不同粉煤灰摻量對人工骨料堿活性抑制影響試驗研究

呂鵬飛，許繼剛

(國電大渡河深溪溝水電有限公司，四川漢源 625300)

1 問題產生的背景

近年來混凝土堿骨料反應(AAR)給建筑物帶來的破壞已逐漸被人們所認知，尤其是大型水利工程在前期勘測設計階段，對混凝土骨料進行堿活性試驗分析已是必不可少。如何降低或避免混凝土堿骨料反應，廣大科研工作者對該課題作了大量的試驗分析工作。筆者以深溪溝水電站為例，介紹了對當地人工骨料堿活性抑制進行的試驗研究。深溪溝水電站大壩混凝土設計總量103.5萬m3，其中主體結構混凝土76萬m3。招標階段擬采用兩種料源作為人工骨料:一種是洞室開挖過程中產生的洞挖可用料(主要為白云質灰巖);另一種是基坑覆蓋層開挖過程中產生的砂卵礫石料(以下簡稱河床料)。洞挖料經檢測性能穩定，適合作為混凝土骨料料源。筆者主要針對河床料的堿活性試驗相關檢測結果進行分析，通過試驗，研究了不同粉煤灰摻量對人工骨料堿活性的抑制影響，為大壩粉煤灰選擇提供了參考依據。

2 人工骨料堿活性檢驗

2.1 河床料堿活性檢測

試驗檢驗按規范［1］中的砂漿棒快速法對河床料進行堿活性檢驗。

按式(1)計算摻和料對堿骨料反應膨脹的抑制率R。

式中 E0為參比試件(無摻和料摻入)膨脹率;Ei為同齡期摻加摻和料試件的膨脹率。

該方法能在較短時間內檢測出骨料在砂漿中潛在的有害的堿-硅酸反應(ASR)，適合于檢驗反應緩慢或只在后期才產生膨脹的骨料。為了減少試驗的偶然性，對河床料進行了四次平行試驗，試驗結果見表1。

表1 河床料堿活性檢驗結果(砂漿棒快速法)表

上述檢驗結果表明，四次檢驗的砂漿試件14 d膨脹率均大于0.2%。因此可以判定，深溪溝水電站的人工骨料(河床料)具有潛在堿活性。

2.2 原材料性能檢測

本次試驗所采用的水泥為峨勝普硅42.5水泥、金頂普硅42.5水泥及嘉華低熱42.5水泥;采用的粉煤灰為濤峰Ⅱ級灰和廣安Ⅱ級灰，其化學分析見表2。峨勝水泥、金頂水泥和嘉華水泥的壓蒸膨脹率分別為:0.016%、0.019% 及0.021%，滿足規范中砂漿棒快速法對水泥壓蒸膨脹率小于0.20%的要求。

3 不同粉煤灰品種抑制河床料堿活性效果分析

采用深溪溝水電站混凝土擬用的兩種Ⅱ級粉煤灰進行不同粉煤灰品種及摻量(0%、20%、30%和40%)抑制河床料堿活性影響的試驗研究。其中水泥品種為峨勝普硅水泥，骨料為深溪溝水電站當地具有潛在活性的河床料。試驗方法采用砂漿棒快速法和混凝土棱柱體法。

表2 水泥化學成分表

3.1 砂漿棒快速法試驗成果

(1)水泥為峨勝普硅水泥，采用濤峰Ⅱ級粉煤灰及廣安Ⅱ級粉煤灰，粉煤灰摻量分別為20%、30%、40%時，兩種粉煤灰配制的砂漿棒14 d膨脹率均隨粉煤灰摻量的增加而降低。

(2)兩種粉煤灰配制的砂漿棒的膨脹抑制率相差不大。當粉煤灰摻量分別為20%、30%、40%時，采用濤峰Ⅱ級灰配制的砂漿棒14 d膨脹抑制率較廣安Ⅱ級灰分別高1.8%、1.3%、0.8%，表明摻濤峰Ⅱ級灰對河床人工骨料堿活性的抑制效果略優于摻廣安Ⅱ級灰。

砂漿棒快速法試驗成果見表3及圖1、2。

表3 不同粉煤灰品種的膨脹率和抑制率(砂漿棒快速法)表

圖1 不同粉煤灰品種的膨脹率圖

3.2 混凝土棱柱體法試驗成果

(1)當水泥為金頂水泥、采用濤峰Ⅱ級灰及廣安Ⅱ級灰、粉煤灰摻量分別為10%、20%、30%時，兩種粉煤灰配制的混凝土棱柱體52周膨脹率均隨粉煤灰摻量的增加而降低。

圖2 不同粉煤灰品種的14 d膨脹抑制率圖

(2)兩種粉煤灰拌制的混凝土棱柱體的膨脹抑制率有一定差異，當粉煤灰摻量分別為10%、20%、30%時，采用濤峰Ⅱ級灰拌制的混凝土棱柱體52周膨脹抑制率較廣安Ⅱ級灰分別高3%、10.5%、4.9%，表明摻濤峰Ⅱ級灰對河床人工骨料堿活性的抑制效果略優于摻廣安Ⅱ級灰，與砂漿棒快速法試驗研究結果相一致。

混凝土棱柱體法的具體試驗成果見表4。

4 單一粉煤灰品種抑制河床料堿活性效果分析

選用深溪溝工程采用的廣安Ⅱ級粉煤灰進行不同摻量粉煤灰抑制河床料堿活性的試驗研究。水泥品種為峨勝普硅水泥、金頂普硅水泥及嘉華低熱水泥;粉煤灰的摻量為0%、10%、20%、30%和40%，同時進行非活性骨料砂漿膨脹率的測試，并與不同粉煤灰摻量時河床料的砂漿膨脹率進行比較，進而對粉煤灰抑制河床料堿活性效果進行分析，成果如下:

表4 不同粉煤灰品種的膨脹率和抑制率(混凝土棱柱體法)表

(1)采用廣安Ⅱ級灰。隨著粉煤灰摻量的增加，三種水泥配制的砂漿棒試件的膨脹抑制率隨粉煤灰摻量的增加而提高。當粉煤灰摻量大于20%時，三種水泥配制的砂漿棒試件的膨脹抑制率均大于95%，滿足試驗規程［1］要求。

(2)與非活性骨料相比，當粉煤灰摻量大于20%時，采用三種水泥配制的砂漿棒14 d膨脹率均小于對應水泥與非活性骨料配制的砂漿棒14 d膨脹率，表明在粉煤灰摻量不小于20%的情況下，河床料用于實際工程中具有一定的安全性。

具體試驗成果見表5，與非活性骨料的比較情況見圖3～5。

表5 不同粉煤灰品種的膨脹率和抑制率(砂漿棒快速法)表

5 結語

通過對不同品種水泥條件下進行抑制深溪溝工程河床料堿活性膨脹試驗分析，可以得出以下結論:

(1)在相同的條件下，濤峰Ⅱ級粉煤灰對骨料堿活性的抑制效果略優于廣安Ⅱ級粉煤灰。

(2)當粉煤灰摻量大于20%時，三種水泥配制的砂漿棒試件的膨脹抑制率均大于95%，滿足相關規程規范要求。同時，與非活性骨料相比，其14 d砂漿棒膨脹率小于非活性骨料的膨脹率。因此，通過對膠凝材料進行比選，建議摻入30%左右粉煤灰，對河床料堿活性抑制效果更好;同時，還可以有效降低單方水泥用量，提高混凝土抗裂性能并降低溫控成本。就目前使用效果而言，深溪溝工程河床料用于實際工程中具有一定的安全性。

圖3 峨勝普硅水泥膨脹率圖

圖4 金頂普硅水泥膨脹率圖

圖5 嘉華地熱水泥膨脹率圖

［1］ 水工混凝土砂石骨料試驗規程，DL/T5151－2001［S］.