改善混凝土堿-骨料反應的試驗研究

樊 強

(新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，新疆 昌吉 831100)

新疆地處祖國西部，地域廣袤，筑壩材料豐富，使用最廣泛的壩型是當地材料壩，由于特殊的自然地理環(huán)境，骨料的堿活性物質比較常見，使得混凝土堿-骨料反應問題突出，本文通過采用不用品種水泥和摻入粉煤灰的方式研究改善混凝土開裂的措施[1]。

1 試驗方法及材料

1.1 試驗方法

使用巖相法初步判斷骨料是否存在堿活性，安排4組試驗，其中取粗骨料母巖3組、細骨料1組。使用砂漿棒快速法進一步判斷骨料的活性和非活性，安排粗細骨料2組。

堿骨料反應抑制有效性試驗：砂料級配、砂漿配合比及砂漿試件測定方法同骨料堿活性檢驗(砂漿棒快速法)一致，摻合料等質量替代水泥。

1.2 試驗材料

(1)水泥。本次堿-骨料反應試驗采用新疆天山水泥有限責任公司生產的P·O42.5高抗硫水泥和P·O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥各項性能指標結果詳見表1～表4。由檢測結果可知，水泥各項性能符合《抗硫酸鹽硅酸鹽水泥》(GB 748—2005)高抗硫水泥P·O42.5的技術(質量)要求、《通用硅酸鹽水泥》(GB 175-2007)[2]普通硅酸鹽水泥P·O42.5的技術(質量)要求，標準稠度用水量、密度、氯離子(高抗硫水泥)、堿含量為實測值。

表1 高抗硫水泥物理性能檢測成果

表2 高抗硫水泥化學分析結果 %

表3 普通硅酸鹽水泥物理性能檢測成果

表4 普通硅酸鹽水泥化學分析結果 %

(2)粉煤灰。抑制堿活性有效性試驗采用新疆華電熱電有限責任公司生產的Ⅰ級粉煤灰，粉煤灰的物理性能及化學性能指標結果詳見表5、表6。通過檢測結果可知，粉煤灰各項性能符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596-2017)[3]Ⅰ級粉煤灰的技術(質量)要求。

表5 粉煤灰物理性能檢測成果

表6 粉煤灰化學性能檢測成果 %

2 骨料的堿活性檢測

2.1 巖相法結果分析

通過薄片鑒定可知，混凝土粗骨料的母巖主要由斜長石、鉀長石、石英、暗色礦物、榍石、黑云母，以及角閃石等巖石組成。細骨料主要為英安巖、霏細巖、閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖、凝灰?guī)r、粉砂巖、泥質粉砂巖、細砂質粉砂巖、粉砂質泥巖、細砂巖、粉砂質細砂巖、鈣質細砂巖、粗砂巖、微晶灰?guī)r、粉晶灰?guī)r、粉晶微晶白云巖、泥質硅質巖、硅質巖、石英巖、絹英巖、千枚巖，以及蝕變巖等巖石組成，骨料中均含有一定量的堿活性礦物成分。為了驗證骨料是否具有潛在的有害堿-硅酸反應，可通過砂漿棒快速法試驗進一步驗證。

2.2 砂漿棒快速法試驗

本次堿活性試驗對所選的1組粗、細骨料分別進行了砂漿棒快速法試驗，結果見表7。

表7 砂漿棒快速法骨料堿活性試驗結果

從砂漿棒快速法試驗結果可以看出：加入高抗硫水泥和普通硅酸鹽水泥細骨料14 d的膨脹率為0.232%、0.337%，膨脹率>0.2%；加入高抗硫水泥和普通硅酸鹽水泥粗骨料14 d的膨脹率為0.194%、0.165%，膨脹率在0.1%～0.2%，試驗延長至28 d，粗骨料膨脹率為0.364%、0.325%，膨脹率>0.2%。則該組粗、細骨料均為具有潛在危害性反應的活性骨料。

加入高抗硫水泥細骨料3 d、7 d、14 d、28 d的膨脹率比普通硅酸鹽水泥的低了38%、47%、31%、17%。說明高抗硫水泥比普通硅酸鹽水泥抑制堿—骨料反應的效果好，主要是因為高抗硫水泥水化生成的Ca(OH)2少。

3 堿骨料反應抑制試驗成果

對所選的該組粗、細骨料采用砂漿棒快速法進行摻加粉煤灰的抑制試驗，粉煤灰摻量按20%和25%摻入，試驗結果詳見表8。

表8 骨料砂漿棒快速法抑制效果試驗結果 %

通過堿骨料反應抑制有效性試驗(砂漿棒快速法)結果表明：

(1)在粗、細骨料中摻入20%的Ⅰ級粉煤灰后，4組試件28 d的膨脹率均>0.10%，不能有效抑制堿骨料反應。

(2)在粗、細骨料中摻入25%的Ⅰ級粉煤灰后，4組試件28 d的膨脹率均<0.10%，能有效抑制堿骨料反應。

(3)摻入Ⅰ級粉煤灰后，砂漿棒膨脹率比不慘粉煤灰下降60.0%～83.0%，且普通P·O42.5硅酸鹽水泥+25%粉煤灰的組合抑制膨脹效果最佳，達到83%，其次是P·O42.5高抗硫水泥+25%粉煤的組合達到81%。

4 結 論

(1)通過薄片鑒定可知，混凝土粗骨料和細骨料中均含有一定量的堿活性礦物成分。

(2)通過骨料堿活性檢驗(砂漿棒快速法)試驗可知，本工程采用的骨料均是堿活性骨料，存在危害性。高抗硫水泥比普通硅酸鹽水泥抑制堿—骨料反應的效果好，主要是因為高抗硫水泥水化生成的堿少。

(3)采用P·O42.5高抗硫水泥和P·O42.5普通硅酸鹽水泥摻入Ⅰ級粉煤灰進行堿骨料反應抑制試驗，摻粉煤灰試件膨脹率比不慘粉煤灰下降60.0%～83.0%，且普通硅酸鹽+25%粉煤灰組合的抑制效果最好。