粉煤灰對(duì)改善混凝土堿-骨料反應(yīng)的試驗(yàn)研究

李青山

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 昌吉 831100)

堿-骨料反應(yīng)，是指水泥、外加劑等混凝土組成物及環(huán)境中的堿與骨料中的堿活性礦物在潮濕環(huán)境下發(fā)生膨脹反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土開裂甚至破壞的現(xiàn)象。根據(jù)與堿反應(yīng)的巖石類型，可將堿-骨料反應(yīng)劃分為兩種類型：即堿-硅酸反應(yīng)(包含堿-硅酸鹽反應(yīng))、堿-碳酸鹽反應(yīng)。堿-硅酸反應(yīng)，即堿與骨料中活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成硅酸鈉凝膠，吸水膨脹，引起混凝土開裂破壞[1-4]。堿-碳酸鹽反應(yīng)是指堿與某些泥質(zhì)石灰質(zhì)白云巖或泥質(zhì)白云質(zhì)石灰?guī)r發(fā)生脫白云化反應(yīng)，引起混凝土膨脹、開裂破壞。本文以新疆水工建筑材料為研究對(duì)象，利用巖相法對(duì)23組粗細(xì)骨料進(jìn)行分析，采用砂漿棒快速法對(duì)8組骨料(其中4組摻粉煤灰，4組對(duì)照)進(jìn)行膨脹率測(cè)定，分析粉煤灰減弱堿-骨料反應(yīng)的機(jī)理，并給出預(yù)防和避免堿-骨料反應(yīng)的工程措施，為其他工程提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 水泥

水泥選用天山水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5水泥，堿含量0.75%，水泥的基礎(chǔ)性能指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)[5]中的技術(shù)要求(見表1和表2)。

表1 水泥的堿含量試驗(yàn)成果

注含堿量以 Na2O計(jì)，即 R2O=Na2O+0.658 K2O。

表2 水泥性能檢測(cè)結(jié)果

1.2 粉煤灰

粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰(各項(xiàng)性能檢測(cè)結(jié)果見表3)，由表3可知粉煤灰的各項(xiàng)性能均符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)[6]的技術(shù)(質(zhì)量)要求。

表3 粉煤灰檢測(cè)結(jié)果

1.3 配合比及試驗(yàn)

按照規(guī)范要求，每組制備三個(gè)試件，試件水灰比為0.47，水泥與標(biāo)準(zhǔn)砂的比例為1∶2.25。

試件的養(yǎng)護(hù)及試驗(yàn)按照堿-骨料反應(yīng)試驗(yàn)方法進(jìn)行。

2 骨料的堿活性檢測(cè)

2.1 巖相法

巖相法是通過顯微鏡觀察來(lái)鑒定骨料的種類和成分，特別是那些已知活性礦物存在與否的骨料，以此來(lái)判斷其是否存在堿活性，但得不到活性組分含量與膨脹率的定量關(guān)系。

本次堿-骨料反應(yīng)試驗(yàn)取19組粗骨料、4組細(xì)骨料進(jìn)行巖石薄片鑒定。薄片鑒定結(jié)果為：混凝土粗骨料的巖石類型主要是含弱蝕變細(xì)粒黑云母花崗巖(弱綠泥石化、弱絹云母化)、碎裂中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖、蝕變碎裂細(xì)粒英云閃長(zhǎng)巖、蝕變英云閃長(zhǎng)玢巖(絹云母化)、石英巖、二長(zhǎng)花崗斑巖、不等粒二長(zhǎng)花崗巖、弱蝕變細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖、蝕變英安巖(弱碳酸巖化、弱綠泥石化、弱絹云母化)、花斑巖、中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖、微細(xì)?；◢弾r、細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖、蝕變微細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖(弱綠泥石化、絹云母化)、弱蝕變霏細(xì)巖(弱絹云母化)、粉晶細(xì)晶灰?guī)r、大理巖、弱蝕變晶屑玻屑凝灰?guī)r(弱絹云母化)、云母長(zhǎng)英質(zhì)角巖等；混凝土細(xì)骨料的巖石類型主要是蝕變花崗巖、閃長(zhǎng)巖、硅化蝕變巖、變粒巖、大理巖、絹英巖、砂巖、凝灰?guī)r、灰?guī)r、花崗質(zhì)碎裂巖、蝕變霏細(xì)巖、石英巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、安山巖、霏細(xì)斑巖、蝕變砂巖、長(zhǎng)英質(zhì)碎裂巖、流紋巖、霏細(xì)巖等。其中有8組粗、細(xì)骨料中均含有堿活性巖石，需進(jìn)一步進(jìn)行堿-硅酸快速反應(yīng)試驗(yàn)。

2.2 砂漿棒快速法

砂漿棒快速法能在14天內(nèi)檢測(cè)出骨料在砂漿中的潛在有害的堿-骨料反應(yīng)，適用于檢驗(yàn)反應(yīng)緩慢或只有后期反應(yīng)產(chǎn)生膨脹的骨料。本次試驗(yàn)采用巖相法和砂漿棒快速法進(jìn)行綜合評(píng)定。通過砂漿棒快速法制備混凝土試件，測(cè)得試件膨脹率(見表4)。

表4 砂漿棒快速法骨料堿活性試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，8組粗、細(xì)骨料中有6組為可疑骨料，有2組為非活性骨料。不摻粉煤灰的試件，堿-骨料反應(yīng)明顯，混凝土膨脹率呈指數(shù)型變化，3天、7天、14天平均膨脹率分別為0.022、0.036、0.108。摻20%粉煤灰試件6-2、7-2、8-2出現(xiàn)了收縮現(xiàn)象，其余試驗(yàn)組膨脹率變化較小。可見，摻加20%粉煤灰能夠降低骨料發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 原因分析

發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的兩個(gè)必備因素，一是有水環(huán)境，二是環(huán)境中的可溶堿達(dá)到一定濃度。粉煤灰是一種活性材料，摻入混凝土后能夠消耗骨料中可溶的堿和水泥水化后生成的氫氧化鈣，降低了混凝土中堿的含量；與此同時(shí)，粉煤灰具有很好的填充作用，水化后能夠降低混凝土的孔隙率，使混凝土密實(shí)，外界水很難進(jìn)入內(nèi)部，形成內(nèi)部相對(duì)干燥的環(huán)境，骨料中的堿性氧化物無(wú)法溶解，降低了發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論與建議

經(jīng)過砂漿棒快速法等試驗(yàn)，該8組混凝土粗、細(xì)骨料中大部分樣品存在潛在堿活性危害，不摻粉煤灰的試件，堿-骨料反應(yīng)明顯，混凝土膨脹率呈指數(shù)型變化，3天、7天、14天平均膨脹率分別為0.022、0.036、0.108。摻20%粉煤灰試件膨脹率變化較小。摻加20%粉煤灰能夠降低骨料發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際工程中，混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，為防止混凝土建筑物遭受堿-骨料反應(yīng)破壞，建議在工程中使用堿含量較低的水泥，同時(shí)，在保證強(qiáng)度和耐久性的前提下?lián)饺?0%及以上的粉煤灰能夠有效控制混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng)。