2012年2月澆筑完成的混凝土13萬m3計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益：材料節(jié)省20%水泥用量為20%×220kg/m3×130000 m3×(水泥單價(jià)0.450元-粉煤灰單價(jià)0.100元)=200.2萬元。

另外，通過摻加粉煤灰抑制的混凝土堿活量，大大降低了大壩因內(nèi)部應(yīng)力作用發(fā)生質(zhì)量事故的可能性，效果十分顯著。

4.3 無形收獲

合理選擇粉煤灰摻量有利于改善或提高混凝土的和易性、水化熱溫升、后期強(qiáng)度、耐久性以及抗裂性等性能。

4.4 鞏固措施及標(biāo)準(zhǔn)化

加強(qiáng)工程質(zhì)量策劃工作，每項(xiàng)工程開工前應(yīng)針對不同工程用原材料、骨料進(jìn)行必要的化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)有潛在堿活性危害時(shí)，需結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r摻加一定抑制堿活物質(zhì)，確保每項(xiàng)工程構(gòu)筑物安全。

結(jié)合不同工程特點(diǎn)，制訂新的工藝流程，明確施工方式。

建立混凝土堿活性“檔案庫”，繪制不同工程堿活性發(fā)生機(jī)率，提出不同的抑制措施。

[1]重慶中壩子水庫電站混凝土配合比及性能試驗(yàn)研究成果報(bào)告[R].

[2]DL/T 5151－2001，水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2001.

[3]SL 352-2006,水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

[4]專利號2014102098.9：抑制水泥混凝土堿活性的方法[P].