抑制混凝土骨料堿活性的試驗(yàn)分析

，，

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司二分局，四川 都江堰，611830)

1　工程概述

古瓦水電站屬碩曲河干流鄉(xiāng)城、得榮段“一庫六級(jí)”梯級(jí)開發(fā)方案中的龍頭水庫電站，水庫正常蓄水位3398m，最大壩高139m，總庫容約2.396億m3，電站裝機(jī)容量205.4MW，其中主體電站裝機(jī)容量201MW，生態(tài)機(jī)組4.4MW。

2　試驗(yàn)背景

首部樞紐混凝土骨料料源為三疊系上統(tǒng)拉納山組變質(zhì)砂巖夾砂質(zhì)板巖，板巖約占7%～9%。巖石鑒定結(jié)果表明：變質(zhì)砂巖中石英含量約75%～80%，斜長(zhǎng)石偶見，硅泥質(zhì)約占20%～25%，單軸濕抗壓強(qiáng)度65.8MPa～96.3MPa，彈性模量36.9GPa～48.8GPa，干密度2.67g/cm3～2.73g/cm3，飽和吸水率0.21%～0.34%，軟化系數(shù)為0.65～0.84。砂漿棒快速法試驗(yàn)成果顯示：變質(zhì)砂巖14d膨脹率在0.1%～0.2%之間，28d砂漿試件的膨脹率大于0.2%。因此，骨料為具有潛在危害反應(yīng)的活性骨料。板巖主要為砂質(zhì)板巖，巖石鑒定表明：板巖中石英約占20%～25%，黑云母或泥質(zhì)約占70%～80%，單軸濕抗壓強(qiáng)度64MPa～77MPa，彈性模量40.6GPa～42.8GPa，干密度ρd=2.73g/cm3～2.78g/cm3，飽和吸水率0.07%～0.31%，軟化系數(shù)為0.71～0.81，為具有潛在危害反應(yīng)的活性骨料。

所謂活性骨料即在堿性環(huán)境中能與水泥中堿發(fā)生反應(yīng)的集料，這種反應(yīng)一般在混凝土澆筑成型后逐漸進(jìn)行，反應(yīng)生成物吸水膨脹使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力引起膨脹開裂(膨脹最大可達(dá)3倍以上)，將導(dǎo)致混凝土失去設(shè)計(jì)性能。活性骨料經(jīng)攪拌后大體上呈均勻分布，一旦發(fā)生堿骨料反應(yīng)，混凝土內(nèi)各部分均產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，混凝土自身將脹裂，發(fā)展嚴(yán)重的只能拆除，無法補(bǔ)救。另外，集料中的有害雜質(zhì)，如膨脹性礦物、硫化物、硫酸鹽、粘土礦物等也對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)工程造成一定的破壞。

鑒于堿活性骨料對(duì)混凝土有如此大的破壞，為確?；炷潦┕べ|(zhì)量，必須采取措施抑制混凝土骨料的堿活性。

3　骨料堿活性抑制方案選擇

預(yù)防混凝土發(fā)生堿活性反應(yīng)，主要從兩方面考慮：第一種從料源上選擇采用非活性骨料，以避免混凝土發(fā)生堿活性；第二種通過摻加超細(xì)摻和料來抑制堿骨料反應(yīng)。

考慮施工現(xiàn)場(chǎng)所處環(huán)境的多樣化，一般綜合分析對(duì)比，以確定采取最優(yōu)方案。通過查閱地質(zhì)文件，古瓦水電站首部樞紐附近料源僅在河灘天然砂礫石料場(chǎng)有少量分布，不能滿足施工所需，因此，第一種方案采用非活性骨料來防止混凝土發(fā)生堿活性反應(yīng)的方案不可行。第二種方案通過摻加超細(xì)摻和料來抑制堿骨料反應(yīng)，常用的超細(xì)摻和料有礦渣、粉煤灰、硅粉等，超細(xì)摻和料品種選擇首先要遵守就近原則，即盡量選擇當(dāng)?shù)鼗蚓徒牧?，以減少運(yùn)輸費(fèi)用，降低混凝土工程造價(jià)，同時(shí)要注意選擇供應(yīng)與來源有保障的超細(xì)摻和料品種。工地附近僅在石棉縣、爐霍縣有粉煤灰和火山灰，因此，選用添加粉煤灰和火山灰分別試驗(yàn)分析，選擇最優(yōu)結(jié)果。

4　骨料堿活性抑制原理分析

對(duì)于存在堿活性的骨料，通常采用的方法是摻入超細(xì)摻和料來抑制堿骨料反應(yīng)，其原理就是活性混合材料吸收水泥和外加劑中的堿或與其中的堿性物質(zhì)發(fā)生效應(yīng)，而且這種效應(yīng)是在混凝土凝結(jié)硬化過程中發(fā)生，說明這些堿有利于激發(fā)上述摻和料的活性，并有利于混凝土強(qiáng)度和耐久性的提高。從摻和料對(duì)堿骨料反應(yīng)的抑制作用看，實(shí)際上是上述摻和料吸收和消耗了混凝土中的堿并使堿的含量控制在安全線以下，使混凝土骨料堿活性反應(yīng)發(fā)生的條件不完備。

5　骨料抑制堿活性試驗(yàn)

根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5151-2014)相關(guān)規(guī)定，骨料堿活性抑制采用砂漿棒快速法和混凝土棱柱體法。本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求采用砂漿棒快速法分別對(duì)砂漿試件進(jìn)行膨脹率測(cè)定，以此來判定摻加適量粉煤灰(火山灰)的混凝土對(duì)骨料堿活性反應(yīng)的抑制作用。

5.1　粉煤灰物理力學(xué)性能

粉煤灰產(chǎn)地石棉縣，通過檢測(cè)，滿足二級(jí)灰品質(zhì)要求，其物理力學(xué)性能見表1。

表1粉煤灰物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

5.2　火山灰物理力學(xué)性能

火山灰產(chǎn)地爐霍縣，其物理力學(xué)性能見表2。

表2火山灰物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

5.3　水泥物理力學(xué)性能

水泥為華新P.O42.5水泥，其物理力學(xué)性能見表3。

表3水泥物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

6　試驗(yàn)結(jié)果

采用華新水泥P.O42.5與粉煤灰和火山灰進(jìn)行骨料的堿活性抑制試驗(yàn)，摻量分別為0%、15%、22%、30%四種；試驗(yàn)結(jié)果詳見下表。

表4骨料的抑制堿活性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)規(guī)范要求，若28d齡期對(duì)比試件膨脹率小于0.1%，則該摻量下抑制材料對(duì)該種骨料的堿骨料反應(yīng)危害抑制效果評(píng)定為有效。

由上表可見粉煤灰和火山灰的摻入確實(shí)起到了抑制骨料堿活性反應(yīng)的效果，當(dāng)摻量為0%時(shí)，砂漿試件28d膨脹率為0.25%，大于規(guī)范要求的28d膨脹率小于0.1%；當(dāng)摻量為15%時(shí)，砂漿試件粉煤灰28d膨脹率為0.12%，火山灰28d膨脹率為0.14%，均大于規(guī)范要求的28d膨脹率小于0.1%，沒有起到抑制骨料堿活性反應(yīng)的要求，為無效狀態(tài)；當(dāng)摻量為22%時(shí)，砂漿試件粉煤灰28d膨脹率為0.08%，火山灰28d膨脹率為0.09%，均小于規(guī)范要求的28d膨脹率小于0.1%，起到抑制骨料堿活性反應(yīng)的要求，為有效狀態(tài)；當(dāng)摻量為30%時(shí)，砂漿試件粉煤灰28d膨脹率為0.06%，火山灰28d膨脹率為0.08%，均小于規(guī)范要求的28d膨脹率小于0.1%，起到抑制骨料堿活性反應(yīng)的要求，為有效狀態(tài)。

通過試驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)，綜合火山灰和粉煤灰抑制骨料堿活性效果分析對(duì)比，在同等摻量的情況下，粉煤灰抑制堿活性效果優(yōu)于火山灰，雖然粉煤灰和火山灰都能抑制混凝土骨料堿活性，但是在選擇的時(shí)候首先要遵守就近原則，即盡量選擇當(dāng)?shù)鼗蚓徒牧?，以減少運(yùn)輸費(fèi)用，降低混凝土工程造價(jià)，同時(shí)要注意選擇供應(yīng)與來源有保障的超細(xì)摻和料品種。

7　結(jié)語

目前混凝土中水泥用量的提高及含堿外加劑的普遍應(yīng)用，鑒于不同工程所有骨料的巖相成分及結(jié)構(gòu)不同，要根據(jù)骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果確定經(jīng)濟(jì)合理的抑制措施。通過在混凝土骨料中添加粉煤灰或火山灰可以明顯改善混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，有效抑制混凝土骨料堿活性反應(yīng)。