楊房溝水電站混凝土骨料堿活性試驗(yàn)研究

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州，310014)

1 概述

楊房溝水電站主體及臨時(shí)工程混凝土總量(含噴混凝土)約316.70萬m3，需要成品骨料約695萬t，計(jì)其加工、運(yùn)輸?shù)葥p耗，設(shè)計(jì)需要用料約904萬t，折合原巖自然方約332萬m3，規(guī)劃開采石料量約432萬m3?；炷凉橇狭显催x擇不僅對工程質(zhì)量有直接影響，而且會(huì)直接影響工程投資，尤其是本工程樞紐建筑物采用混凝土雙曲拱壩，壩體對混凝土質(zhì)量要求較高，因此，設(shè)計(jì)單位在工程設(shè)計(jì)論證階段，十分重視混凝土骨料堿活性論證工作。

楊房溝水電站可研階段，設(shè)計(jì)單位曾先后在擬選花崗閃長巖石料場SK1孔深66.4m～70.9m、SK3孔深8m～13.5m、SK5孔深45m～49m各取樣1組(樣品編號分別為JK1、JK2和JK3)，SK2孔深34m～39m、SK4孔深18m～22m、SK6孔深76m～82m各取樣1組(樣品編號分別為SK2-1、SK4-1和SK6-1)，在探硐中取樣3組(樣品編號分別為R1、R2和R3)，委托南京工業(yè)大學(xué)國家建材行業(yè)集料堿活性研究測試中心分別采用巖相法、砂漿棒快速法、砂石堿活性快速法及混凝土棱柱體法等方法進(jìn)行骨料堿活性試驗(yàn)，綜合相應(yīng)試驗(yàn)成果表明，擬選石料場花崗閃長巖無堿活性。此后，相應(yīng)骨料料源選擇方案也順利通過有關(guān)專題咨詢評審。

楊房溝水電站施工階段，現(xiàn)場有關(guān)試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)從砂石骨料加工系統(tǒng)成品骨料堆取樣開展了花崗閃長巖骨料堿活性試驗(yàn)，采用砂漿棒快速法試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)少數(shù)樣品的砂漿棒14d膨脹率介于0.1%～0.2%之間，存在一定程度疑似堿活性風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5151-2014)中骨料堿活性檢驗(yàn)(砂漿棒快速法)評定標(biāo)準(zhǔn)：“若試件14d的膨脹率小于0.1%，則骨料為非活性骨料。若試件14d的膨脹率大于0.2%，則骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料。若試件14d的膨脹率在0.1%～0.2%，對這種骨料應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場使用歷史、巖相分析、試件觀測時(shí)間延至28d后的測試結(jié)果，或混凝土棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行綜合評價(jià)”。

為了確保工程安全與長期運(yùn)行，進(jìn)一步確認(rèn)楊房溝花崗閃長巖骨料堿活性特性，設(shè)計(jì)單位在施工階段結(jié)合現(xiàn)場骨料生產(chǎn)加工情況，采用砂漿棒快速法和混凝土棱柱體法再次開展花崗閃長巖骨料堿活性有關(guān)復(fù)核論證試驗(yàn)。

本文系統(tǒng)梳理了楊房溝水電站自可研階段以來所開展的骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析論證楊房溝水電站花崗閃長巖骨料堿活性情況，為工程建設(shè)順利推進(jìn)提供技術(shù)支撐，同時(shí)可為類似在建工程提供借鑒。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 可研階段骨料堿活性試驗(yàn)

楊房溝水電站可研階段開展的石料場花崗閃長巖骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果見表1～表4[1-3]。

表1 石料場花崗閃長巖巖相分析

表2石料場花崗閃長巖砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果

樣品編號膨脹值(%)3d7d14d28dJK10.0190.0400.1010.182JK20.0170.0460.1030.186JK30.0140.0380.0820.167SK2-10.0090.0230.0640.189SK4-10.0110.0200.0540.165SK6-10.0150.0270.0530.145R10.0150.0160.0330.059R20.0130.0200.0300.063R30.0210.0240.0430.073

表3 石料場花崗閃長巖CECS48-1993砂石快速法試驗(yàn)結(jié)果

表4石料場花崗閃長巖混凝土棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果

序號樣品各齡期膨脹率(%)14d28d56d91d126d182d273d364d1SK2-10.0010.0010.0030.0090.0160.0200.0240.0272SK4-10.0000.0000.0020.0110.0120.0240.0250.0253SK6-10.0010.0010.0080.0110.0170.0240.0280.0314R1-0.0020.0000.0010.0030.0030.0050.0080.0095R20.0000.0010.0020.0020.0040.0060.0090.0116R30.0000.0000.0010.0020.0020.0040.0050.008

由表1～表4所示試驗(yàn)結(jié)果，可以得出：

(1)巖相分析結(jié)果表明，石料場樣品JK1、JK2、JK3、SK2-1、SK4-1、SK6-1、R1、R2和R3均含有微晶石英或隱晶質(zhì)石英，這些礦物有時(shí)會(huì)引起堿硅酸反應(yīng)，需開展堿硅酸反應(yīng)活性檢驗(yàn)。因不含白云石，不需要進(jìn)行堿碳酸鹽反應(yīng)活性檢驗(yàn)。

(2)砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果表明，石料場樣品JK3、SK2-1、SK4-1、SK6-1、R1、R2和R3配制的砂漿試件14d的膨脹率分別為0.082%、0.064%、0.054%、0.053%、0.033%、0.030%和0.043%，均小于0.1%，至28d時(shí)，砂漿試件膨脹率分別為0.167%、0.189%、0.165%、0.145%、0.059%、0.063%和0.073%，均小于0.20%，因此，樣品JK3、SK2-1、SK4-1、SK6-1、R1、R2和R3均判定為不具有堿硅酸反應(yīng)活性；JK1、JK2配制的砂漿試件14d的膨脹率分別為0.101%及0.103%，介于0.1%～0.2%之間，但28d砂漿試件膨脹率分別為0.182%及0.186%，均小于0.20%。綜合后續(xù)其他樣品的混凝土棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果，樣品JK1、JK2也可判定為不具有堿硅酸反應(yīng)活性。

(3)按《砂、石堿活性快速試驗(yàn)方法》(CECS 48-1993)進(jìn)行的試驗(yàn)成果表明，石料場樣品JK1、JK2、JK3、SK2-1、SK4-1、SK6-1、R1、R2和R3配制的砂漿試件在三個(gè)水泥與集料比下的最大膨脹值為0.040%、0.049%、0.045%、0.035%、0.036%、0.035%、0.050%、0.044%和0.048%，均小于0.10%的限定值，因此，CECS48砂石堿活性快速試驗(yàn)方法判定JK1、JK2、JK3、SK2-1、SK4-1、SK6-1、R1、R2和R3均不具有堿硅酸反應(yīng)活性。

(4)混凝土棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果表明，至364d時(shí)石料場樣品SK2-1、SK4-1、SK6-1、R1、R2和R3配制的混凝土棱柱體的膨脹率分別為0.027%、0.025%、0.031%、0.009%、0.011%和0.008%，均小于0.040%，因此均不具有堿硅酸反應(yīng)活性。

結(jié)合上述幾種試驗(yàn)成果論證，綜合判定相應(yīng)的花崗閃長巖不具有堿硅酸鹽反應(yīng)活性；因不含白云石，故不具有堿碳酸鹽反應(yīng)活性。

2.2 技施階段骨料堿活性試驗(yàn)

楊房溝水電站技施階段，設(shè)計(jì)單位結(jié)合混凝土配合比設(shè)計(jì)研究專題對試驗(yàn)用花崗閃長巖骨料采用砂漿棒快速法開展了堿活性復(fù)核試驗(yàn)，試驗(yàn)水泥采用現(xiàn)場前期工程用中熱水泥，其堿含量(Na2Oeq當(dāng)量含量)為0.51%，試驗(yàn)時(shí)用化學(xué)純NaOH將水泥堿含量調(diào)整為0.90%，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 花崗閃長巖砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果(技施階段)

砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果顯示，14d膨脹率小于0.1%，根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5151-2014)的規(guī)定，可判斷骨料為非活性骨料。為進(jìn)一步研究骨料在堿性環(huán)境下的膨脹性，將試驗(yàn)延長至28d，結(jié)果顯示，砂漿棒試件28d膨脹率為0.155%，也小于0.2%。

2.3 施工階段骨料堿活性試驗(yàn)

楊房溝水電站施工階段，針對現(xiàn)場試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)得到的部分骨料砂漿棒快速法試件14d膨脹率大于0.1%(但不大于0.2%)而存在疑似堿活性的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)單位重新采用基準(zhǔn)水泥對開挖料花崗閃長巖和石料場花崗閃長巖堿活性進(jìn)行了復(fù)核論證試驗(yàn)。試驗(yàn)按照《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5151-2014)規(guī)定的砂漿棒快速法進(jìn)行，水泥為基準(zhǔn)水泥(42.5強(qiáng)度等級，P.I型硅酸鹽水泥，其堿含量為0.53%，試驗(yàn)時(shí)用化學(xué)純NaOH將水泥堿含量調(diào)整為0.90%)，與此同時(shí)，試驗(yàn)過程中還同步開展了摻20%粉煤灰的砂漿棒快速法試驗(yàn)，相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 花崗閃長巖砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果(施工階段)

砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果顯示，開挖料花崗閃長巖砂漿棒14d膨脹率小于0.1%，根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 5151-2014)的規(guī)定，可判斷骨料為非活性骨料；石料場花崗閃長巖砂漿棒14d膨脹率為0.103%，介于0.1%～0.2%之間，但其28d膨脹率為0.195%，仍然小于0.2%，結(jié)合可研階段石料場花崗閃長巖混凝土棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果，可判斷石料場花崗閃長巖無堿活性。同步開展的開挖料人工砂和料場人工砂摻20%粉煤灰的砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果顯示，其28d齡期砂漿棒膨脹率分別為0.046%和0.064%，均小于0.1%。根據(jù)《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》(DL 5151-2014)5.6堿骨料反應(yīng)抑制措施有效性試驗(yàn)(砂漿棒快速法)給定的評定標(biāo)準(zhǔn)，即使本工程所用骨料為活性骨料，通過摻入20%粉煤灰也可以有效抑制堿骨料反應(yīng)危害。

《水工混凝土抑制堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5298-2013)中3.3.4規(guī)定：“當(dāng)采用砂漿棒快速法、砂漿長度法或巖石柱法進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)時(shí)，若評定結(jié)果為骨料具有堿活性，則應(yīng)進(jìn)行混凝土棱柱體法檢驗(yàn)，并以混凝土棱柱體法評定結(jié)果為準(zhǔn)”?！端せ炷辽笆橇显囼?yàn)規(guī)程》(DL 5151-2014)規(guī)定：“混凝土棱柱體試件1年膨脹率小于0.04%時(shí)判定為非活性骨料”。在開展上述砂漿棒快速法試驗(yàn)的同時(shí)，設(shè)計(jì)單位也采用基準(zhǔn)水泥對開挖料和石料場花崗閃長巖骨料同步進(jìn)行了混凝土棱柱體法試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。混凝土棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種花崗閃長巖骨料1Y齡期膨脹率分別為0.014%和0.018%，均小于0.04%，據(jù)此可判斷開挖料和石料場花崗閃長巖骨料均為非活性骨料。

表5 混凝土棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果(施工階段)

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

長江科學(xué)院楊華全等人針對三峽工程花崗巖堿活性的研究結(jié)果表明，三峽基坑花崗巖的礦物組成主要是斜長石、石英、黑云母和少量角閃石，巖石呈花崗狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。下岸溪花崗巖的礦物組成主要是斜長石、鉀長石、石英和少量綠泥石，巖石呈花崗巖狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造，波狀消光角小，沒有微晶石英。用巖相法、化學(xué)法、砂漿長度法、小棒快速法、砂漿棒快速法、混凝土棱柱體法等各種方法檢驗(yàn)，基坑閃云斜長花崗巖、下岸溪斑狀花崗巖屬非活性巖石[4-5]。其他類似工程花崗巖骨料也尚未發(fā)現(xiàn)有堿活性。

長江科學(xué)院吳超寰[6]針對三峽工程基坑花崗巖制砂對混凝土性能影響的研究結(jié)果表明，在50℃溫度下，強(qiáng)堿溶液對黑云母和角閃石不會(huì)產(chǎn)生侵蝕；且凍融循環(huán)(>100次)試驗(yàn)、砂漿長度法(齡期大于20年)試驗(yàn)后的試件，在掃描電鏡下觀察，都沒有發(fā)現(xiàn)黑云母和角閃石出現(xiàn)異常變化，可以認(rèn)為黑云母和角閃石在混凝土內(nèi)部不會(huì)發(fā)生有害化學(xué)變化。

綜上本工程各階段試驗(yàn)研究論證，楊房溝水電站開挖料花崗閃長巖和石料場花崗閃長巖屬于非活性骨料。

3 結(jié)論

結(jié)合本工程各階段試驗(yàn)研究論證，楊房溝水電站開挖料花崗閃長巖和石料場花崗閃長巖無堿硅酸活性，無堿碳酸活性，屬于非活性骨料。