（新疆阜康抽水蓄能有限公司，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

混凝土堿骨料反應(yīng)（AAR）[1]是混凝土組成中水泥、外加劑、摻合料或拌和水中可溶性堿（鉀、鈉）溶解后與骨料中活性成分反應(yīng)，其生成物吸水膨脹，使混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂甚至破壞[2]，是影響混凝土耐久性的重要因素之一。AAR 通常在工程服役多年后才發(fā)生，不僅很難阻止其破壞繼續(xù)發(fā)展，且破壞后不宜修復(fù)，被稱之為混凝土的“癌癥”[3]。因此，在工程設(shè)計(jì)論證及建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)重視混凝土骨料堿活性論證工作。

1 概述

新疆阜康抽水蓄能電站位于新疆昌吉回族自治州阜康市境內(nèi)，電站裝機(jī)容量1200MW，為一等大（1）型工程，電站樞紐工程由上下水庫(kù)、泄洪建筑物、輸水系統(tǒng)、地下廠房及開(kāi)關(guān)站等組成?；炷凉橇喜捎萌碜訙仙暗[石料，料層為第四系沖洪積含漂石砂卵礫石層，卵礫石巖性以砂巖、砂礫巖、凝灰?guī)r為主，少量灰?guī)r、花崗巖等，砂粒成份為石英、長(zhǎng)石及巖屑等，料場(chǎng)有用層儲(chǔ)量約240×104m3。

阜康抽水蓄能電站可研階段，設(shè)計(jì)單位在擬選的三岔子溝礫石料場(chǎng)取料，委托專業(yè)機(jī)構(gòu)采用巖相法、砂漿棒快速法和混凝土棱柱體法進(jìn)行骨料堿活性試驗(yàn)，綜合相應(yīng)試驗(yàn)成果表明，擬選三岔子溝礫石料場(chǎng)為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料，如作為混凝土骨料，存在發(fā)生堿活性反應(yīng)的可能性。同時(shí)，2016年8月2日，下水庫(kù)白楊河發(fā)生千年一遇特大洪水，對(duì)河床擾動(dòng)比較大，下水庫(kù)三岔子溝砂礫石料場(chǎng)變化比較大，為了確保工程安全與長(zhǎng)期運(yùn)行，進(jìn)一步確認(rèn)阜康抽水蓄能電站骨料堿活性特性，在施工階段結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)骨料生產(chǎn)加工情況，采用砂漿棒快速法再次開(kāi)展骨料堿活性有關(guān)復(fù)核論證和堿活性抑制試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)成果及分析

2.1 可研階段骨料堿活性試驗(yàn)

2.1.1 骨料巖相法鑒定結(jié)果分析

三岔子溝天然料中，天然砂：試樣中石英和長(zhǎng)石占 50%～60%，含量較高，所以發(fā)生堿-硅酸反應(yīng)的可能性較大；天然小石：試樣中存在由巖屑、晶屑、少量玻屑組成的火山碎屑，基質(zhì)中的一些定向板條狀長(zhǎng)石，可能由酸性玻屑變成，巖屑中含有少量石英和酸性火山巖，這些均存在發(fā)生堿-硅酸反應(yīng)的可能性；天然中石：試樣中含有少量火山碎屑，強(qiáng)烈定向，極不穩(wěn)定；基質(zhì)中有少量填充的酸性玻璃，強(qiáng)塑性變形，極不穩(wěn)定。因此存在發(fā)生堿-硅酸反應(yīng)的可能性；天然大石：試樣中含量小于5%的杏仁體中含有石英成份，存在剛性巖屑、塑性巖屑、玻屑和剛性礦物碎屑等極不穩(wěn)定物質(zhì)，均有發(fā)生堿-硅酸反應(yīng)的可能性。

由巖相法試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，三岔子溝天然料礦物成份中均含有一定量石英成份或極不穩(wěn)定的火山碎屑、玻屑，均有可能遇水泥后發(fā)生堿-硅酸反應(yīng)。

2.1.2 砂漿棒快速法成果分析

骨料巖相法成果顯示三岔子溝礫石料場(chǎng)為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料，為節(jié)省時(shí)間，在進(jìn)行砂漿棒快速法試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)進(jìn)行砂漿棒快速法抑制試驗(yàn)。試驗(yàn)用水泥為新疆天山P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，試驗(yàn)用粉煤灰為新疆阜康天龍Ⅲ級(jí)粉煤灰。骨料堿活性砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 骨料堿活性砂漿棒快速法試驗(yàn)結(jié)果

由表1分析可知：（1）三岔子溝中石14d 砂漿棒膨脹率為0.197%，雖在0.10%～0.20%之間，但已經(jīng)接近0.20%，并且28d 砂漿棒膨脹率大于0.20%，因此，中石骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料；除此之外，三岔子溝天然砂、小石、大石14d 砂漿棒膨脹率均大于0.20%，說(shuō)明三岔子溝天然料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料。

（2）在試件中摻入粉煤灰后，對(duì)骨料的堿活性抑制效果較明顯，隨著摻量的增加，砂漿試件膨脹率迅速減小。

（3）對(duì)于三岔子溝天然骨料，當(dāng)粉煤灰摻量大于20%時(shí)，28d 砂漿棒試件膨脹率均可降低到0.04%以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.10%的標(biāo)準(zhǔn)。

因此，當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到20%后，即可有效抑制混凝土中的堿-硅酸反應(yīng)。

2.1.3 混凝土棱柱體抑制試驗(yàn)成果分析

由于混凝土棱柱體法試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為了能盡快提供試驗(yàn)成果，將棱柱體法試驗(yàn)與其它方法試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，混凝土棱柱體試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混凝土棱柱體抑制試驗(yàn)結(jié)果

由表2分析可知：三岔子溝料場(chǎng)骨料混凝土棱柱體基準(zhǔn)試件360d（1年）膨脹率為0.028%，小于0.04%的混凝土棱柱體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)混凝土棱柱體法判定標(biāo)準(zhǔn)，骨料為非活性骨料。

摻入不同摻量的粉煤灰后，試件膨脹率明顯降低。粉煤灰摻量為20%時(shí)，三岔子溝料場(chǎng)骨料360d 試件膨脹率僅為0.011%～0.014%。由于試件膨脹率的增長(zhǎng)率隨齡期的延長(zhǎng)而減小，所以，從目前的增長(zhǎng)趨勢(shì)來(lái)判定，2年齡期試件膨脹率會(huì)遠(yuǎn)小于0.04%。

在幾種檢驗(yàn)方法中，砂漿棒快速法適合于檢驗(yàn)反應(yīng)緩慢或只在后期才產(chǎn)生膨脹的骨料，而混凝土棱柱體法適用于檢驗(yàn)反應(yīng)較快的堿—硅酸和堿—碳酸鹽反應(yīng)骨料。從以上檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，三岔子溝天然料雖然反應(yīng)較快的棱柱體法檢驗(yàn)出該兩種骨料為非活性骨料，但砂漿棒快速法檢驗(yàn)出骨料為活性骨料，說(shuō)明骨料屬于反應(yīng)緩慢或只在后期才產(chǎn)生危害性膨脹的活性骨料。因此，三岔子溝天然料為活性骨料。

在加入了20%的Ⅲ級(jí)粉煤灰后，即可有效抑制活性骨料的堿-硅酸反應(yīng)。

2.2 施工階段骨料堿活性分析及抑制試驗(yàn)

由于2016年8月2日，下水庫(kù)白楊河發(fā)生千年一遇特大洪水，對(duì)河床擾動(dòng)比較大，下水庫(kù)三岔子溝砂礫石料場(chǎng)變化比較大，為進(jìn)一步確認(rèn)阜康抽水蓄能電站下水庫(kù)三岔子溝骨料堿活性特性，阜康抽水蓄能電站施工階段，設(shè)計(jì)單位重新對(duì)三岔子溝骨料堿活性進(jìn)行了復(fù)核論證試驗(yàn)。為節(jié)省時(shí)間，在進(jìn)行砂漿棒快速法試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)進(jìn)行砂漿棒快速法抑制試驗(yàn)。

2.2.1 試驗(yàn)用原材料

本次試驗(yàn)骨料取自下水庫(kù)三岔子溝砂礫石料場(chǎng)，為確保試驗(yàn)成果具有代表性，根據(jù)料場(chǎng)骨料分布狀況，試驗(yàn)骨料取自砂礫石料場(chǎng)上游和下游兩個(gè)位置，分別是1#位置（615703.9,4868488.3）和2#位置（616183.7,4870162.1）。為了更能切合工程實(shí)際，參照可研階段研究成果三岔子溝砂礫石料場(chǎng)各等級(jí)混凝土配合比中的平均砂率值（36%），將各位置所取砂、石骨料按砂∶石（破碎成機(jī)制砂）=36%∶64%的比例混合。水泥為新疆天山P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為新疆龍?chǎng)微蚣?jí)灰。

2.2.2 評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

砂漿棒快速法試驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[4]如下：

（1）砂漿試件 14d 的膨脹率小于 0.1%，則骨料為非活性骨料；

（2）砂漿試件 14d 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；

（3）砂漿試件 14d 的膨脹率在 0.1%至 0.2%之間的，對(duì)這種骨料應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)記錄、巖相分析、或開(kāi)展其它的輔助試驗(yàn)、試件觀測(cè)的時(shí)間延至 28d后的測(cè)試結(jié)果等來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)定。

砂漿棒快速法抑制措施有效性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：

若 28d 齡期對(duì)比試件膨脹率小于 0.10%，則該摻量下抑制材料對(duì)該種骨料的堿骨料反應(yīng)危害抑制效果評(píng)定為有效。

2.2.3 試驗(yàn)成果與分析

三岔子溝砂礫石料場(chǎng)天然砂石骨料砂漿棒快速法及其抑制試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4及圖1～圖2所示。

表4 骨料砂漿棒快速法及其抑制試驗(yàn)結(jié)果

圖1 1#取樣點(diǎn)骨料砂漿棒快速法及其抑制試驗(yàn)試件膨脹率

圖2 2#取樣點(diǎn)骨料砂漿棒快速法及其抑制試驗(yàn)試件膨脹率

由試驗(yàn)結(jié)果得知：

（1）1#位置、2#位置樣品骨料，其基準(zhǔn)試件14d 膨脹率均大于0.2%，依據(jù) DL/T 5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》中砂漿棒快速法試驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)判定，判定三岔子溝砂礫石料場(chǎng)骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料，，發(fā)生堿-硅酸鹽及堿-硅酸反應(yīng)的可能性很大；

（2）抑制試驗(yàn)中，當(dāng)粉煤灰摻量等于或大于15%時(shí)，1#、2#位置樣品骨料對(duì)比砂漿試件28d 膨脹率均小于0.1%，判定15%及以上粉煤灰摻量，可以有效抑制三岔子溝砂礫石料場(chǎng)骨料的堿活性反應(yīng)。

3 結(jié)論

1.通過(guò)可研階段骨料堿活性試驗(yàn)成果和本次砂漿棒快速法試驗(yàn)成果，判定阜康抽水蓄能電站三岔子溝砂礫石料場(chǎng)骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料。

2.通過(guò)不同摻量粉煤灰的堿活性抑制試驗(yàn)，判定15%及以上粉煤灰摻量，可以有效抑制三岔子溝砂礫石料場(chǎng)骨料的堿活性反應(yīng)。可研階段粉煤灰摻量為20%。究其原因，主要是兩次試驗(yàn)所用粉煤灰品質(zhì)不同，本次試驗(yàn)用粉煤灰為Ⅱ級(jí)灰，可研階段所用粉煤灰為Ⅲ級(jí)灰，Ⅱ級(jí)粉煤灰在品質(zhì)上要優(yōu)于Ⅲ級(jí)粉煤灰很多，由試驗(yàn)結(jié)果得知，Ⅱ級(jí)粉煤灰對(duì)三岔子溝砂礫石料場(chǎng)骨料堿活性的抑制效果優(yōu)于Ⅲ級(jí)粉煤灰。