粉煤灰抑制骨料堿活性試驗(yàn)在鄂北工程中的應(yīng)用

陳雁鳴，劉 俊，熊治明

（鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），430071，武漢）

粉煤灰抑制骨料堿活性試驗(yàn)在鄂北工程中的應(yīng)用

陳雁鳴，劉 俊，熊治明

（鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局（籌），430071，武漢）

采用砂漿棒快速法對(duì)鄂北地區(qū)水資源配置工程2016年第2標(biāo)段七方（羅家）明渠—七方（園林）明渠施工中不同摻量的粉煤灰抑制骨料堿活性效果進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)選取3組不同骨料，通過(guò)摻入不同量的粉煤灰，檢測(cè)其抑制堿骨料反應(yīng)效果。結(jié)果表明，當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，能有效抑制堿骨料反應(yīng)，保障混凝土施工質(zhì)量。

鄂北地區(qū)水資源配置工程；粉煤灰；骨料堿活性；砂漿棒快速法

鄂北工程線路總長(zhǎng)269.67 km，主要建筑物由取水建筑物、輸水明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽、節(jié)制閘、分水閘、檢修閘、退水閘、排洪建筑物及王家沖水庫(kù)擴(kuò)建工程等組成，施工中需要采用大量的混凝土，然而由于水泥、外加劑、摻合料、骨料以及水和環(huán)境介質(zhì)中往往含有一定量的堿，很容易發(fā)生堿骨料反應(yīng)。

堿骨料反應(yīng)是指水泥中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，到一定程度后引起混凝土開(kāi)裂的現(xiàn)象。堿骨料反應(yīng)產(chǎn)生的大量微裂紋不僅降低了混凝土的力學(xué)性能，更重要的是給水、腐蝕離子提供了進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕、凍融破壞等協(xié)同效應(yīng)，從而嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。

一、堿骨料反應(yīng)的抑制措施

①使用非堿活性骨料。這是最安全可靠的措施，但鄂北工程所在地骨科多為堿活性，因此含堿活性骨料的使用在所難免。

②控制水泥堿含量。水泥含量低于0.6%氧化鈉當(dāng)量作為預(yù)防發(fā)生堿骨料反應(yīng)的安全界限已為世界多數(shù)國(guó)家所接受，有20多個(gè)國(guó)家將此安全界限列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。

③控制混凝土中總堿含量。由于混凝土中堿的來(lái)源不僅是從水泥，而且從混合材料、外加劑、水甚至從骨料（例如海砂）中來(lái)，因此控制混凝土各種原材料總堿量比單純控制水泥含堿量更重要。當(dāng)使用堿活性骨料時(shí)，世界各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)混凝土的總堿含量予以控制，基本在2.0～3.5 kg/m3范圍內(nèi)，《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677—2014）中規(guī)定：使用堿活性骨料時(shí)，應(yīng)采取抑制措施并專門(mén)論證，混凝土總堿含量最大允許值不應(yīng)超過(guò)3.0 kg/m3。

④控制混凝土濕度。水是堿骨料反應(yīng)的必要條件，因此隔絕水源很重要，但是大多數(shù)時(shí)候難以實(shí)現(xiàn)。

⑤采用摻合料。采用硅粉、粉煤灰、火山灰或者磨細(xì)礦渣微粉取代水泥拌制混凝土。根據(jù)各國(guó)試驗(yàn)資料，摻5%～10%的硅粉可以有效抑制堿骨料反應(yīng)。另外摻粉煤灰也很有效，粉煤灰的含堿量不同，經(jīng)試驗(yàn)，即使是含堿量高的粉煤灰，如果取代30%的水泥，也可有效抑制堿骨料反應(yīng)。

上述幾種方法均對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)有效果，從工程實(shí)際條件和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，選取添加摻合料作為抑制堿骨料反應(yīng)的方法是合適的，也最容易實(shí)現(xiàn)。本文著重研究不同摻量粉煤灰對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)的影響。

二、粉煤灰摻量對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)的影響

1.試驗(yàn)地點(diǎn)及試樣來(lái)源情況

本試驗(yàn)選取鄂北工程2016年第2標(biāo)段七方（羅家）明渠—七方（園林）明渠施工工程，通過(guò)采用砂漿棒快速法對(duì)摻粉煤灰抑制骨料堿活性效果進(jìn)行試驗(yàn)。本試驗(yàn)中骨料樣品共3組，分別來(lái)自湖北省棗陽(yáng)市耿集碎石、流首余家河卵石以及雙溝河砂，均為項(xiàng)目所在地附近料場(chǎng)。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，3組骨料樣品14 d膨脹率均大于0.2%，因此可以判定本樣品骨料為堿活性骨料，本試驗(yàn)所采用的粉煤灰來(lái)自國(guó)電長(zhǎng)源荊門(mén)發(fā)電有限公司Ⅱ級(jí)灰。

2.試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用 《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（SL352—2006）中 2.37 骨料堿活性檢驗(yàn)（砂漿棒快速法）不同摻量粉煤灰對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)的影響進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)中粉煤灰摻量分別為20%、25%，對(duì)3組骨料樣品采用砂漿棒快速法進(jìn)行試驗(yàn)， 其 3 d、7 d、14 d、56 d的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，不同摻量粉煤灰對(duì)抑制骨料堿活性的影響見(jiàn)圖1、圖2、圖 3所示。

表1 骨料不同摻量3 d、7 d、14 d、56 d膨脹率及膨脹率降低率匯總表

圖1 粉煤灰摻量對(duì)抑制砂堿活性的影響

圖1 粉煤灰摻量對(duì)抑制碎石堿活性的影響

從表 1和圖 1、2、3可以看出：當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)，砂14 d、56 d齡期砂漿膨脹率分別降低為90.9%、90.8%，碎石14 d、56 d齡期砂漿膨脹率分別降低為91.1%、90.6%，卵石14 d、56 d齡期砂漿膨脹率分別降低為85.6%、87.5%；當(dāng)粉煤灰摻量為25%時(shí)，砂14 d、56 d齡期砂漿膨脹率分別降低為 95.0%、93.7%，碎石 14d、56 d齡期砂漿膨脹率分別降低為94.3%、92.0%，卵石14 d、56 d齡期砂漿膨脹率分別降低為91.1%、90.0%。

3.粉煤灰抑制堿活性評(píng)估

對(duì)本工程采用的混凝土原材料進(jìn)行不同摻量粉煤灰抑制骨料堿活性試驗(yàn)，與原材料活性骨料進(jìn)行比較，從而對(duì)粉煤灰抑制骨料堿活性的有效性進(jìn)行評(píng)估。

當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到20%時(shí)，骨料14 d、56 d齡期砂漿膨脹率降低率均不小于75%，且56 d齡期砂漿膨脹率均小于0.05%，表明摻量20%粉煤灰可以有效抑制堿骨料反應(yīng)。

圖3 粉煤灰摻量對(duì)抑制卵石堿活性的影響

三、混凝土總堿含量計(jì)算

《水工混凝土施工規(guī)范》中（低）熱硅酸鹽水泥混凝土堿含量計(jì)算公式：

混凝土堿含量（kg/m3）=中（低）熱硅酸鹽水泥堿含量 （%）×水泥用量（kg/m3）+0.2×粉煤灰堿含量（%）×粉煤灰用量（kg/m3）+外加劑堿含量（%）×外加劑用量+水堿含量（%）×用水量（kg/m3）。

依據(jù)以上公式求得經(jīng)審批的配合比總堿量均小于3 kg/m3，滿足《水工混凝土施工規(guī)范》要求，可在工程中使用。在日常施工過(guò)程中，要密切關(guān)注混凝土中各材料的相關(guān)情況，當(dāng)混凝土中材料發(fā)生變化時(shí)，要重新檢測(cè)材料中堿含量并進(jìn)行總堿量的重新計(jì)算，確?；炷量倝A量滿足規(guī)范要求，方可在工程中使用。

四、結(jié) 論

通過(guò)上述試驗(yàn)得知：粉煤灰摻量不小于20%時(shí)，能有效抑制骨料堿活性。根據(jù)鄂北工程棗隨段實(shí)際混凝土原材料的情況，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的混凝土配合比，摻入一定量粉煤灰，可以有效抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)，同時(shí)也使得混凝土的密實(shí)性、和易性和抗?jié)B性得到改善。在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)和實(shí)際工程應(yīng)用檢驗(yàn)，摻入一定量的粉煤灰對(duì)抑制堿骨料反應(yīng)效果良好，這對(duì)于預(yù)防鄂北工程混凝土骨料堿活性反應(yīng)、保障混凝土施工質(zhì)量具有指導(dǎo)和推廣意義。

Adoption of inhibitory tests on alkali activity of aggregate with admixing of coal ashes for Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province

Chen Yanming,Liu Jun,Xiong Zhiming

Rapid mortar-bar method had been adopted to test the results of aggregate alkali activity with different mixing amounts during the construction of No.2 bidding section of 2016—Qifang Open Canal for Luojia and Qifang Open Canal for Yuanlin of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province.Three types of aggregates were selected for experiment,so as to get the results of controlling aggregate alkali activity through mixing various amounts of coal ashes.The results shows that aggregate alkali activity can be controlled when 20%of coal ashes are added that can ensure quality of concrete construction.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;coal ashes;alkali activity of aggregate;rapid mortar-bar method

TV68+TV421.8

B

1000-1123（2017）22-0031-03

2017-10-11

陳雁鳴，高級(jí)工程師。

責(zé)任編輯 韋鳳年