水溶出法測(cè)定混凝土堿含量的有效性研究

黃 姣，劉清波，尹幫達(dá)

(湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，長沙 410007)

堿骨料反應(yīng)是混凝土常見破壞形式之一，會(huì)造成混凝土的開裂及整體破壞。其中混凝土孔隙溶液中的有效堿含量才是造成堿骨料反應(yīng)的有效成分已經(jīng)成為共識(shí)[1-3]，但目前仍沒有準(zhǔn)確有效的方法測(cè)定混凝土堿含量，大量學(xué)者仍在對(duì)有效堿的檢測(cè)方法進(jìn)行探索研究，其中水溶出法是目前研究最多的方法之一[4-6]，大部分學(xué)者主要參照ASTM C114—2007《Standard Test Methods for Chemical Analysis of Hydraulic Cement》[7]進(jìn)行試驗(yàn)或改進(jìn)，雖然GB/T 50784—2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》6.4.3節(jié)[8]已經(jīng)對(duì)混凝土可溶性堿含量的檢測(cè)進(jìn)行了規(guī)定，但水溶出法測(cè)定混凝土堿含量仍需進(jìn)一步收集數(shù)據(jù)進(jìn)行完善。

1 試驗(yàn)過程

1.1 混凝土配合比計(jì)算堿含量

混凝土配合比計(jì)算堿含量參照規(guī)范DL/T 5298—2013[9]按式(1)計(jì)算

Mh=Wc×Cc+Wa×Ca+Wm×Cm

(1)

式中,Mh為混凝土的總堿量，kg/m3；Wc為混凝土水泥用量，kg/m3；Wa為混凝土外加劑用量，kg/m3；Wm為混凝土粉煤灰用量，kg/m3；Cc為水泥有效堿含量，%，按100%堿含量計(jì)算；Ca為外加劑有效堿含量，%，按100%堿含量計(jì)算；Cm為粉煤灰有效堿含量，%，按粉煤灰堿含量的1/5計(jì)算。

另外，通過添加25%NaOH溶液，得到不同的混凝土計(jì)算堿含量。

1.2 混凝土配合比

采用的混凝土配合比見表1，水泥為蓮花P·O42.5，堿含量為0.66%，粉煤灰為鯉魚江F類II級(jí)粉煤灰，堿含量為0.9%，骨料1為新疆烏恰地區(qū)的弱絹云母化石英砂巖，骨料2為湖南道縣地區(qū)的千枚巖，采用砂漿棒快速法檢測(cè)均判定為活性骨料。

表1 混凝土配合比

1.3 水溶出法測(cè)定混凝土堿含量

參照GB/T 50784—2013，先破碎混凝土，剔除石子，研磨至全部通過0.080 mm的方孔篩，用磁鐵吸出樣品中的金屬鐵屑，將樣品置于105 ℃恒溫干燥箱中烘干至恒重，取25.0 g樣品放入500 mL的錐形瓶中，加入300 mL蒸餾水，在80 ℃水浴鍋中用磁力攪拌器攪拌2 h，然后在弱真空條件下用布氏漏斗過濾，將濾液轉(zhuǎn)移至 500 mL的容量瓶中，加水至刻度，搖勻。用火焰光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)得檢流計(jì)的讀數(shù)。與此同時(shí)用蒸餾水做空白樣品，扣除空白樣品的檢流計(jì)讀數(shù)后，從工作曲線上查得K2O、Na2O的毫克數(shù)，計(jì)算混凝土中的可溶性堿量。

1.4 砂漿棒快速法測(cè)膨脹率

混凝土拌合物篩除粗骨料后，成型25.4 mm×25.4 mm×285 mm規(guī)格砂漿試件，參照砂漿棒快速法進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定不同齡期試件膨脹率。

2 分析與討論

用水溶出法測(cè)定混凝土堿含量見表2。

表2 不同齡期混凝土水溶出法測(cè)得堿含量

2.1 摻粉煤灰對(duì)水溶出法測(cè)定堿含量的影響

已有大量文章證明[10,11]，粉煤灰在抑制堿骨料反應(yīng)方面有著重要作用，摻入一定量的粉煤灰能有效降低砂漿棒膨脹率。表2中y6與y7、y13與y14相同齡期堿含量進(jìn)行比較，可以看出，雖然前期摻粉煤灰的樣品相較于未摻粉煤灰的樣品測(cè)得堿含量小，但后期摻粉煤灰的樣品相較于未摻粉煤灰的樣品堿含量增加。唐明述等人[12]從化學(xué)作用的角度總結(jié)了四點(diǎn)摻合料對(duì)堿骨料反應(yīng)的影響原因，其中一種影響原因?yàn)閾胶狭衔⒘１砻娈a(chǎn)生界面化學(xué)作用，吸附OH-、Na+、K+，降低骨料表面的離子濃度，從試驗(yàn)結(jié)果看，早期粉煤灰吸附堿離子的能力強(qiáng)，在后期粉煤灰又將堿離子釋放出來，這個(gè)也符合張承志等人的觀點(diǎn)[13]，即反應(yīng)前期粉煤灰顆粒先吸附堿離子，減緩堿骨料反應(yīng)，但粉煤灰與Ca(OH)2能發(fā)生火山灰反應(yīng)，故隨著火山灰反應(yīng)的發(fā)生，Ca2+使粉煤灰對(duì)堿離子的吸附作用減小，堿離子被釋放出來。

另外，混凝土拌合物篩除骨料后參照砂漿棒快速法進(jìn)行試驗(yàn)，膨脹率見表3。

從砂漿棒膨脹率可以看出，摻了粉煤灰的試件膨脹率低于沒摻粉煤灰的試件，粉煤灰對(duì)堿反應(yīng)起到了抑制作用，結(jié)合以上說明，水溶出法測(cè)得堿含量高的不一定更易發(fā)生堿反應(yīng)，水溶出法還需考慮粉煤灰的影響。

表3 砂漿棒快速法膨脹率

2.2 不同齡期水溶出法測(cè)定堿含量變化

從表2可以看出，不同齡期堿含量測(cè)定值呈現(xiàn)無規(guī)律波動(dòng)。由于混凝土試塊成型時(shí)伴隨著一定程度的不均勻，試塊之間存在著一定差異，同時(shí)水溶出法取樣時(shí)難以做到從大量樣品中均勻取樣，這將造成水溶出法測(cè)定堿含量的波動(dòng)。

雖然堿含量呈現(xiàn)一定的波動(dòng)，但沒有摻粉煤灰的混凝土整體趨勢(shì)是隨著齡期的增加堿含量降低。一方面在混凝土的養(yǎng)護(hù)過程中，由于外部離子濃度低，內(nèi)部離子濃度高，堿離子往外遷移出混凝土到環(huán)境中[14]；另一方面，隨著混凝土內(nèi)部反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生，堿離子被結(jié)合于反應(yīng)產(chǎn)物中，成為不溶堿，使測(cè)得堿含量降低。

2.3 水溶出法測(cè)定堿含量與計(jì)算堿含量關(guān)系

從表2可以得出，28 d齡期時(shí)，水溶出法測(cè)得堿含量與計(jì)算堿含量的比例在37.4%～59.9%，252 d時(shí)，水溶出法測(cè)得堿含量與計(jì)算堿含量的比例在31.2%～58.3%，水溶出法測(cè)得堿含量與計(jì)算堿含量并無很好的相關(guān)性，水溶出法測(cè)得堿含量的指導(dǎo)意義仍需進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 論

水溶出法測(cè)得的堿含量受取樣位置、取樣齡期、是否摻粉煤灰等因素的影響，測(cè)定結(jié)果呈現(xiàn)無規(guī)律波動(dòng)，與計(jì)算堿含量的比例為31.2%～59.9%，其與真實(shí)可溶性堿含量的關(guān)系還需進(jìn)一步探討，水溶出法仍需進(jìn)一步完善。