石英砂巖堿骨料反應(yīng)抑制措施的試驗研究

石英砂巖堿骨料反應(yīng)抑制措施的試驗研究李鵬翔;王黎;彭尚仕【摘要】ThecontentofSiO2inQuartzsandstoneishigh,andisusuallyintheformofsilicacementing,whichhasthepoten-tialofalkali-aggregatereaction.Inordertostudythedangerofalkali-aggregatereactionofquartzsandstoneaggregateadoptedbyahydropowerprojectandfindthecountermeasures,weconductedtestontheinhibitingeffectivenessofalkali-aggregatereac-tionofthequartzsandstoneusingacceleratedmortarbarmethod,concreteprismmethodandmortarbarlengthmethod.There-sultsshowedthatbytakingpreventionmeasuressuchasadoptinglow-alkalicement(alkalicontentlessthan0.60%),addingtoleast30%offlyashandcontrollingthetotalalkalicontentofconcretestrictly,thealkali-aggregatereactionofthequartzsand-stonecanbeeffectivelyinhibitedandthedurabilityoftheconcretecanbeguaranteed.%石英砂巖中二氧化硅含量高，一般為硅質(zhì)膠結(jié)，具有潛在危害性反應(yīng)的堿活性。為弄清某工程所用石英砂巖骨料的堿骨料反應(yīng)危害并尋求抑制措施，對石英砂巖骨料采用砂漿棒快速法、混凝土棱柱體法、砂漿長度法多種方法進行堿活性抑制有效性試驗。試驗結(jié)果表明，通過使用低堿水泥(含堿量小于0.60%)、摻加不小于30%的粉煤灰、控制混凝土總堿量后，可以有效抑制石英砂巖的堿骨料反應(yīng)，確保工程混凝土的耐久性?！酒诳Q】《人民長江》【年(卷)，期】2013(044)007【總頁數(shù)】4頁（P75-78）【關(guān)鍵詞】混凝土;石英砂巖;堿骨料反應(yīng)抑制試驗【作者】李鵬翔;王黎;彭尚仕【作者單位】長江科學院材料與結(jié)構(gòu)研究所，湖北武漢430010;水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430010;長江科學院材料與結(jié)構(gòu)研究所，湖北武漢430010;水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430010;長江科學院材料與結(jié)構(gòu)研究所，湖北武漢430010;水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430010【正文語種】中文【中圖分類】TV43石英砂巖的碎屑物質(zhì)中90%以上為石英（可包括燧石和硅質(zhì)巖）碎屑，還有少數(shù)長石、巖屑等，化學成分上二氧化硅含量高，巖性一般為硅質(zhì)膠結(jié)，呈白色，質(zhì)地堅硬，膠結(jié)物有時為碳酸鹽（方解石、白云石、菱鐵礦）、鐵質(zhì)、石膏、磷酸鹽及海綠石等。作為常用的混凝土骨料，石英砂巖通常具有堿活性，其堿骨料反應(yīng)對混凝土的耐久性危害很大，需對石英砂巖骨料開展抑制堿骨料反應(yīng)有效性的試驗研究，以判定石英砂巖用作混凝土骨料的適應(yīng)性。1堿骨料反應(yīng)及抑制措施在混凝土中，具有堿活性的骨料與水泥中的堿發(fā)生化學反應(yīng)，引起混凝土膨脹、開裂，甚至破壞，這種化學反應(yīng)稱堿骨料反應(yīng)?；炷恋膲A骨料反應(yīng)成為混凝土耐久性的重要研究課題之一。自從1940年美國T.EStanton提出此問題以來，已有不少國家出現(xiàn)堿骨料反應(yīng)破壞的工程實例，巴西Moxot’o壩、法國的Shambon壩等由于使用了黑云母花崗巖、片麻巖等作為混凝土骨料，出現(xiàn)了明顯的堿骨料反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生膨脹開裂，不得不投入大量資金，對大壩進行修補加固［1-2］。按與堿反應(yīng)的巖石類型，可將堿骨料反應(yīng)劃分為2種類型，即堿硅酸反應(yīng)、堿碳酸鹽反應(yīng)，其中堿硅酸反應(yīng)是迄今對工程損壞最多、分布最廣、研究得最多的一種堿骨料反應(yīng)類型［3-4］。目前，防止活性骨料堿反應(yīng)的措施主要有:控制混凝土總堿量、使用活性摻和料?；炷林袎A的來源主要有:水泥、粉煤灰等摻和料，以及外加劑、拌和水、砂石骨料等，其中大部分都來源于水泥。因此，在抑制堿骨料反應(yīng)中，控制水泥的堿含量是一個非常重要的因素。在水利水電工程中多采用低堿水泥來抑制危害性的堿骨料反應(yīng)。除使用低堿水泥外，摻用適量的活性摻和料，如粉煤灰、礦渣粉等，也可抑制危害性的堿骨料反應(yīng)。這是因為粉煤灰、礦渣粉等活性摻和料具有比活性骨料大得多的比表面積，能很快將堿吸收至其表面，從而降低堿與活性骨料的反應(yīng)程度。另外，摻和料與骨料不同，它在混凝土內(nèi)是均勻分布的，不會產(chǎn)生局部危害性膨脹。目前，在水利水電工程中多采用摻加粉煤灰來抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)。2堿骨料反應(yīng)試驗依據(jù)T5151-2001《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》，對某工程使用的石英砂巖骨料進行了巖相鑒定，以及化學全分析、X射線衍射分析。試驗結(jié)果見表1,2和圖1。從試驗結(jié)果可以看出，石英砂巖礦物成分主要為為石英、方解石和云母;化學成分主要為SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、AI2O3、燒失量，表明石英砂巖含有堿活性礦物成分。表1石英砂巖巖礦鑒定結(jié)果巖石定名礦物組成巖性描述石英砂巖(8-5)石英砂粒80%變余砂狀結(jié)構(gòu)。變余砂粒呈等軸形狀或稍有一向伸長，大小約0.1~0.5mm,大體定向排列，成分以單晶或多晶石英為主，少量長石。石英多消光均勻，少數(shù)有波狀消光，消光角不大于5°方解石10%方解石呈粒狀，粒徑約0.2~0.4mm,分布大體均勻，對石英、長石有輕微交代云母10%云母多為黑云母，少數(shù)白云母。黑云母片很細小，長多不到0.1mm，有很強的褐色多色性。白云母片較長。所有云母均呈不規(guī)則細帶狀定向排列表2砂巖化學成分分析結(jié)果％化學成分比例化學成分比例SiO273.74SO30.20CaO5.25K2O1.30MgO1.90Na2O1.12Fe2O33.56燒失量5.56Al2O36.98圖1石英砂巖X-射線衍射圖譜按T5151-2001《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》，采用砂漿棒快速法、混凝土棱柱體法對石英砂巖骨料進行了堿活性試驗。試驗結(jié)果見表3和表4。石英砂巖砂漿棒快速法14d膨脹率大于0.2%，石英砂巖混凝土棱柱體法365d膨脹率大于0.04%，試驗結(jié)果表明石英砂巖具有潛在危害性反應(yīng)的堿活性。表3砂漿棒快速法試驗結(jié)果％骨料種類水泥堿含量試件膨脹率3d7d14d28d8-50.900.0480.1190.2440.3768-40.900.0440.1230.2550.456DJ-10.900.0440.1200.2490.440表4混凝土棱柱體法試驗結(jié)果％試件膨脹率0840.0868-51.25-0.00800.0070.0160.0250.0230.0380.060DJ-11.25-0.011-0.0020.0040.0060.0180.0128d56d84d120d150d180d270d365d8-41.250.0180.0280.0360.0460.0560.0640.骨料種類水泥堿含量50.0340.0543抑制粉煤灰堿骨料反應(yīng)試驗依據(jù)T5151-2001《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》，檢驗粉煤灰抑制作用的方法有兩種:①采用硬質(zhì)玻璃作為骨料，檢驗粉煤灰抑制骨料堿活性的效能;②采用工程所用骨料，水泥中摻入粉煤灰，用砂漿棒快速法、砂漿長度法、混凝土棱柱體法檢驗粉煤灰實際抑制效果。試驗按后一種方法進行，采用水泥為峨嵋42.5MPa熱水泥，粉煤灰為白馬電廠I級粉煤灰，骨料為石英砂巖(8-5)。3.1砂漿棒快速法砂漿棒快速法(DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》)，即把巖石破碎成規(guī)定級配及比例組合的細骨料，與膠凝材料混合制成砂漿棒，試驗用水泥堿含量為0.60%似Na2O當量計，下同)，外加NaOH使水泥堿含量分別達到0.60%，0.90%，1.25%，1.50%，其中粉煤灰摻量為0，10%，20%，30%，35%，粉煤灰抑制試驗結(jié)果見圖2。從試驗結(jié)果可以看出：不摻粉煤灰時，砂漿試件膨脹率隨水泥堿含量的增加變化不明顯。水泥堿含量一定時，砂漿試件的膨脹率隨粉煤灰摻量的增加而減小;當粉煤灰摻量為10%時，砂漿試件的14d齡期的膨脹率基本大于0.10%，28d齡期的膨脹率均大于0.20%。當粉煤灰摻量達20%時，砂漿試件的14d齡期膨脹率均小于0.10%，28d齡期膨脹率均小于0.15%，14d齡期膨脹降低率大于70%。⑷粉煤灰摻量為10%時，不能有效抑制堿骨料反應(yīng)，粉煤灰摻量不小于20%時，能有效地抑制堿骨料反應(yīng)，粉煤灰摻量越高，抑制效果越好。3.2混凝土棱柱體法抑制試驗試驗按DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》方法進行。試驗用水泥堿含量為0.60%，外加NaOH使水泥堿含量分別達到0.60%，0.90%，1.25%,1.50%，粉煤灰摻量為0,10%,20%,30%,35%；粗骨料為三級配:20~15mm,15~10mm,10~5mm，各按1/3等量混合。細骨料細度模數(shù)為2.7±0.2?；炷晾庵w法粉煤灰抑制試驗結(jié)果見圖3。從試驗結(jié)果可以看出：不摻粉煤灰時，混凝土試件365d膨脹率隨水泥堿含量的增加而增加。在水泥堿含量不大于1.25%時，摻入不小于10%的粉煤灰后，365d混凝土試件基本沒有表現(xiàn)出膨脹。圖2石英砂巖(編號8-5)不同粉煤灰摻量的砂漿棒快速法抑制效果比較在水泥堿含量為1.50%條件下，混凝土試件365d齡期的膨脹率隨粉煤灰摻量的增加而降低，摻入10%、20%粉煤灰后，混凝土試件365d膨脹率仍表現(xiàn)出一定的增長趨勢。⑷粉煤灰摻量不大于20%時，在高堿條件下，不能有效抑制砂巖堿骨料反應(yīng)引起的膨脹;粉煤灰摻量不小于30%時，能有效地抑制堿骨料反應(yīng);粉煤灰摻量越高，抑制效果越好。3.3砂漿長度法試驗按DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》并參照ASTMC227進行。通過水泥砂漿試件的長度變化，鑒定水泥中的堿與活性骨料反應(yīng)引起的膨脹是否具有潛在危害。試驗采用工程所用骨料，水泥中摻入粉煤灰以檢驗粉煤灰實際抑制效果。試驗用水泥堿含量為0.60%，外加NaOH使水泥堿含量分別達到0.60%，1.20%，1.50%，粉煤灰摻量為0，10%，20%，30%。砂漿長度法試驗結(jié)果圖4。從試驗結(jié)果可以看出：圖3石英砂巖(編號8-5)不同粉煤灰摻量混凝土棱柱體法抑制效果比較圖4石英砂巖(編號8-5)不同粉煤灰摻量砂漿長度法抑制效果比較不摻粉煤灰時，隨著水泥堿含量的增加，砂漿試件365d膨脹率也在增加，水泥堿含量為1.20%時，砂漿試件365d膨脹率最大為0.072%，未超過0.10%的危害值;水泥堿含量為1.50%時，砂漿試件365d膨脹率最大為0.105%，超過0.10%的危害值。粉煤灰摻量一定時，砂漿試件365d膨脹率隨水泥堿含量的增加而增加。堿含量一定時，砂漿試件365d膨脹率隨著粉煤灰摻量的增加而降低;當粉煤灰摻量不少于20%時，砂漿試件365d膨脹率降低達70%以上。⑷粉煤灰摻量不大于20%時，在高堿條件下，不能有效抑制砂巖堿骨料反應(yīng)引起的膨脹;粉煤灰摻量不小于30%時，能有效地抑制堿骨料反應(yīng);粉煤灰摻量越高，抑制效果越好。4結(jié)語采用巖相法、砂漿棒快速法及混凝土棱柱體法的試驗結(jié)果表明，某水電工程所用骨料的石英砂巖為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料。粉煤灰摻量一定時，砂漿試件和混凝土試件365d膨脹率隨水泥堿含量的增加而增加。堿含量一定時，隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿試件和混凝土試件365d膨脹率逐漸降低，當粉煤灰摻量為10%時，不能有效地抑制堿骨料反應(yīng);當粉煤灰摻量大于20%時，能有效地抑制堿骨料反應(yīng)弓I起的膨脹;為防止混凝土產(chǎn)生危害性的堿骨料反應(yīng)，應(yīng)使用低堿水泥(堿含量小于0.60%)，并摻入不小于30%的粉煤灰，同時控制混凝土總堿量等措施來抑制石英砂巖堿骨料反應(yīng)。如果選擇其他的抑制材料，還需通過試驗來進行論證。參考文獻：A.J.C.T.Cavalcanti.Alkali-AggregateReactionatMoxotoDam