粉煤灰對堿骨料反應(yīng)的抑制試驗(yàn)研究

(沈陽興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，遼寧 沈陽 110000)

1 概 述

在水利工程或其他建筑工程中，堿活性骨料反應(yīng)一旦發(fā)生破壞性膨脹，會直接危害混凝土的耐久性以及建筑物的安全性。骨料本身具有離散性，一般情況下除了在使用骨料之前進(jìn)行堿活性骨料試驗(yàn)外，無其他有效方法治理，如果遇料源骨料為活性骨料或者疑似活性骨料就必須加以抑制，以保證建筑物的安全性。結(jié)合各類資料文獻(xiàn)，可以抑制堿活性骨料的試驗(yàn)研究與方法較多，建議工程中使用低堿水泥。除了要注意水泥的堿含量外，還可考慮摻入聚羧酸高性能減水劑或硅灰、粉煤灰以抑制骨料堿活性，使伸長率控制在安全值的范圍內(nèi)，為工程的安全性提供及時(shí)有效的依據(jù)。本文采用快速砂漿棒法，使用F類Ⅰ級粉煤灰進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

在骨料堿活性檢驗(yàn)中，考慮抑制效果最好而且方便、節(jié)約成本，加入不同摻和量的粉煤灰制成砂漿棒，對其14d膨脹率進(jìn)行比較。

3 試驗(yàn)儀器及材料

3.1 試驗(yàn)儀器

骨料篩：4.75mm、2.5mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm；

水泥砂漿攪拌機(jī)、搖篩機(jī)、量筒、秒表、刮刀、脫模劑；

天平：1kg；

試模以及側(cè)頭：金屬試模規(guī)格為25mm×25mm×285mm,試模兩端需要有小洞，用于側(cè)頭埋砂漿；側(cè)頭規(guī)格為2mm，由不銹鋼制成;

養(yǎng)護(hù)筒：內(nèi)設(shè)試驗(yàn)支架，不透水，耐堿;

比長儀：測量精度0.01mm,測量范圍275～300mm；

堿活性骨料養(yǎng)護(hù)箱：80℃。

3.2 試驗(yàn)所需材料

水泥：采用P.O42.5低堿水泥;

粉煤灰：采用F類Ⅰ級粉煤灰;

養(yǎng)護(hù)溶液：濃度為4%的氫氧化鈉溶液(分析純);

砂子：來自采石場。

4 試驗(yàn)方法及方案

試驗(yàn)參照《預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50733—2011)附錄A抑制骨料堿-硅酸反應(yīng)活性有效性試驗(yàn)方法進(jìn)行操作。水泥與粉煤灰檢測結(jié)果見表1、表2。

為了比對砂漿棒間不同的粉煤灰摻量對堿骨料抑制的影響，所有配合比中水灰比均為0.47，膠凝材料與砂的質(zhì)量比為1∶2.25，一組試件需膠凝材料440g、砂990g。具體配合比數(shù)據(jù)見表3。

表1 試驗(yàn)用水泥物理及化學(xué)指標(biāo)檢測結(jié)果

表2試驗(yàn)用粉煤灰(F類Ⅰ級)物理及化學(xué)指標(biāo)檢測結(jié)果

物 理 指 標(biāo) 檢 測 結(jié) 果項(xiàng) 目細(xì)度需水量比含水量安定性(雷式夾)強(qiáng)度活性指數(shù)單 位%%%mm%檢測結(jié)果6.0880.31.580化 學(xué) 指 標(biāo) 檢 測 結(jié) 果項(xiàng) 目燒失量三氧化硫堿含量氯離子游離氧化鈣單 位%%%%%檢測結(jié)果0.90.62.00.0080.1

表3 堿骨料抑制試驗(yàn)用料配比

4.1 基準(zhǔn)砂漿棒試驗(yàn)

為保證試驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)度，在做抑制試驗(yàn)之前進(jìn)行不摻粉煤灰的基準(zhǔn)樣品試驗(yàn)，以便對比。采用3組平行試樣作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)分別測定3d、7d、14d的膨脹率。試驗(yàn)依據(jù)《建設(shè)用砂》(GB/T 14684—2011)的方法進(jìn)行。

4.2 F類Ⅰ級粉煤灰對堿活性骨料反應(yīng)的抑制試驗(yàn)結(jié)果

以F類Ⅰ級粉煤灰摻量分別為5%、10%、15%、20%制成砂漿棒，分別測定3d、7d、10d、14d的體積膨脹率。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 堿活性骨料試驗(yàn)結(jié)果

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

由于該試驗(yàn)骨料具有一定堿活性，基準(zhǔn)砂漿棒14d的膨脹率已經(jīng)超過0.10%，因此，在工程中必須采取措施進(jìn)行有效抑制。抑制試驗(yàn)表明F類Ⅰ級粉煤灰對堿骨料反應(yīng)具有一定的抑制效能，在試驗(yàn)過程中粉煤灰吸收了部分混凝土中的堿，從而降低了混凝土中的堿含量，使之控制在安全值以下，使養(yǎng)護(hù)環(huán)境不具備發(fā)生堿骨料發(fā)生反應(yīng)的條件。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,3d的膨脹率變化不大，從7d開始迅速膨脹，三個(gè)試件14d膨脹率的平均值小于0.03%時(shí)，可判定抑制骨料堿—硅酸反應(yīng)活性有效。其中摻量5%和10%均有抑制效果，但效果一般，摻量15%和摻量20%達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)抑制要求。但是從方便、節(jié)約的角度考慮，確定硬混凝土配合比中的粉煤灰摻量為15%。由于快速砂漿棒法是在80℃的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)的，根據(jù)作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，有時(shí)會將非活性骨料誤判成疑似活性骨料或者活性骨料，因此，作者認(rèn)為，如果工程時(shí)間允許，采用砂漿棒法(180d膨脹率)來判定骨料的活性更為準(zhǔn)確。

在測試試件的過程中，讀數(shù)的時(shí)間必須嚴(yán)格控制在15s內(nèi)，試驗(yàn)室內(nèi)的溫濕度必須嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)定執(zhí)行，盡量減少砂漿棒體的水分蒸發(fā)與熱脹冷縮給試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來的誤差。

砂漿棒養(yǎng)護(hù)筒與養(yǎng)護(hù)架由于長時(shí)間使用會有少量氫氧化鈉附著在筒壁與養(yǎng)護(hù)架上，難以清洗。根據(jù)作者多年試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)使用弱酸性溶液(建議使用食用白醋)將其清洗干凈后，再用肥皂水沖洗中和掉養(yǎng)護(hù)筒內(nèi)附著的酸性溶液，最后用蒸餾水沖洗晾干，使筒與架完全處于中性狀態(tài)后方可進(jìn)行試驗(yàn)，如不清洗干凈，會直接影響砂漿棒的基準(zhǔn)讀數(shù)，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

此次試驗(yàn)證實(shí)F類Ⅰ級粉煤灰對骨料堿活性具有一定的抑制作用。但如果抑制試驗(yàn)摻量與混凝土配合比摻量有所沖突，在工程中也建議使用聚羧酸高性能減水劑或者硅灰作為抑制摻和料。

6 結(jié) 語

在一般大中型水利工程或其他建筑工程中，骨料的堿活性對建筑物具有一定的危害，但并不意味著工程中不允許使用活性骨料或者疑似活性骨料，考慮到工程預(yù)算與成本，在無法取得非活性骨料或者不易取得非活性骨料的時(shí)候，可以通過抑制堿活性骨料來節(jié)約成本和保證建筑物的安全。