強(qiáng)堿活性砂巖骨料的抑制措施研究

夏萬求1劉晨霞2李幼勝1

(1. 江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西 南昌330603；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京100038)

【摘要】本文詳細(xì)介紹了砂巖骨料堿硅酸反應(yīng)活性的研究結(jié)果。砂巖主要由碎屑和膠結(jié)物組成，其中粒徑小于0.05mm的隱—微晶石英約占總量的10%～15%，波狀消光石英約占15%。經(jīng)砂漿棒快速法檢測14天膨脹率達(dá)到0.448%，具有較強(qiáng)的堿硅酸反應(yīng)活性。試驗表明摻加20%以上的粉煤灰、4%以上的硅灰、30%以上的礦粉等礦物摻和料對抑制砂巖的堿硅酸反應(yīng)是有效的。本文的研究結(jié)果為洪屏抽水蓄能電站工程面板混凝土的骨料選定及配合比試驗提供了技術(shù)支持，為保證工程質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】砂巖骨料；堿硅酸反應(yīng)活性；抑制措施

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.09.016

中圖分類號：TV42+2

Research on inhibition measures of alkali activity sandstone aggregate

XIA Wanqiu1, LIU Chenxia2, LI Yousheng1

(1.JiangxiHongpingPumpedStorageCo.,Ltd.,Nanchang330603,China;

2.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100038,China)

Abstract:In the paper, research results of sandstone aggregate alkali-silica reaction activity are introduced in detail. Sandstone is mainly composed of clast and cement, wherein adiagnostic quartz with particle size less than 0.05mm accounts for about 10%~15% of total amount, and undulatory extinction quartz accounts for about 15%. 14-day expansion rate is up to 0.448% according to test by mortar bar quick method. It has strong alkali-silicate reaction activity. Experiment shows that admixing of more than 20% fly ash, more than 4% silica fume, more than 30% mineral powder and other mineral admixture is effective to inhibit alkali-silica reaction of sandstone. Research results in the paper provides technical support for selecting aggregate of facing concrete and mixing ratio test in Hongping Pumped Storage Power Station Project, and lays the foundation for ensuring project quality.

Key words: sandstone aggregate; alkali-silica reaction activity; inhibition measures

1概述

堿骨料反應(yīng)是影響混凝土耐久性的一個重要方面。施工中若不可避免地采用含有活性的骨料，堿骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，特別是對于薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，將無法補(bǔ)救，給工程帶來的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此，必須進(jìn)行骨料的堿活性檢驗和堿活性骨料的抑制試驗，使混凝土結(jié)構(gòu)不發(fā)生堿骨料反應(yīng)，這對延長工程使用壽命具有重要意義。

在我國南方的江西、浙江、湖南、廣西等地區(qū)的山脈存在大量的砂巖，當(dāng)?shù)氐母黝惤ㄖ锊豢杀苊獾匾玫缴皫r骨料[1]。江西洪屏抽水蓄能電站砂巖骨料為工程引水隧洞開挖料，計劃用于上水庫主壩與副壩的面板混凝土，因此需要研究砂巖骨料在面板混凝土中的應(yīng)用效果及配合比方案及堿活性控制措施，為工程建設(shè)提供技術(shù)支持。

2試驗原材料

a.水泥。江西某水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，堿含量為0.61%。

b.粉煤灰。上高縣某工程服務(wù)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，堿含量為1.52%。

c.骨料。采用引水隧洞開挖的砂巖粗料，經(jīng)砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)出細(xì)骨料和二級配粗骨料。

3砂巖骨料的巖相法檢驗結(jié)果

骨料由碎屑和膠結(jié)物組成，具砂狀結(jié)構(gòu)，巖性為砂巖。

a.碎屑。成分主要為石英(包括石英巖、硅質(zhì)巖巖屑)、巖屑和少量長石，多呈次圓狀—圓狀，均為砂級碎屑。石英：顆粒較粗，不屬微晶石英，部分具波狀消光，石英巖巖屑由顆粒較粗的石英組成，部分具波狀消光，硅質(zhì)巖巖屑主要由隱—微晶石英組成；巖屑：主要為酸—中性火山巖，有少部分黏土巖巖屑等，酸—中性火山巖主要由隱—微晶長石、石英組成，部分具蝕變，有黏土質(zhì)生成，黏土巖主要由黏土質(zhì)組成，含部分細(xì)小長石、石英；長石：不具堿活性。

b.膠結(jié)物。主要為黏土質(zhì)，有少量石英，黏土質(zhì)呈顯微鱗片狀，石英呈隱—微晶狀，隱于黏土質(zhì)間。

碎屑和膠結(jié)物中粒徑小于0.05mm 的隱—微晶石英約占總量的10%～15%，波狀消光石英約占總量的15%，這兩類石英均具潛在堿硅活性，因此該骨料具潛在堿硅活性(見照片)。

砂巖骨料偏光顯微鏡照片(35倍)

4砂巖骨料堿硅酸反應(yīng)活性檢驗及抑制試驗結(jié)果

采用砂漿棒快速法檢測砂巖骨料的堿活性,以及各種礦物摻和料對骨料堿硅酸反應(yīng)活性的抑制效果。堿硅酸反應(yīng)活性檢驗及抑制試驗結(jié)果見表1。

表1　不同礦物摻和料的砂漿棒快速法試驗結(jié)果

續(xù)表

注《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T 5151—2001)第5.5.4條中給出的骨料活性的評定標(biāo)準(zhǔn)為：砂漿試件14天的膨脹率小于0.1%，則骨料為非活性骨料；砂漿試件14天的膨脹率大于0.2%，則骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料；砂漿試件14天的膨脹率在0.1%~0.2%之間的，對這種骨料應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場記錄、巖相分析或開展其他的輔助試驗、試件觀測時間延至28天后的測試結(jié)果等來進(jìn)行綜合評定。

由表1可見，用基準(zhǔn)水泥和工程用南方普硅檢測砂巖骨料的堿活性，14天砂漿棒快速法試件的膨脹率分別為0.448%和0.400%，遠(yuǎn)大于0.2%的活性骨料判界，因此砂巖骨料應(yīng)該屬于強(qiáng)堿硅酸反應(yīng)活性骨料。

由表1還可以看到，各種礦物摻和料對砂巖骨料的堿活性具有不同的抑制效果：

a.摻加20%以上的粉煤灰對砂巖骨料的堿活性有明顯的抑制效果，14天砂漿棒快速法試件收縮0.03%~0.06%，基本上沒有膨脹。慎重起見延長了砂漿棒快速法的試驗齡期，目前已經(jīng)到140天，膨脹率也只有-0.02%~0.04%，仍然沒有膨脹。因此，采取摻加20%以上的粉煤灰替代水泥的措施對抑制砂巖骨料堿活性是行之有效的。

b.摻加30%以上的礦粉可以抑制砂巖骨料的堿活性，但與粉煤灰相比抑制效果較差，14天砂漿棒快速法試件的膨脹率降低到0.05%~0.20%；140天膨脹率為0.13%~0.39%，略有膨脹。因此，要取得明顯的抑制效果，礦粉的摻量必須達(dá)到40%以上。

c.摻加4%以上的硅灰可以有效抑制砂巖骨料的堿活性，14天砂漿棒快速法試件收縮0.01%~0.02%，抑制效果甚至優(yōu)于粉煤灰。但是其后開始略有膨脹，140天膨脹率為0.06%~0.14%。因此，摻加8%以上的硅灰也是一種有效的砂巖骨料堿活性抑制措施。

d.在摻加20%粉煤灰的基礎(chǔ)上復(fù)摻4%以上硅灰，14天砂漿棒快速法試件的膨脹率降低到-0.02%~-0.03%，140天膨脹率也只有0.004%~0.015%，抑制效果比30%摻量的粉煤灰更好。因此，在不宜大量摻加粉煤灰或粉煤灰抑制效果不太理想的情況下，可以考慮復(fù)摻硅灰作為有效的砂巖骨料堿活性抑制措施。

5不同摻和料對砂巖骨料混凝土性能的影響

對粉煤灰、礦粉、硅灰等礦物摻和料對混凝土性能的影響進(jìn)行試驗，試驗內(nèi)容包括拌和物性能、抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值、干縮等，試驗結(jié)果見表2和表3。

表2　不同礦物摻和料的混凝土性能試驗結(jié)果

續(xù)表

表3　不同摻和料混凝土干縮試驗結(jié)果　單位：10 -6

表2表明：隨著粉煤灰和礦粉的摻量增加，混凝土的各項力學(xué)性能均有較大幅度的降低；而隨著硅灰摻量的增加，混凝土的各項力學(xué)性能有所提高。

由于砂巖骨料存在早期吸水腫脹然后逐漸失水收縮引起的變形，混凝土的干縮均較大，從表3可見90天齡期的干縮值達(dá)到600×10-6左右，比天然骨料混凝土的干縮大很多。不同摻和料的混凝土干縮相差不大，硅粉混凝土干縮略大。

6結(jié)語

由本文的研究成果可見，砂巖骨料具有較強(qiáng)的堿硅酸反應(yīng)活性，如果使用不當(dāng)會對建筑物的耐久性和結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，因此本項目的研究成果對我國南方砂巖地區(qū)的工程建設(shè)具有一定的參考意義。各種礦物摻和料對砂巖骨料的堿活性具有不同的抑制效果[2-3]，綜合考慮砂漿棒快速法和混凝土性能的試驗結(jié)果，建議采取摻加20%以上的粉煤灰替代水泥的抑制措施。

參考文獻(xiàn)

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[3]趙建明.礦渣粉高性能混凝土在水利工程中的應(yīng)用[J].中國水能及電氣化,2014(3):10-13.