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(guó)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(jiǎn)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(cè)法及混凝土棱柱體法，其中砂漿棒快速檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量測(cè)量試件的基準(zhǔn)長(zhǎng)度、養(yǎng)護(hù)時(shí)的長(zhǎng)度，分別測(cè)出3d、7d、14d齡期時(shí)（從測(cè)基長(zhǎng)后算起）觀測(cè)長(zhǎng)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(zhǎng)觀測(cè)齡期至28d等進(jìn)行綜合評(píng)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(cè)量試件的基準(zhǔn)長(zhǎng)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(cè)基長(zhǎng)后算起）分別取出觀測(cè)長(zhǎng)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(cè)試水泥混凝土的堿活性抑制率 表1

3.1 砂漿棒快速檢測(cè)法測(cè)試堿活性抑制情況

使用砂漿棒快速檢測(cè)法，粉煤灰相對(duì)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(cè)及抑制試驗(yàn)結(jié)果 表2

3.2 混凝土棱柱體法測(cè)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(chǎng)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(chǎng)-0、采石場(chǎng)-20、采石場(chǎng)-25和采石場(chǎng)-30。

由試驗(yàn)結(jié)果可以得出：由壩肩-0和采石場(chǎng)-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(píng)價(jià)界線，因此評(píng)定壩肩和采石場(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(duì)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(zhǎng)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(jí)粉煤灰。

4 效果評(píng)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(duì)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(guó)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(guó)水利水電出版社，2006.

[4]專利號(hào)2014102098.9：抑制水泥混凝土堿活性的方法[P].