地下洞室開挖堿活性骨料抑制措施研究

李 召 杰， 王 國 陽， 錢 凱 旋， 董 美 玉

(華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司拉哇分公司，四川 成都 610041)

1 概 述

骨料堿活性反應(yīng)是導(dǎo)致混凝土耐久性降低的主要因素之一，依據(jù)骨料活性成分不同，主要分為堿-硅酸、堿-硅酸鹽與堿-碳酸鹽反應(yīng)三類，這些都是混凝土內(nèi)部的堿性成分與骨料中的活性成分發(fā)生反應(yīng)，引起混凝土的膨脹與開裂，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性，因此，堿活性反應(yīng)被稱為混凝土的“癌癥”[1-4]。

拉哇水電站工區(qū)和鄰近范圍內(nèi)無充足儲(chǔ)量的天然骨料料場(chǎng)，需通過砂石系統(tǒng)加工所需人工骨料。可研階段對(duì)工區(qū)內(nèi)的巖石料場(chǎng)進(jìn)行了勘探和研究，其中右岸地下洞室開挖料主要位于第3層(Ptxna-3)角閃片巖、綠泥角閃片巖和第4層(Ptxna-4)大理巖地層內(nèi)。第3層(Ptxna-3)角閃片巖、綠泥角閃片巖經(jīng)試驗(yàn)判別為非活性骨料，第4層大理巖(Ptxna-4)因巖相不穩(wěn)定，夾有云母石英片巖，且云母石英片巖片理發(fā)育和各向異性明顯，為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料。根據(jù)分析研究結(jié)果，推薦右岸地下洞室開挖料中的角閃片巖和綠泥角閃片巖作為導(dǎo)流洞混凝土人工骨料的來源。

2 砂漿棒快速法和巖石巖相法

鑒于導(dǎo)流洞工程的重要性，施工期間對(duì)導(dǎo)流洞開挖毛料采用砂漿棒快速法和巖石巖相法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.1 砂漿棒快速法檢測(cè)結(jié)果

(1)導(dǎo)①0+260 m，第1層石英角閃片巖，砂漿試件14 d齡期膨脹率為0.229%；

(2)導(dǎo)①1+439 m，第3層石英角閃片巖，砂漿試件14 d齡期膨脹率為0.264%；

(3)導(dǎo)①2+050 m，第3層綠泥角閃片巖，砂漿試件14 d齡期膨脹率為0.229%。

據(jù)研究，三個(gè)部位巖石均為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料。

2.2 巖石巖相法檢測(cè)結(jié)果

(1)取樣點(diǎn)導(dǎo)①0+260 m，從巖石鑒定特征看，巖石定名為含方柱石硅質(zhì)大理巖，其中硅質(zhì)中的微晶石英為堿活性礦物。

(2)取樣點(diǎn)導(dǎo)①1+439 m，從巖石鑒定特征看，巖石定名為碎裂二云石英片巖，其中所含微晶或應(yīng)變石英屬堿活性礦物。

(3)取樣點(diǎn)導(dǎo)②2+050 m，從巖石鑒定特征看，巖石定名為石英角閃片巖，其中所含微晶石英屬堿活性礦物。

由此可知，三個(gè)部位巖石均含有堿活性礦物，屬堿-硅酸反應(yīng)類型。因?qū)Я鞫催\(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量要求高，導(dǎo)流洞結(jié)構(gòu)混凝土不允許有堿活性反應(yīng)。鑒于試驗(yàn)結(jié)果，為順利推動(dòng)工程建設(shè)，開展骨料堿活性抑制試驗(yàn)和混凝土配合比試驗(yàn)，獲得適用于含堿活性礦物的骨料堿活性抑制措施參數(shù)、原材料性能參數(shù)和混凝土配合比參數(shù)是十分必要的。

3 堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)

本文選取7種水泥和1種粉煤灰開展抑制骨料堿-硅酸反應(yīng)活性有效性試驗(yàn)[5]，水泥化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果和粉煤灰化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表1、2。

表1 水泥化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

表2 粉煤灰化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

導(dǎo)流洞工程采用7種水泥分別與FMH-A摻量為15%、20%、25%、30%時(shí)進(jìn)行堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)(快速砂漿棒法)。本文選取其中2種水泥進(jìn)行分析，堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)(快速砂漿棒法)結(jié)果見表3。

根據(jù)表3試驗(yàn)結(jié)果，兩種水泥在粉煤灰摻量為20%及以下時(shí)，無法達(dá)到抑制混凝土堿—骨料反應(yīng)有效的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。另外，SN-C僅在粉煤灰摻量為30%且取樣點(diǎn)為導(dǎo)①2+050 m時(shí)，達(dá)到抑制混凝土堿—骨料反應(yīng)有效的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，其余均無效。SN-E在粉煤灰摻量為25%和30%時(shí)，僅在取樣點(diǎn)為導(dǎo)①1+439 m無效，其余均可以滿足抑制混凝土堿—骨料反應(yīng)有效的評(píng)定要求[6]。

SN-C、SN-E在不同粉煤灰摻量比例下，堿骨料反應(yīng)抑制效能有很大的差別。低堿水泥SN-E較普硅水泥SN-C在抑制效能方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。因此，在綜合考慮堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)(快速砂漿棒法)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用低堿水泥與粉煤灰摻量為30%時(shí)進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)。

表3 堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)(快速砂漿棒法)結(jié)果

4 混凝土配合比試驗(yàn)

由于導(dǎo)流洞混凝土骨料來源-右岸地下洞室開挖料評(píng)定為具有潛在危害性堿-硅酸鹽反應(yīng)的活性骨料。為保證工程的耐久性，在綜合考慮堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)(快速砂漿棒法)結(jié)果時(shí)，要明確導(dǎo)流洞混凝土配合比粉煤灰摻量為30%，水泥使用低堿水泥進(jìn)行試驗(yàn)研究。

4.1 配合比試驗(yàn)

本文選取兩種低堿水泥試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果見表4。在采取粉煤灰摻量為30%，水泥為低堿水泥進(jìn)行配合比的試驗(yàn)結(jié)果表明：各種標(biāo)號(hào)的混凝土總堿含量均滿足技術(shù)規(guī)范要求[7]。

表4 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

4.2 應(yīng)用效果

(1)導(dǎo)流洞工程所用混凝土共檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度1 907組，混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差：C25混凝土2.14～2.45 MPa，C30混凝土2.67～3.77 MPa，保證率95.9%～99.4%，混凝土質(zhì)量總體良好。

(3)混凝土劈拉強(qiáng)度共檢測(cè)105組，檢測(cè)成果滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)第三方檢測(cè)中心分別檢測(cè)混凝土拌和物坍落度、含氣量、出機(jī)口溫度12 796次、581次、162次，檢測(cè)結(jié)果總體滿足設(shè)計(jì)要求。

(5)在截流驗(yàn)收階段，驗(yàn)收專家組對(duì)導(dǎo)流洞洞身混凝土做出綜合評(píng)價(jià)：導(dǎo)流洞工程混凝土滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土總體質(zhì)量良好。

5 結(jié) 語

(1) 導(dǎo)流洞工程受自身料源限制，采用含有堿活性的角閃片巖、綠泥角閃片巖。通過堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)研究，低堿水泥較普硅水泥在抑制效能方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。

(2) 為了確保導(dǎo)流洞工程質(zhì)量，綜合考慮抑制試驗(yàn)結(jié)果，確定采用粉煤灰摻量為30%，水泥使用低堿水泥進(jìn)行配合比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，各種標(biāo)號(hào)的混凝土總堿含量均滿足《水工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)范》(DL/T5241-2010)的要求。

(3) 在導(dǎo)流洞工程建設(shè)過程中，過程中對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能均做了相應(yīng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土質(zhì)量整體良好。

(4) 本文在進(jìn)行堿骨料反應(yīng)抑制試驗(yàn)時(shí)，未采用其他類型粉煤灰且對(duì)于粉煤灰摻量在25%～30%之間的抑制試驗(yàn)沒有進(jìn)行細(xì)化研究，這是后續(xù)研究的一個(gè)重點(diǎn)。另外，由于導(dǎo)流洞工程運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，需繼續(xù)跟蹤研究運(yùn)行期導(dǎo)流洞混凝土的安全性。