張秀軍,鄭碧水 (安徽水利,安徽 蚌埠 233000)
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
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。
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].