烏魯木齊地區(qū)凝灰?guī)r骨料堿活性及抑制措施試驗(yàn)研究

王 航，唐新軍

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052)

烏魯木齊地區(qū)凝灰?guī)r骨料堿活性及抑制措施試驗(yàn)研究

王 航，唐新軍

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052)

烏魯木齊地區(qū)建筑工程面臨因使用凝灰?guī)r骨料而發(fā)生堿骨料反應(yīng)的問題。以砂漿棒快速法為基礎(chǔ)，對(duì)烏魯木齊地區(qū)凝灰?guī)r骨料堿活性進(jìn)行判定；進(jìn)一步分析了單摻礦渣微粉、復(fù)摻粉煤灰和礦渣微粉對(duì)凝灰?guī)r骨料堿活性的抑制效果，并與單摻粉煤灰進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果表明：烏魯木齊地區(qū)凝灰?guī)r骨料具有堿活性；隨著單摻礦渣微粉、復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量的增加，砂漿試件膨脹率降低；單摻礦渣微粉摻量達(dá)到45%，復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量達(dá)到30%時(shí)，即可有效抑制凝灰?guī)r骨料堿活性；在3種抑制措施中，單摻粉煤灰抑制凝灰?guī)r骨料堿活性效果最好，復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉次之，單摻礦渣微粉抑制凝灰?guī)r骨料堿活性效果較差。

凝灰?guī)r；堿活性；膨脹率；粉煤灰；抑制措施

堿骨料反應(yīng)是指混凝土中主要由水泥帶來的Na+、K+與其骨料中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成產(chǎn)物吸水膨脹從而導(dǎo)致混凝土開裂破壞的現(xiàn)象。堿骨料反應(yīng)一般在混凝土成型后的若干年后逐漸發(fā)生，且反應(yīng)發(fā)生在整個(gè)混凝土中，發(fā)生后又難以阻止，更不易修補(bǔ)，故被稱為混凝土的“癌癥”[1-2]。

凝灰?guī)r因含有火山玻璃而被判定為具有潛在堿活性，如珊溪水庫(kù)[3]、曹娥江大閘樞紐工程[4]、浙江寧波[5]、福建福州[6]等地區(qū)的混凝土骨料中均發(fā)現(xiàn)有凝灰?guī)r的存在，并最終被判定具有潛在堿活性。而凝灰?guī)r同樣在新疆地區(qū)廣泛分布，喀臘塑克水庫(kù)[7]、吉林臺(tái)一級(jí)水電站[8]、新疆山口水庫(kù)[9]等工程項(xiàng)目的混凝土骨料中都不同程度的發(fā)現(xiàn)有凝灰?guī)r的存在，尤其烏魯木齊地區(qū)建筑用砂石料被檢測(cè)出主要成分為凝灰?guī)r，其含量約為70%～85%[10-11]。我國(guó)西北地區(qū)生產(chǎn)的水泥含堿量普遍偏高，又使用含堿外加劑[12-13]。在這種情況下，混凝土中采用以凝灰?guī)r為主的砂石骨料，是否會(huì)發(fā)生堿骨料反應(yīng)而引起工程結(jié)構(gòu)破壞，是工程界關(guān)心的問題。

宗永紅[10]分別采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)粉煤灰進(jìn)行了抑制烏魯木齊地區(qū)建筑用砂、石骨料堿活性的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明Ⅰ、Ⅱ級(jí)粉煤灰對(duì)堿活性骨料膨脹性抑制效果良好，不宜采用Ⅲ級(jí)粉煤灰；依巴丹·克那也提[11]針對(duì)烏魯木齊頭屯河區(qū)堿活性骨料，通過《砂、石堿活性快速試驗(yàn)方法》[14](CECS48：1993)方法，分別采用單摻粉煤灰、單摻沸石粉、復(fù)摻粉煤灰和沸石粉進(jìn)行了膨脹性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)摻沸石粉/粉煤灰抑制骨料堿活性的能力優(yōu)于單摻沸石粉或單摻粉煤灰。但是，目前還沒有單摻礦渣微粉及復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉抑制凝灰?guī)r骨料堿活性的相關(guān)研究。為此，本文采用砂漿棒快速法[15]，對(duì)烏魯木齊地區(qū)建筑用砂石骨料中的凝灰?guī)r堿活性進(jìn)行檢測(cè)，并分別采用單摻粉煤灰、單摻礦渣微粉、復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉的措施進(jìn)行抑制凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)，研究上述三種不同措施分別對(duì)凝灰?guī)r骨料堿活性的抑制效果及其有效抑制凝灰?guī)r骨料堿活性時(shí)的合理?yè)搅浚瑸楣こ虒?shí)踐提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

骨料：選用烏魯木齊地區(qū)的凝灰?guī)r粗骨料和含有凝灰?guī)r成分的天然砂。將凝灰?guī)r粗骨料破碎成砂，然后與天然砂分別按表1所示級(jí)配篩分，再按比例摻配。

水泥：為新疆達(dá)坂城區(qū)天山水泥廠生產(chǎn)的P·I 42.5級(jí)硅酸鹽水泥，其堿含量為0.674%(以Na2O+0.658K2O計(jì))，壓蒸膨脹率小于0.02%。

粉煤灰：新疆烏魯木齊地區(qū)某電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。

礦渣微粉：新疆屯河水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的礦渣微粉，其化學(xué)成分見表2。

NaOH：分析純?cè)噭?/p>

表1 砂料級(jí)配表

表2 礦渣微粉化學(xué)成分

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[16](SL 352-2006)中骨料堿活性檢驗(yàn)(砂漿棒快速法)規(guī)定的程序進(jìn)行。

2 試驗(yàn)方案

(1) 檢測(cè)凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)。分別檢測(cè)凝灰?guī)r破碎砂、天然砂的堿活性。

(2) 抑制凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)?？紤]到凝灰?guī)r破碎砂、天然砂中均含有凝灰?guī)r成分，并且均用于烏魯木齊地區(qū)建筑工程混凝土中，因此抑制凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)的試驗(yàn)用砂采用60%凝灰?guī)r破碎砂與40%天然砂摻配。抑制凝灰?guī)r骨料堿活性措施分別采用單摻粉煤灰、單摻礦渣微粉、復(fù)摻粉煤灰和礦渣微粉三種措施。具體試驗(yàn)方案見表3。

表3 抑制凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)方案

注：“—”表示不采取抑制措施；表中數(shù)字表示占“膠凝材料”的百分比(按質(zhì)量計(jì))；粉煤灰、礦渣微粉復(fù)摻時(shí)，粉煤灰與礦渣微粉各占總摻量的50%。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[16](SL 352-2006)中規(guī)定，若砂漿試件14 d的膨脹率小于0.1%，則判定骨料為非活性骨料；若砂漿試件14 d的膨脹率介于0.1%～0.2%之間，則判定骨料具有潛在活性；砂漿試件14 d的膨脹率大于0.2%，則判定骨料為堿活性骨料。本文根據(jù)以上規(guī)定對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、判定。

3.1 凝灰?guī)r骨料堿活性檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

表4給出了凝灰?guī)r骨料及天然砂的堿活性檢測(cè)結(jié)果。從表4中凝灰?guī)r骨料堿活性檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果可知，凝灰?guī)r骨料14 d膨脹率為0.304%，天然砂14 d膨脹率為0.35%，凝灰?guī)r+天然砂骨料14 d膨脹率為0.338%(見表5)，三種骨料14 d膨脹率均大于0.2%，因此，可以判定烏魯木齊地區(qū)的凝灰?guī)r骨料具有堿活性，應(yīng)采取措施對(duì)其堿活性進(jìn)行抑制。

表4 凝灰?guī)r骨料堿活性檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

3.2 抑制凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果

單摻粉煤灰、單摻礦渣微粉、復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉三種措施抑制凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 抑制凝灰?guī)r骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 單摻粉煤灰抑制凝灰?guī)r骨料堿活性結(jié)果分析

圖1給出了砂漿試件14 d膨脹率隨粉煤灰摻量變化曲線。由表5及圖1可以看出，不同摻量的粉煤灰均使砂漿試件膨脹率減小。當(dāng)粉煤灰摻量為15%時(shí)，砂漿試件14 d膨脹率為0.082%，略低于0.1%，并沒有有效抑制凝灰?guī)r骨料堿活性；當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，砂漿試件14 d膨脹率降低為0.016%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.1%，很好的抑制了凝灰?guī)r骨料堿活性；隨著粉煤灰摻量增加到25%、30%，砂漿試件14 d膨脹率分別降低為0.014%、0.013%，較摻20%粉煤灰時(shí)膨脹率略有減小。因此，可以認(rèn)為摻入20%粉煤灰時(shí)，可以有效抑制凝灰?guī)r堿活性。繼續(xù)增加粉煤灰摻量，抑制效果沒有顯著提高。

圖1 砂漿試件14 d膨脹率隨粉煤灰摻量變化曲線

3.2.2 單摻礦渣微粉抑制凝灰?guī)r堿活性結(jié)果分析

圖2給出了砂漿試件14 d膨脹率隨礦渣微粉摻量變化曲線。結(jié)合表5及圖2結(jié)果分析，隨著礦渣微粉摻量從25%提高到35%，砂漿試件14 d膨脹率從0.22%降低為0.159%，但均大于0.1%，沒有有效抑制凝灰?guī)r堿活性；繼續(xù)增加礦渣微粉摻量至45%，砂漿試件14 d膨脹率下降為0.053%，有效抑制了凝灰?guī)r骨料的堿活性。

圖2 砂漿試件14 d膨脹率隨礦渣微粉摻量變化曲線

3.2.3 復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉抑制凝灰?guī)r堿活性結(jié)果分析

圖3給出了砂漿試件14 d膨脹率隨復(fù)摻粉煤灰和礦渣微粉摻量變化曲線。由表5及圖3分析，當(dāng)復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量為20%時(shí)，砂漿試件14 d膨脹率降到0.129%，大于0.1%，沒有有效抑制骨料堿活性；而復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量提高到30%時(shí)，砂漿試件14 d膨脹率為0.048%，小于0.1%，即可以有效抑制凝灰?guī)r骨料堿活性；繼續(xù)增加復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量達(dá)到40%時(shí)，砂漿試件14 d膨脹率很低為0.02%，抑制效果已經(jīng)相當(dāng)顯著?？梢钥闯?，隨著砂漿試件中復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量的增加，其膨脹值不斷減小，當(dāng)復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量達(dá)到30%，即粉煤灰、礦渣微粉摻入量分別為15%時(shí)，可有效抑制凝灰?guī)r骨料堿活性。

圖3 砂漿試件14 d膨脹率隨復(fù)摻粉煤灰和礦渣摻量變化曲線

3.2.4 不同抑制措施抑制凝灰?guī)r骨料堿活性結(jié)果分析

結(jié)合表5、圖1、圖2、圖3分析，單摻20%粉煤灰、單摻45%礦渣微粉、復(fù)摻30%粉煤灰與礦渣微粉時(shí)，其砂漿試件14 d膨脹率分別為0.016%、0.053%、0.048%。比較發(fā)現(xiàn)，單摻粉煤灰摻量為20%時(shí)，砂漿試件14 d膨脹率最小，說明粉煤灰抑制凝灰?guī)r骨料堿活性的能力最好；單摻礦渣微粉摻量為45%時(shí)，砂漿試件14 d膨脹率最大，說明礦渣微粉抑制凝灰?guī)r骨料堿活性的能力較差；而復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉抑制凝灰?guī)r骨料堿活性的能力介于兩者之間。上述結(jié)果與依巴丹·克那也提[11]的研究結(jié)果有所差異，分析認(rèn)為，沸石粉的SiO2含量、特殊的格架構(gòu)造及對(duì)Na+、K+的吸附能力與礦渣微粉不同，可能是導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)差異的原因。

4 結(jié) 論

(1) 采用單摻粉煤灰、單摻礦渣微粉、復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉3種措施均可抑制烏魯木齊地區(qū)凝灰?guī)r骨料堿活性，且隨著單摻粉煤灰、單摻礦渣微粉、復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量的增加，抑制效果明顯提高。當(dāng)單摻粉煤灰摻量達(dá)到20%、單摻礦渣微粉摻量達(dá)到45%、復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉摻量達(dá)到30%時(shí)，可有效抑制凝灰?guī)r骨料堿活性。

(2) 三種抑制措施中，單摻粉煤灰抑制凝灰?guī)r骨料堿活性效果最好，復(fù)摻粉煤灰與礦渣微粉次之，單摻礦渣微粉抑制凝灰?guī)r骨料堿活性效果較差。

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Experiments on the Alkali-activity and Inhibition Measures for Tuff Aggregate in the Area of Urumqi

WANG Hang, TANG Xinjun

(CollegeofHydraulicandCivilEngineering,XinjiangAgriculturalUnivercity,Urumqi,Xinjiang830052,China)

Due to the use of tuff aggregate, Architectural Engineering could occur the Alkali Aggregate Reaction problem in Urumqi area. Based on the accelerated mortar bar method we determined the alkali activity of tuff aggregate in Urumqi and analyzed the inhibitory effect of the alkali activity of tuff aggregate, when single slag or the admixture of fly ash and slag were used. Also, the single fly ash were compared. Experimental results show that the tuff aggregate had alkali activity in the area of Urumqi, with the increase of the content of single slag or the admixture of fly ash and slag, the expansion rate of mortar was reduced. The alkali activity of tuff aggregate could be effectively inhibited, when the content of single slag reached 45% or fly ash and slag reached 30%. The single fly ash had the best inhibitory effect of the alkali activity of tuff aggregate in the three of measures and the admixture of fly ash and slag followed, at last single slag was worse.

tuff; Alkali-activity; expansion rate; fly ash; inhibition measures

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.02.030

2017-01-03

2017-02-20

王 航(1991—)，男，陜西華縣人，碩士研究生，研究方向?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)耐久性研究。E-mail: 402812614@qq.com

唐新軍(1959—)，男，陜西蒲城人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事當(dāng)?shù)夭牧蠅卧O(shè)計(jì)理論教學(xué)與科研工作。E-mail: tangxj59@163.com

TU528.041

A

1672—1144(2017)02—0157—04