引綽濟(jì)遼水利工程中混凝土集堿反應(yīng)探究,水工材料論文

引綽濟(jì)遼水利工程中混凝土集堿反應(yīng)探究,水工材料論文摘要：混凝土部分骨料存在堿活性或潛在，同時(shí)由于水泥、外加劑、水等材料帶入有害堿含量變化，增加了混凝土集堿反響發(fā)生的概率，需在工程建設(shè)前期設(shè)計(jì)和施工經(jīng)過中采取有效抑制措施，預(yù)防堿集料反響發(fā)生，以確保工程設(shè)計(jì)合理壽命和正常功能的發(fā)揮。文中分析了引綽濟(jì)遼工程有可能發(fā)生混凝土集堿反響的可能性和重點(diǎn)部位，并提出了抑制建議措施和注意事項(xiàng)。本文關(guān)鍵詞語：混凝土;集堿反響;抑制措施;引綽濟(jì)遼工程;1、工程大概情況引綽濟(jì)遼工程是一項(xiàng)從嫩江支流綽爾河引水到西遼河，向沿線城市及工業(yè)供水的大型跨流域引水工程，是我們國家實(shí)現(xiàn)水資源空間調(diào)度和可持續(xù)利用，統(tǒng)籌水資源統(tǒng)一利用開發(fā)，保衛(wèi)生態(tài)環(huán)境，有效緩解水資源分布不均的重大決策和重要工程，是172項(xiàng)重大節(jié)水供水項(xiàng)目之一。工程由文得根水利樞紐和輸水工程組成。樞紐工程由大壩、發(fā)電系統(tǒng)、溢洪道、副壩及魚道等組成；輸水工程由隧洞和PCCP管道組成。引綽濟(jì)遼工程屬于跨流域調(diào)水項(xiàng)目，設(shè)計(jì)輸水線路總長度390.263km，工程建設(shè)跨越嫩江流域和西遼河流域等，流域內(nèi)砂石骨料普遍存在潛在堿活性，巖性主要為狀凝灰?guī)r、凝灰角礫巖、酸性熔巖、凝灰砂礫巖、變質(zhì)砂巖、板巖、安山巖，侵入巖為致密塊狀花崗巖、花崗斑巖，屬于火山噴發(fā)構(gòu)成巖類，其成分比擬復(fù)雜，主要成分以SiO2,K2O,Na2O,Fe2O3等為主，一般都可作為天然建筑材料，但由于成分復(fù)雜，使用時(shí)一般都需進(jìn)行檢驗(yàn)，十分是在設(shè)計(jì)使用年限超過100年的工程中使用，需進(jìn)行專門的論證和試驗(yàn)后方可使用。混凝土集堿反響已是混凝土接遭遇毀壞的等重要因素之一，由于引綽濟(jì)遼工程牽涉的區(qū)域范圍內(nèi)骨料大部分存在潛在堿骨料危害性，工程施行經(jīng)過中必須引起高度重視，從原材料、混凝土配合比、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)措施等方面加強(qiáng)管理，進(jìn)而盡可能減少混凝土集堿毀壞，以保證工程構(gòu)造安全和到達(dá)設(shè)計(jì)壽命，確保大型引調(diào)水工程功能和效益的正常發(fā)揮不受影響。2、混凝土集堿反響及其危害2.1、概念混凝土堿集骨料反響是指混凝土中的堿和環(huán)境中可能滲入的堿與混凝土集料〔砂、石〕中的活性礦物成分，在混凝土固化后緩慢發(fā)生化學(xué)反響產(chǎn)生膠凝物質(zhì)因吸收水分后發(fā)生膨脹，最終導(dǎo)致混凝土從內(nèi)向外延伸開裂和損毀的現(xiàn)象，它是毀壞混凝土建筑的一個(gè)重要因素。2.2、來源1〕水泥中的堿是混凝土堿的最大來源，主要由生產(chǎn)水泥的原料粘土和燃料煤引入。堿在水泥中以可溶和不可溶的形式存在，當(dāng)水泥加水后可溶堿很快溶入水中，有部分被水化產(chǎn)物所吸收，吸收越多對(duì)堿骨料反響而言越穩(wěn)定和有利通過長期的作用可構(gòu)成比擬穩(wěn)定的鋁硅酸鈉水化產(chǎn)物，有利于防止堿料反響的發(fā)生。通常溶入水中未被水化產(chǎn)物吸收的那部分堿〔即有害堿〕才介入反響，因而降低水泥中的可溶堿，增加固溶熟料中的堿是減少堿集料反響的有效途徑。2〕生產(chǎn)水泥時(shí)或混凝土攪拌時(shí)摻入一定量的混合材〔粉煤灰等〕，同樣可分為總堿量、可溶性堿量及有害堿量3種，但對(duì)堿集料反響的作用最小。3〕由于拌合水和外加劑中的堿全部是水溶性的，均能介入堿集料反響，對(duì)堿集料反響的作用最大，因而，在防止堿集料反響時(shí)，對(duì)拌和用水和外加劑中的堿含量應(yīng)格外注意。2.3、危害由于混凝土集堿反響產(chǎn)生堿硅酸鹽凝膠物質(zhì)，有強(qiáng)烈的吸水性，吸水后膨脹引起混凝土內(nèi)部膨脹應(yīng)力，而且堿硅凝膠吸水后還會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)堿骨料反響的發(fā)展，使混凝土內(nèi)部膨脹應(yīng)力增大，導(dǎo)致混凝土外表有無序的網(wǎng)狀裂縫和混凝土內(nèi)部開裂，逐步發(fā)展會(huì)使混凝土構(gòu)造遭到嚴(yán)重毀壞和崩潰，嚴(yán)重影響工程安全，導(dǎo)致建筑物不能到達(dá)設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)和壽命。2.4、工程重點(diǎn)控制部位引綽濟(jì)遼工程沿線使用的砂石骨料均已探明普遍存在潛在堿活性，根據(jù)堿反響存在的條件，結(jié)合引綽濟(jì)遼工程設(shè)計(jì)構(gòu)造、部位和使用條件，需高度重視和重點(diǎn)控制的混凝土骨料堿反響部位主要包括：電站、溢洪道、大壩防滲體、隧洞、PCCP混凝土管芯等存在于水下或潮濕的環(huán)境中工作符合混凝土堿骨料反響發(fā)生的條件混凝土建筑物等，十分是PCCP管道這種特殊構(gòu)造的材料，由于混泥土厚度比擬小，且為承高壓構(gòu)造，遭遇集堿反響后混凝土構(gòu)造極易遭到毀壞，嚴(yán)重影響工程安全，施工中須高度重視和嚴(yán)格控制。3、抑堿措施3.1、堿活性骨料斷定及抑制標(biāo)準(zhǔn)骨料堿活性的斷定方式方法比擬多，當(dāng)前常用的主要有砂漿棒快速法、混凝土棱柱法斷定。根據(jù)DL/T5151-2020(水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程〕和SL352-2006(水工混凝試驗(yàn)規(guī)程〕、SL677-2020(水工混凝土施工規(guī)范〕有關(guān)規(guī)定，采用砂漿棒快速法結(jié)果斷定準(zhǔn)則為：若試件14d的膨脹率小于0.1%，則骨料斷定為非活性骨料；若試件14d的膨脹率大于0.2%，則骨料斷定具有潛在危害性反響活性骨料；若試件14d的膨脹率在0.1%～0.2%，對(duì)這種骨料應(yīng)結(jié)合巖相分析，試件的觀測(cè)需要延長至28d后測(cè)試結(jié)果或混凝土棱柱體測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合斷定。根據(jù)堿骨料反響抑制措施有效試驗(yàn)〔砂漿棒快速法〕，根據(jù)DL/T5151-2020(水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程〕，若28d齡期比照試件膨脹率小于0.10%，則以為抑制材料對(duì)堿骨料反響危害抑制效果評(píng)定為有效。3.2、堿活性骨料抑制措施試驗(yàn)及效果為有效抑制該區(qū)域骨料活性反響情況，選取某PCCP管道混凝土骨料集堿反響抑制試驗(yàn)，選取2組工程所在區(qū)域內(nèi)不同產(chǎn)地骨料，分別進(jìn)行不摻、摻15%、20%的粉煤灰措施進(jìn)行抑制試驗(yàn)，結(jié)果表示清楚不摻粉煤灰的石骨料均存在堿活性，分別摻用15%和20%粉煤灰時(shí)均可有效抑制骨料堿活性，抑制成果和抑制趨勢(shì)如表1，圖1，圖2所示。從表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠看出，摻15%和20%粉煤灰砂漿棒28d膨脹率均小于0.10%,14d膨脹率均小于0.03%，知足規(guī)范要求的抑制效果，可有效抑制骨料的堿活性，能夠保證混凝土構(gòu)造的安全。表1混凝土集堿反響試驗(yàn)堿活性砂漿膨脹率成果表〔%〕4、工程措施混凝土堿反響發(fā)生的條件主要為原材料中可溶有害堿含量超標(biāo)，有害堿在遇水融化后發(fā)生反響，因而，降低混凝土原材料中的可溶堿、摻加一定比列的混合材料等是減少堿集料反響的有效途徑，同時(shí)可采用一定的物理措施將混凝土與潮濕環(huán)境進(jìn)行有效隔離，阻斷反響條件，可以有效抑制混凝土集堿反響。圖1砂料抑堿試驗(yàn)成果曲線圖2骨料料抑堿試驗(yàn)成果曲線4.1、采用低堿水泥水泥作為混凝土中堿的主要帶入材料，其堿含量直接決定了混凝土發(fā)生集堿反響的可能性。根據(jù)國標(biāo)要求總堿含量〔Na2O+0.658K2O〕小于0.6%的水泥為低堿水泥，采用低堿水泥可有效控制混凝土總堿量，進(jìn)而躲避堿集料反響的發(fā)生。4.2、減少外加劑中的堿含量外加劑如減水劑、引氣劑、早強(qiáng)劑、防凍劑等的使用是當(dāng)代混凝土技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，但同時(shí)帶來某些外加劑引入堿的問題。由于外加劑引入的堿全部是可溶性的，對(duì)堿集料反響的作用也最大。因而，為防止堿集料反響，對(duì)外加劑中的堿應(yīng)格外注意。4.3、摻用適量粉煤灰等混合料通過實(shí)驗(yàn)在混凝土中摻加一定比例粉煤灰等混合材料，具有增加混凝土的和易性、減少水泥用量、提高強(qiáng)度的作用，同時(shí)細(xì)摻和料能很快消耗水泥中的堿，是預(yù)防堿骨料反響的重要而又有效的措施，試驗(yàn)證明摻用15%20%粉煤灰、高爐礦渣等可有效抑制堿集料反響。4.4、控制混凝土總堿量混凝土中的堿主要來自水泥、外加劑、摻和料能介入堿骨料反響的有效堿含量，在施工經(jīng)過中加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格原材料質(zhì)量控制，控制混凝土中的總堿量，盡可能預(yù)防和減弱集堿反響發(fā)生。4.5、阻斷堿集反響條件水是混凝土集堿反響發(fā)生和發(fā)展的一個(gè)必要條件，實(shí)踐證明，越是在潮濕多水的環(huán)境條件下，堿集反響對(duì)工程的損害發(fā)展越快，因而對(duì)工程關(guān)鍵部位、構(gòu)造采取一定的措施進(jìn)行封閉或與水隔離〔如涂刷防水材料、聚脲等〕，阻斷堿反響的條件，同樣可起到抑制堿骨料反響。5、主要控制重點(diǎn)5.1、工程施工經(jīng)過中5.1.1、原材料選取施工經(jīng)過中嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范和試驗(yàn)成果報(bào)告要求選取原材料，如選用低堿水泥，拌合水pH值不大于6.5、氯離子含量小于100mg/L、硫酸根離子含量小于350mg/L，砂料采用含泥量小于2%且細(xì)度模數(shù)Mx=2.3～3.0的中砂，粗骨料應(yīng)采用含泥量不得大于1%連續(xù)級(jí)配，粉煤灰宜采用Ⅰ級(jí)灰，細(xì)度不大于12%，燒失量不大于5%，需水量比不大于95%，三氧化硫含量不大于3%，游離氧化鈣含量不大于4%，外加劑不得造成混凝土中水溶性氯離子含量超過水泥重量0.06%限量的規(guī)定等，從原材料上控制和降低混凝土集堿反響的發(fā)生。5.1.2、配合比控制在施工經(jīng)過中，除要嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量外，要嚴(yán)格根據(jù)試驗(yàn)確定的混凝土配合比進(jìn)行混凝土拌和生產(chǎn)，按規(guī)范要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)材料檢驗(yàn)，根據(jù)所采用的砂石骨料情況、坍落度值、膠凝材料和外加劑品種，確定用水量，一般情況下混凝土的坍落度宜控制在70～110mm為宜，粉煤灰摻量要綜合考慮試驗(yàn)確定對(duì)骨料堿活性抑制效果，摻量一般為水泥量的20%，在保證水膠比不變的前提下及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行混凝土施工配合比的調(diào)整，以保證混凝土的和易性。5.1.3、加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)混凝土養(yǎng)護(hù)是保障混凝土早期強(qiáng)度的最關(guān)鍵、最主要的措施之一，施工經(jīng)過中要根據(jù)不同的工程部位和要求制定切實(shí)可行的養(yǎng)護(hù)措施，防止混凝土內(nèi)外溫度變化過大，引起干縮溫度裂縫和外表龜裂的缺陷的產(chǎn)生，由于混凝土開裂后，在潮濕環(huán)境中水分將更容易進(jìn)入混凝土構(gòu)造內(nèi)部，將加速混凝土集堿反響和混凝土機(jī)構(gòu)膨脹毀壞，進(jìn)而對(duì)工程耐久性和安全造成威脅。5.2、運(yùn)行經(jīng)過中由于引綽濟(jì)遼工程牽涉區(qū)域范圍混凝土骨料大部分存在不同程度的堿活性或疑似堿活性，工程施工中雖根據(jù)試驗(yàn)采取抑制措施，但并不是完全消除了集堿反響對(duì)混凝土構(gòu)造的毀壞。因而，在工程建成或投入使用期間要對(duì)長期處于水下或潮濕環(huán)境的部位混凝土構(gòu)造加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和觀察，必要時(shí)可定期進(jìn)行鉆心取樣檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有集堿反響毀壞跡象立即采取措施進(jìn)行加固和處理。以下