貴州板巖集料堿集料反應(yīng)試驗(yàn)成果總結(jié)報(bào)告

唐明英

貴州省公路工程集團(tuán)有限責(zé)任公司

1 概述

廈蓉高速開始承建，面臨大量的板巖將被使用在C30 以下混凝土中的問題，雖然這些板巖在巖相分析中被判為有潛在的堿硅反應(yīng)，快速法堿集試驗(yàn)中部分也被判為有潛在的堿活性反應(yīng)。但在榕江周邊的項(xiàng)目上使用板巖的實(shí)體工程調(diào)查中并未發(fā)現(xiàn)混凝土堿集料反應(yīng)現(xiàn)象。為了進(jìn)一步了解板巖在混凝土中的堿集反應(yīng)情況，使工程質(zhì)量得到保證，我集團(tuán)總公司檢測(cè)中心分別用快速法、砂漿棒長度法、混凝土棱柱體法做了大量的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)、對(duì)比試驗(yàn)、驗(yàn)證試驗(yàn)。現(xiàn)把試驗(yàn)結(jié)果分析總結(jié)如下。

2 試驗(yàn)的目的

檢測(cè)板巖集料在不同石粉含量時(shí)堿集反映的情況；檢測(cè)不同摻量的水泥在板巖集料里堿集料反應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)；檢測(cè)加入外加劑后的混凝土堿集料反映的情況；檢測(cè)加入不同摻量的粉煤灰后堿集料反映的情況；檢驗(yàn)板巖在高水泥用量時(shí)（C30以上的混凝土），堿集料反應(yīng)情況；檢測(cè)在38℃+2℃水中浸泡養(yǎng)護(hù) 堿集反應(yīng)情況；檢測(cè)常用的幾種品牌水泥（劍江、暢達(dá)、險(xiǎn)峰、廣西魚峰）和高曬料場集料（相對(duì)堿活性較大）的堿集反應(yīng)情況；比較快速法試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)法試驗(yàn)、棱柱體法試驗(yàn)結(jié)果。

3 試驗(yàn)的方法

快速法試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)砂漿棒長度法試驗(yàn)、混凝土棱柱體法試驗(yàn)

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 快速法試驗(yàn)

快速法試驗(yàn)是以標(biāo)準(zhǔn)水泥含堿量在1.2%時(shí),在規(guī)定的條件下成型、在80℃+2℃條件下養(yǎng)護(hù)，14天的膨脹率來表示。

4.1.1 在快速法試驗(yàn)中砂子的石粉含量對(duì)堿集反應(yīng)的影響情況

石粉含量增加，膨脹量也相應(yīng)增加，石粉含量為8%時(shí)，14天膨脹量增加12%；石粉含量為12%時(shí)，14 天膨脹量增加15.4%；石粉含量為16%，試件膨脹量減少12.2%，因?yàn)槭酆刻?，砂漿棒產(chǎn)生的收縮量大于堿集反應(yīng)的膨脹量。

4.1.2 用普硅水泥及其摻粉煤灰25%的試驗(yàn)結(jié)果

從高曬料場、星宇料場、烏細(xì)溝料場的試驗(yàn)可以看出當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)水泥外加氫氧化鈉使其堿含量到1.2時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，其14天膨脹率均大于0.2%，其中膨脹率最大的是高曬料場，其膨脹率為0.377%，各料場均判為有潛在的堿活性反應(yīng)集料。當(dāng)使用普硅水泥（不外加堿）試驗(yàn)時(shí)，其14 天膨脹量均小于0.2%，不能判為有潛在的堿硅反應(yīng)。當(dāng)在普硅水泥里摻入25%的粉煤時(shí)，其14天膨脹率小于0.1%，判為無堿硅反應(yīng)。

4.1.3 不同粉煤灰摻量的試驗(yàn)結(jié)果

在暢達(dá)水泥、險(xiǎn)峰水泥中摻入不同摻量的粉煤灰，從14天和28 天、90 天的膨脹率看出，隨著粉煤灰的增加，其膨脹率降低。當(dāng)粉煤灰摻量為水泥用量的30%時(shí)，其膨脹率最小，并且到了90天其膨脹率為負(fù)值

當(dāng)粉煤灰摻量為35%時(shí)，其膨脹率反而增加。說明粉煤灰摻量在30%時(shí)對(duì)堿硅反應(yīng)的抑制效果最佳。

4.1.4 外加劑對(duì)堿硅反應(yīng)的影響

從表四的試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，膨脹率與外加劑的品種有關(guān)，加入聚羧酸類外加劑后其膨脹率可降低9%～25%。加入萘系外加劑其膨脹率不一定降低

4.1.5 快速試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

在快速法試驗(yàn)中，各料場的材料有潛在的堿活性反應(yīng)。也證實(shí)了水泥里的堿對(duì)堿集料反應(yīng)起主要作用，也證實(shí)了粉煤灰對(duì)堿集反應(yīng)有較好的抑制作用、外加劑品種對(duì)堿集反應(yīng)有一定的影響。進(jìn)一步證實(shí)了砂子里的石粉含量對(duì)堿集反應(yīng)也有影響。從各個(gè)方面的發(fā)展規(guī)律都能看出此集料存在堿集反應(yīng)現(xiàn)象。

4.2 砂漿棒長度法試驗(yàn)結(jié)果分析

砂漿棒長度法試驗(yàn)是以水泥堿含量高于0.8%，按規(guī)范要求成型，在38℃+2℃，濕度大于95%的條件下養(yǎng)護(hù)，3個(gè)月或半年的膨脹率來表示。

4.2.1 使用標(biāo)準(zhǔn)水泥試驗(yàn)結(jié)果

使用標(biāo)準(zhǔn)水泥（外加氫氧化鈉將堿增加到1.2%），砂子沖洗干凈按級(jí)配要求配制，水泥與砂的質(zhì)量之比1:2.25，流動(dòng)度為105mm～120mm范圍內(nèi)時(shí)試驗(yàn)得出，各料場的半年的膨脹率均為負(fù)值，也就是沒有膨脹，是收縮。半年膨脹率完全小于標(biāo)準(zhǔn)GB/T14685—2001《建筑用卵石碎石》規(guī)定的0.1%，各料場的集料均判為非活性集料。

4.2.2 摻入石粉后的試驗(yàn)結(jié)果

使用標(biāo)準(zhǔn)水泥（外加氫氧化鈉將堿增加到1.2%）,高曬料場的砂子里摻入0.075 以下相同材料的石粉，根據(jù)摻量不同，其膨脹率不同，與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果相比較，當(dāng)摻入8%的石粉時(shí)，其6個(gè)月膨脹率為-0.014%，當(dāng)摻入石粉12%和石粉16%時(shí)，其6 個(gè)月膨脹率分別為-0.045%、-0.043%。石粉含量為12%時(shí)，其早期收縮與摻量為8%時(shí)大致相同，后期收縮相對(duì)增大。當(dāng)石粉含量在16%時(shí)，其混凝土早期收縮大。

各組試驗(yàn)結(jié)果均為負(fù)值，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.1%，可以認(rèn)為砂子里含一定量的石粉，對(duì)堿集反應(yīng)影響不大(沒堿集反應(yīng))。根據(jù)孔隙率原理，當(dāng)摻入8%以下的石粉時(shí)，不是因?yàn)閴A集料反應(yīng)導(dǎo)致的膨脹，是因?yàn)榧尤胧酆?，石粉填充砂子與水泥之間間斷的這部分孔隙使砂漿更密實(shí)，減少了高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)的收縮。

4.2.3 摻入粉煤灰的試驗(yàn)結(jié)果

使用標(biāo)準(zhǔn)水泥，摻入25%、30%的粉煤灰其膨脹率與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)(不摻粉煤灰)數(shù)據(jù)相近，當(dāng)摻入35%時(shí)其膨脹率成增加趨勢(shì)。在這個(gè)試驗(yàn)上看不出粉煤灰能抑制堿集反應(yīng)，或者說此集料根本就不會(huì)發(fā)生堿集反應(yīng)。

從貴州大學(xué)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出:最不利的高曬料場也沒發(fā)生堿集料反應(yīng)。

4.2.4 同時(shí)摻入外加劑和粉煤灰的試驗(yàn)

當(dāng)只摻外加劑，不加粉煤灰時(shí)，其6個(gè)月膨脹率比標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的膨脹率偏小，當(dāng)同時(shí)摻入外加劑和摻入25%、30%、35%的粉煤灰時(shí)，三組試驗(yàn)的6個(gè)月膨脹率相等，當(dāng)只摻粉煤灰不加外加劑時(shí)與雙摻和不摻的結(jié)果相近。

各種情況下3 個(gè)月、6 個(gè)月膨脹率均為負(fù)值，少于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定半年小于0.1%，說明此集料為非活性集料。

4.2.5 采用標(biāo)準(zhǔn)水泥與普硅水泥試驗(yàn)結(jié)果比較

用高曬料場、涼水井料場、星宇料場、起點(diǎn)料場的砂，分別用與標(biāo)準(zhǔn)水泥及普硅水泥進(jìn)行比較試驗(yàn)，在快速試驗(yàn)法中14天膨脹率為高曬料場0.377% 、起點(diǎn)料場0.359%。在砂漿棒長度法中，用標(biāo)準(zhǔn)水泥試驗(yàn)時(shí),其6 個(gè)月膨脹率為-0.038%/-0.035%，用普通硅酸鹽水泥試驗(yàn)時(shí)，其6個(gè)月膨脹率為-0.041%-0.037%，標(biāo)準(zhǔn)水泥堿含量為1.2%,普硅劍江水泥為0.49%，試驗(yàn)結(jié)果均為負(fù)值。說明各料場的集料使用堿含量為1.2%的水泥都不會(huì)發(fā)生堿集反應(yīng)。

4.3 混凝土棱柱體法試驗(yàn)

混凝土棱柱體法是:每立方混凝土水泥用量為420+10kg，砂石比例為4:6，水灰比為0.42～0.45 時(shí)成型的試件,在溫度38℃及潮濕養(yǎng)護(hù)條件下，測(cè)定水泥中的堿（堿含量1.25%）與集料反應(yīng)所引起的膨脹是否具有潛在危害。

用標(biāo)準(zhǔn)硅酸鹽水泥試驗(yàn)時(shí)，水泥的堿含量調(diào)為1.25%，用普硅水泥試驗(yàn)時(shí)，水泥沒有外加堿，其堿含量就是水泥本身的堿含量，其中劍江水泥0.49%，險(xiǎn)峰水泥為0.63% ，暢達(dá)水泥0.95%。每種水泥進(jìn)行了水泥用量為290kg/m3、353kg/m3、430kg/m3、470kg/m3498kg/m3、520kg/m36 個(gè)不同的水泥用量，各組試驗(yàn)的結(jié)果（一年膨脹率）均為負(fù)值，小于SL 352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的0.04%，判為非活性材料。

使用高曬料場的砂和碎石，標(biāo)準(zhǔn)水泥（堿含量為1.25%）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，從不同齡期的膨脹率發(fā)現(xiàn)，混凝土開始收縮，到第8周收縮最大，8周后開始膨脹，但一年的膨脹率還是負(fù)值（收縮），小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.04%，說明此集料為非活性集料。

使用標(biāo)準(zhǔn)水泥（堿含量1.25%）與普硅水泥(堿含量小于0.95%)進(jìn)行比較試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)水泥與普硅水泥試驗(yàn)的結(jié)果沒可比性.因?yàn)槠展杷嘤袚胶狭稀?/p>

用標(biāo)準(zhǔn)水泥、暢達(dá)水泥、險(xiǎn)峰水泥分別使用不同的水泥用量的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較（數(shù)據(jù)見表十一），在保持用水量不變的情況下，混凝土膨脹率隨水泥用量增大而減小的趨勢(shì)?；炷恋氖湛s隨水泥用量的增大而增大。暢達(dá)水泥與險(xiǎn)峰水泥的比較試驗(yàn)中,水泥用量大于430kg/m3的情況下，暢達(dá)水泥的膨脹率要大于險(xiǎn)峰水泥，因?yàn)闀尺_(dá)水泥堿含量高于險(xiǎn)峰水泥，提高水泥用量（470kg/m3、490kg/m3、520kg/m3）的各組試驗(yàn)一年的膨脹率均為負(fù)值,說明此集料完全能用于高標(biāo)號(hào)混凝土。

加入不同摻量的粉煤灰，灰膠比保證不變的情況下，各齡期的膨脹率均為負(fù)值，最大收縮也在4～8 周內(nèi)發(fā)生，以后開始膨脹，但一年膨脹率均為負(fù)值。加入粉煤灰與不加粉煤灰的混凝土比較，加入粉煤灰后其膨脹率增大，收縮減小。

5 綜合結(jié)論

5.1 板巖集料在不同石粉含量時(shí)堿集反映的情況

與不摻石粉的試驗(yàn)結(jié)果比較，當(dāng)摻入石粉8%時(shí)，快速法與砂漿棒長度法兩種試驗(yàn)均存在相對(duì)膨脹，當(dāng)摻入12%時(shí)，快速法是相對(duì)膨脹，砂漿棒長度法中前3 個(gè)月是相對(duì)膨脹，6 個(gè)月相對(duì)收縮。當(dāng)摻入石粉16%時(shí)，均為收縮。砂漿棒長度法中6 個(gè)月膨脹率均為負(fù)值，沒發(fā)生堿集反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹。從這個(gè)試驗(yàn)中，可以看出在混凝土中摻12%以內(nèi)的石粉能控制混凝土早期收縮產(chǎn)生的裂紋，當(dāng)摻入8%以內(nèi)的石粉對(duì)混凝土早期及后期收縮均有控制作用。但混凝土中石粉含量大于12%以后，會(huì)產(chǎn)生早期收縮裂紋。

5.2 不同摻量的水泥在板巖集料里堿集料反應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)

混凝土的早期及后期膨脹率均隨水泥用量的增加而減小，反之混凝土的收縮率隨水泥用量的增大而增大。沒有堿集反應(yīng)的發(fā)展規(guī)律，說明這些集料為非堿活性集料，均可用于大于C30的混凝土中。

5.3 加入外加劑后的混凝土堿集料反映的情況

加入外加劑后因水灰比減少，混凝土早期收縮相對(duì)較大，最大收縮發(fā)生在2-4周（不加外加劑的混凝土最大收縮發(fā)生在4～8周），4周后開始膨脹，當(dāng)水灰比大于0.36時(shí)各組混凝土一年膨脹率均為負(fù)值，當(dāng)摻入粉煤灰并且水膠比小于0.36時(shí)，混凝土一年膨脹率有的為正值，但一年膨脹率均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.04%，沒堿集反應(yīng)發(fā)生。

加入外加劑后混凝土相對(duì)膨脹，不是收縮，是因?yàn)榧尤胪饧雍笤黾恿嘶炷恋拿軐?shí)性，收縮減小。

5.4 加入不同摻量的粉煤灰后堿集料反映的情況

從三種試驗(yàn)方法均能得出一個(gè)結(jié)論，當(dāng)摻入粉煤灰為膠結(jié)材料的30%時(shí)其收縮最大，當(dāng)粉煤灰摻量為35%，其膨脹率相對(duì)增大。從混凝土棱柱體法中體現(xiàn)的是，加入粉煤灰與不加粉煤灰的混凝土比較，加入粉煤灰后其膨脹率增大,收縮減小。在快速法試驗(yàn)中體現(xiàn)的是，隨著粉煤灰的增加，其膨脹率減少。兩種方法的結(jié)論是矛盾。按規(guī)范要求應(yīng)以混凝土棱柱體法為準(zhǔn)，說明加入粉煤灰后增加了混凝土的密實(shí)，收縮減小。

5.5 板巖在高水泥用量中（C30以上的混凝土），堿集料反應(yīng)情況

在混凝土棱柱體法中，每立方混凝土提高水泥用量及總灰用量達(dá)到470kg/m3、490kg/m3、520kg/m3各組試驗(yàn)的一年膨脹率均為負(fù)值,說明各種集料完全能用于C30 以上的高標(biāo)號(hào)混凝土中，不會(huì)發(fā)生堿集反應(yīng)所產(chǎn)生的有害膨脹。

5.6 常用的幾種品牌水泥（劍江、暢達(dá)、險(xiǎn)峰、廣西魚峰）和高曬料場集料（相對(duì)堿活性較大）的堿集料反應(yīng)情況

用以上幾種水泥在砂漿棒長度法試驗(yàn)中及混凝土棱柱體法試驗(yàn)中，各組試驗(yàn)的膨脹率均為負(fù)值，沒堿集料反應(yīng)所產(chǎn)生的膨脹。

5.7 檢測(cè)在38℃+2℃水中浸泡養(yǎng)護(hù) 堿集反應(yīng)情況

用砂漿棒長度法進(jìn)行了星宇料場、高曬料場，劍江水泥、暢達(dá)水泥（堿含量最高0.95%）、險(xiǎn)峰水泥，加不同量的粉煤灰或不加粉煤灰共20組試驗(yàn)均浸泡在38℃+2℃的水中養(yǎng)護(hù)，半年膨脹率最高的是用暢達(dá)水泥+高曬料場的砂試驗(yàn)所得的膨脹率0.044%，均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.1%，說明這兩種集料可用于長期浸泡在水中的混凝土構(gòu)件中。

6 結(jié)語

在快速法試驗(yàn)中，各料場集料判為有潛在堿活性的集料。在砂漿棒長度法中和混凝土棱柱體法中試驗(yàn)，均判為非堿活性試驗(yàn)，在這種矛盾的結(jié)果中，規(guī)范規(guī)定是以混凝土棱柱體法的試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。從混凝土棱柱體法的試驗(yàn)結(jié)果中說明了高曬料場、烏細(xì)溝料場的集料均為非堿活性集料，可以使用在各種等級(jí)混凝土中，也可用于長期浸泡在水中的混凝土構(gòu)件中。