某天然砂礫石料場骨料堿活性研究

吳曉華 王 朋 李煜宵 鹿明軒 賈海萍

（長江三峽勘測研究院有限公司（武漢），湖北 武漢 430074）

1 堿活性的基本概念

堿活性骨料是指在一定條件下會與混凝土中的水泥、外加劑、摻合劑等中的堿物質發生化學反應，導致混凝土結構產生膨脹、開裂甚至破壞的骨料。化學反應類型包括堿硅酸反應、堿硅酸鹽反應及堿碳酸鹽反應。

2 料場概況

仁沱大中壩天然砂礫石料場位于長江右岸仁沱鎮支坪花鋪村的長江與綦江河匯合處的上游一長江江心洲，臺面平坦寬闊，呈近似三角形分布，最長約1800m，最寬約750m，階地臺面分布高程178～185m，面積約1.6km2。

料場鉆孔揭露為第四系沖積堆積物（Qal）和下伏的侏羅系上統遂寧組（J3s）地層：地層巖性從上而下依次為粉、細砂夾粉土層→砂礫石層→粘土巖、粘土質粉砂巖、粉砂巖。

砂礫石層為材料層，砂為粉細砂，含砂率約22%，主要為0.60mm及以下粒徑組，級配不良；含礫率約78%，粒徑主要為20～80mm，少量大于150mm，礫石磨圓度較好，多呈次圓狀～次棱角狀，礫石質地堅硬，成分主要為火成巖及變質巖類巖石，少量沉積巖。

3 堿活性試驗

仁沱大中壩天然砂礫石料場共取3組砂礫石樣，采用巖相法、砂漿棒快速法和混凝土棱柱體試驗法進行試驗，試驗按DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗規程》相關方法進行。

3.1 巖相法

巖相法檢驗骨料堿活性是通過肉眼和借助偏光顯微鏡鑒定骨料的礦物組成及其含量，以及礦物結晶程度和結構，初步判斷骨料是否存在堿活性以及堿活性骨料的品種和數量，是骨料堿活性鑒定的必選方法。

本次試驗對3組砂樣、礫石樣分別進行了巖相鑒定，試驗成果見表3.1、表3.2。

由試驗成果可知：料場砂粒主要成分為灰巖、石英、玄武巖、長石、燧石及云母石英片巖等；礫石的巖性成分復雜，種類較多，常見礫石的巖石成分為玄武巖、花崗斑巖、花崗巖、英安巖、變質砂巖、安山巖、凝灰巖等及少量的石英巖和糜棱巖。砂料和礫石料中均含有一定量的堿活性礦物成分，它們是否具有堿活性危害性反應需通過堿活性膨脹反應驗證。

表3.1 砂料的主要巖石及礦物含量成果表

表3.2 礫石料的主要巖石及礦物含量成果表

3.2 砂漿棒快速法

砂礫石料的砂漿棒快速法檢測主要針對三個方向進行，一是天然砂的堿活性檢測；二是礫石的堿活性檢測；三是礫石中不同巖性的堿活性檢測。天然砂樣無需篩分，將試樣洗凈晾干，并按實際細度模數成型；礫石料按照DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗規程》規定的方法進行。即把礫石破碎成表3.3所示級配及比例組合的細骨料再進行試驗。

表3.3 砂料級配比例表

評定標準：14d膨脹率<0.1%，為非活性骨料；14d膨脹率>0.2%，為具有潛在危害性反應活性骨料；14d膨脹率介于0.1%-0.2%之間，應結合現場記錄、巖相分析、觀測時間延至28d后的測試結果或開展其他輔助試驗等綜合評定。試驗成果見表3.4、表3.5、表3.6。

從試驗成果可知：3組天然砂樣14d膨脹率大于0.10%小于0.20%，延長至28d的膨脹率均大于0.2%，可評定具有潛在堿活性；3組礫石樣中14d膨脹率大于0.2%，評定具有潛在堿活性；礫石中的主要活性巖石為花崗巖、花崗斑巖、變質砂巖和石英巖。

表3.4 砂樣砂漿棒快速法試驗成果

3.3 混凝土棱柱體試驗法

按照DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗規程》規定的方法進行。粗骨料為三級配：20mm～15mm、15mm～10mm、10mm～5mm，各按1/3等量混合。細骨料細度模數為2.7±0.2。混凝土配合比：水泥用量為420±10kg/m3；水灰比為0.42～0.45；粗細骨料質量比為60:40。試驗中除外加NaOH使水泥堿含量達到1.25%外，不使用其他的外加劑及摻和料。試件尺寸為285mm 75mm 75mm，一組為三根試件。試件成型在20℃±2℃的拌和間進行，試件成型后連試模一起送入20℃±2℃，相對濕度95%以上的養護室中養護24h±2h拆模，在20℃±2℃的恒溫室中測量試件的基準長度，然后把試件放入養護筒中（底部加適量水），蓋嚴筒蓋，并放入38℃±2℃的養護室中養護。在1周、2周、4周、8周、13周、18周、26周、39周和52周齡期測量試件的長度變化。

表3.5 砂石料砂漿棒快速法試驗成果

表3.6 砂石料中各主要巖石砂漿棒快速法試驗成果

評定標準：棱柱體一年膨脹率超過0.04%時，骨料具有活性；反之，則骨料評為非活性。

從表3.7可以看出，當齡期為364d，即1年時，仁沱大中壩料場砂礫石料成型的混凝土棱柱體試件的膨脹率均大于0.04%，評定為活性骨料。

表3.7 混凝士棱柱體法試驗成果

4 小結

（1）料場砂粒主要成分為灰巖、石英、玄武巖、長石、燧石及云母石英片巖等；礫石的巖石成分為玄武巖、花崗斑巖、花崗巖、英安巖、變質砂巖、安山巖、凝灰巖等及少量的石英巖和糜棱巖；其中花崗巖、花崗斑巖、變質砂巖和石英巖為主要活性巖石。

（2）料場的砂料、礫石料均具有潛在堿活性，若作為混凝土骨料，將不利于工程的安全性和耐久性，須采取適當的工程技術措施抑制其堿活性反應。