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有限公司拉哇分公司，四川 成都 610041)

1 概 述

骨料堿活性反應是導致混凝土耐久性降低的主要因素之一，依據骨料活性成分不同，主要分為堿-硅酸、堿-硅酸鹽與堿-碳酸鹽反應三類，這些都是混凝土內部的堿性成分與骨料中的活性成分發生反應，引起混凝土的膨脹與開裂，嚴重影響混凝土的耐久性，因此，堿活性反應被稱為混凝土的“癌癥”[1-4]。

拉哇水電站工區和鄰近范圍內無充足儲量的天然骨料料場，需通過砂石系統加工所需人工骨料。可研階段對工區內的巖石料場進行了勘探和研究，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。第3層(Ptxna-3)角閃片巖、綠泥角閃片巖經試驗判別為非活性骨料，第4層大理巖(Ptxna-4)因巖相不穩定，夾有云母石英片巖，且云母石英片巖片理發育和各向異性明顯，為具有潛在危害性反應的活性骨料。根據分析研究結果，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

鑒于導流洞工程的重要性，施工期間對導流洞開挖毛料采用砂漿棒快速法和巖石巖相法進行檢驗。

2.1 砂漿棒快速法檢測結果

(1)導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%。

據研究，三個部位巖石均為具有潛在危害性反應的活性骨料。

2.2 巖石巖相法檢測結果

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

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

(3)取樣點導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，三個部位巖石均含有堿活性礦物，屬堿-硅酸反應類型。因導流洞運行時間長，工程結構復雜，質量要求高，導流洞結構混凝土不允許有堿活性反應。鑒于試驗結果，為順利推動工程建設，開展骨料堿活性抑制試驗和混凝土配合比試驗，獲得適用于含堿活性礦物的骨料堿活性抑制措施參數、原材料性能參數和混凝土配合比參數是十分必要的。

3 堿骨料反應抑制試驗

本文選取7種水泥和1種粉煤灰開展抑制骨料堿-硅酸反應活性有效性試驗[5]，水泥化學指標檢測結果和粉煤灰化學指標檢測結果見表1、2。

表1 水泥化學指標檢測結果

表2 粉煤灰化學指標檢測結果

導流洞工程采用7種水泥分別與FMH-A摻量為15%、20%、25%、30%時進行堿骨料反應抑制試驗(快速砂漿棒法)。本文選取其中2種水泥進行分析，堿骨料反應抑制試驗(快速砂漿棒法)結果見表3。

根據表3試驗結果，兩種水泥在粉煤灰摻量為20%及以下時，無法達到抑制混凝土堿—骨料反應有效的評定標準。另外，SN-C僅在粉煤灰摻量為30%且取樣點為導①2+050 m時，達到抑制混凝土堿—骨料反應有效的評定標準，其余均無效。SN-E在粉煤灰摻量為25%和30%時，僅在取樣點為導①1+439 m無效，其余均可以滿足抑制混凝土堿—骨料反應有效的評定要求[6]。

SN-C、SN-E在不同粉煤灰摻量比例下，堿骨料反應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勢。因此，在綜合考慮堿骨料反應抑制試驗(快速砂漿棒法)結果的基礎上，采用低堿水泥與粉煤灰摻量為30%時進行混凝土配合比試驗。

表3 堿骨料反應抑制試驗(快速砂漿棒法)結果

4 混凝土配合比試驗

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

4.1 配合比試驗

本文選取兩種低堿水泥試驗結果進行分析，混凝土配合比試驗結果見表4。在采取粉煤灰摻量為30%，水泥為低堿水泥進行配合比的試驗結果表明：各種標號的混凝土總堿含量均滿足技術規范要求[7]。

表4 混凝土配合比試驗結果

4.2 應用效果

(1)導流洞工程所用混凝土共檢測混凝土抗壓強度1 907組，混凝土抗壓強度滿足設計要求。

(2)混凝土抗壓強度標準差：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%，混凝土質量總體良好。

(3)混凝土劈拉強度共檢測105組，檢測成果滿足設計要求。

(4)第三方檢測中心分別檢測混凝土拌和物坍落度、含氣量、出機口溫度12 796次、581次、162次，檢測結果總體滿足設計要求。

(5)在截流驗收階段，驗收專家組對導流洞洞身混凝土做出綜合評價：導流洞工程混凝土滿足設計要求，混凝土總體質量良好。

5 結 語

(1) 導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。通過堿骨料反應抑制試驗研究，低堿水泥較普硅水泥在抑制效能方面具有較大的優勢。

(2) 為了確保導流洞工程質量，綜合考慮抑制試驗結果，確定采用粉煤灰摻量為30%，水泥使用低堿水泥進行配合比試驗。試驗結果表明，各種標號的混凝土總堿含量均滿足《水工混凝土耐久性技術規范》(DL/T5241-2010)的要求。

(3) 在導流洞工程建設過程中，過程中對混凝土的各項性能均做了相應檢測，檢測結果均滿足設計要求，混凝土質量整體良好。

(4) 本文在進行堿骨料反應抑制試驗時，未采用其他類型粉煤灰且對于粉煤灰摻量在25%～30%之間的抑制試驗沒有進行細化研究，這是后續研究的一個重點。另外，由于導流洞工程運行時間長，需繼續跟蹤研究運行期導流洞混凝土的安全性。