某工程混凝土含堿量控制

某工程混凝土含堿量的控制摘要：混凝土原原材料中的堿堿含量過高時時，可能發(fā)生生堿集料反應(yīng)應(yīng)，引起混凝凝土結(jié)構(gòu)的破破壞。工程中中應(yīng)從混凝土土的原材料選選擇開始仔細細考慮堿集料料反應(yīng)，嚴格格預(yù)防堿集料料反應(yīng)的發(fā)生生?；炷羶?nèi)內(nèi)部發(fā)生堿集集料反應(yīng)破壞壞與否，除了了與水泥堿含含量有關(guān)外，jetvac4是與混凝土中的總堿含量有關(guān)。以混凝土原材料中的總堿含量作為控制標準是切實可行和更為可靠的。關(guān)鍵詞：混凝土土；堿集料反反應(yīng)；含堿量量；控制20世世紀30年代，美美國西部地區(qū)區(qū)的一些堤壩壩、公路、橋橋梁等混凝土土結(jié)構(gòu)發(fā)生異異常膨脹，產(chǎn)產(chǎn)生裂縫，當(dāng)當(dāng)時，尚未找找出具體的原原因。19440年，StanntonTEE[1]首次將將這種混凝土土異常膨脹并并產(chǎn)生開裂的的原因歸結(jié)為為是由于堿含含量較高的水水泥與某種頁頁巖或蛋白石石集料之間發(fā)發(fā)生反應(yīng)所引引起的，他把把加利福尼亞亞州的KinngCitty大橋的橋橋墩損傷的結(jié)結(jié)構(gòu)物所使用用的集料制成成砂漿試件，測測定變形率后后，發(fā)現(xiàn)膨脹脹率很大，他他認為是由于于堿含量高的的水泥析出的的KOH、NaOH與含含有活性Sii02的集料料發(fā)生了反應(yīng)應(yīng)。其后，世世界上許多國國家相繼認識識到了堿集料料反應(yīng)對混凝凝土結(jié)構(gòu)耐久久性和安全性性的危害，并并制定了堿集集料反應(yīng)可能能性的檢驗方方法，提出了了相應(yīng)的預(yù)防防措施。近幾幾年來我國對對混凝土堿集集料反應(yīng)理論論的研究也有有了很大的發(fā)發(fā)展。由于水泥與集料料之間的作用用相當(dāng)復(fù)雜，各各地集料的品品種、礦物組組成千差萬別別，實際工程程中各種因素素所引起的混混凝土耐久性性下降現(xiàn)象互互相交織，這這些都對混凝凝土堿集料反反應(yīng)機理的研研究以及混凝凝土結(jié)構(gòu)劣化化原因的界定定產(chǎn)生了一定定影響。如何何合理地確定定混凝土堿含含量的控制標標準一直困擾擾著工程技術(shù)術(shù)人員。有的的工程為了確確保萬無一失失，不從當(dāng)?shù)氐卦牧系幕罨钚院秃瑝A量量實際出發(fā)，不不斷提高混凝凝土堿含量的的控制標準，致致使工程在實實施過程中難難以控制或無無謂地增加了了一些工程投投資。下面從從混凝土的堿堿集料反應(yīng)機機理等方面人人手，結(jié)合某某混凝土工程程實際，提出出了進行具有有堿活性骨料料混凝土總堿堿量的控制，在在保證混凝土土施工質(zhì)量前前提下，盡可可能地降低了了工程造價。1混凝土堿堿集料反應(yīng)破破壞混凝土的堿集料料反應(yīng)是混凝凝土材料內(nèi)水水泥中的堿((KOH、NaOH))與集料中的的活性成分之之間發(fā)生的化化學(xué)反應(yīng)，其其產(chǎn)物呈膠體體狀態(tài)，不僅僅減弱了集料料與水泥石之之間的界面粘粘結(jié)強度，而而且遇水后發(fā)發(fā)生膨脹，使使混凝土內(nèi)部部產(chǎn)生較大的的內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)導(dǎo)致混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)體開裂。一般認為，堿集集料反應(yīng)有堿堿—硅反應(yīng)、堿—碳酸鹽反應(yīng)應(yīng)、堿—硅酸鹽反應(yīng)應(yīng)等3種類型，堿—硅反應(yīng)是集集料中的反應(yīng)應(yīng)性微晶氧化化硅與混凝土土孔溶液中的的堿之間發(fā)生的反應(yīng)。此此反應(yīng)在常溫溫下即可進行行，產(chǎn)物為堿堿—硅凝膠體，它它吸水膨脹，引引起膨脹壓而而使?昆凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)體開裂(無序的網(wǎng)狀狀裂紋)，與堿發(fā)生生反應(yīng)的集料料表面有凝膠膠環(huán)存在，混混凝土內(nèi)部也也會產(chǎn)生大量量裂縫，混凝凝土內(nèi)部孔縫縫中存在硅酸酸鹽凝膠，凝凝膠失水后硬硬化或粉化。堿—硅反應(yīng)的速度隨Si02的穩(wěn)定程度、比表面積、溫度以及液相中OH—濃度而不同，堿的濃度對堿集料反應(yīng)與否起很大作用。堿—碳酸鹽反應(yīng)發(fā)生在水泥石液相中的堿與石灰石集料之間。與堿-硅反應(yīng)不同的是，盡管堿—碳酸鹽反應(yīng)表現(xiàn)為混凝土體內(nèi)外產(chǎn)生開裂，但集料表面不產(chǎn)生凝膠體。堿—硅酸反應(yīng)是一種特殊的堿集料反應(yīng)，集料表面也不存在反應(yīng)環(huán)，但是會引起混凝土體內(nèi)外開裂?；炷羶?nèi)部發(fā)生生堿集料反應(yīng)應(yīng)后的宏觀現(xiàn)現(xiàn)象為：集料料表面存在凝凝膠環(huán)，混凝凝土內(nèi)部和外外部開裂，孔孔縫內(nèi)有異常常物質(zhì)存在等等?；炷涟l(fā)發(fā)生堿集料反反應(yīng)最突出的的表現(xiàn)就是產(chǎn)產(chǎn)生開裂，這這種無序的開開裂將導(dǎo)致其其力學(xué)性能下下降，抗凍性性、抗化學(xué)腐腐蝕性和抗鋼鋼筋銹蝕性嚴嚴重降低。盡管關(guān)于混凝土土堿集料反應(yīng)應(yīng)的機理以及及確切的規(guī)律律至今尚無圓圓滿的解答，但但是人們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，混凝土內(nèi)內(nèi)部要發(fā)生堿堿集料反應(yīng)，有有3個缺一不可可的條件：1)混混凝土中堿含含量過高?；旎炷翂A含量量越高，發(fā)生生堿集料反應(yīng)應(yīng)的可能性越越大。2)所所用集料內(nèi)含含活性物質(zhì)。一一些有代表性性的活性集料料，如蛋白石石、打火石、燧燧石和火山噴噴出巖(主要是安山山巖和流紋巖巖)等發(fā)生堿集集料反應(yīng)的危危險性最大。3)必必須有水份存存在。這是發(fā)發(fā)生堿集料反反應(yīng)的必要條條件之一。干干燥條件下，混混凝土幾乎不不發(fā)生堿集料料反應(yīng)。處于于高濕度環(huán)境境下的混凝土土發(fā)生堿集料料反應(yīng)的速度度較大。堿集料反應(yīng)的進進程和破壞程程度受到以下下幾個因素的的影響。(1))活性集料的的數(shù)量和集料料的粒徑。一一般認為，集集料中活性集集料的百分比比越大，發(fā)生生堿集料反應(yīng)應(yīng)的破壞也越越大。集料粒粒徑在0．15～0．3mm范圍圍內(nèi)，發(fā)生堿堿集料反應(yīng)后后產(chǎn)生的體積積膨脹最大，開開裂也最嚴重重。(2))堿含量。水水泥中的堿含含量通常以NNa2O的等當(dāng)量質(zhì)質(zhì)量(Na2O十0．658K2O)與水泥質(zhì)質(zhì)量之比的百百分數(shù)表示?；旎炷林械膲A堿含量則通常常以單位立方方米混凝土中中Na2O的等當(dāng)量質(zhì)質(zhì)量表示。當(dāng)當(dāng)使用活性集集料時，堿含含量與堿集料料反應(yīng)的速度度呈大致的線線性關(guān)系，比比如堿含量越越高，越易發(fā)發(fā)生堿集料反反應(yīng)，但這種種關(guān)系也不是是絕對的，如如對于蛋白石石等高堿活性性集料，當(dāng)堿堿含量過高時時，膨脹量反反而減小。為了抑制堿集料料反應(yīng)，一些些國家規(guī)定了了混凝土堿含含量的限值[[2]，美國國為3．3ks／m3，英國、澳澳大利亞、新新西蘭、南非非分別為3．0ks／m3、2．0kg／m3、5．0kg／m3和2．1kg／m3，我國則為為3．0kg／m3。(3))水灰比。水水灰比越大，混混凝土內(nèi)部孔孔隙率也越大大，堿在水溶溶液中的遷移移速度也增大大，所以如果果具備堿集料料反應(yīng)發(fā)生的的條件時，其其反應(yīng)速度也也加快。但是是，也有人通通過實驗證實實，當(dāng)水灰比比較小時，孔孔隙尺寸小，孔孔隙率也低，反反而不利于緩緩和因發(fā)生堿堿集料反應(yīng)所所產(chǎn)生的膨脹脹壓。誠然，減減小水灰比可可以大幅度降降低混凝土滲滲透性，從而而降低混凝土土的滲水性，因因而發(fā)生堿集集料反應(yīng)的可可能性也必然然會減小。(4))其它因素。影影響混凝土堿堿集料反應(yīng)破破壞的因素還還包括環(huán)境濕濕度和溫度以以及混凝土的的含氣量等。我國從30年前前開始發(fā)現(xiàn)一一些開裂嚴重重的混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)(主要是橋梁梁、路面等))是由于堿集集料反應(yīng)所致致，但總體來來說，堿集料料反應(yīng)破壞現(xiàn)現(xiàn)象實例還是是較少的。研研究發(fā)現(xiàn)，北北京、天津、河河北、遼寧、廣廣西等省市部部分地區(qū)的砂砂石集料中含含有活性成分分，如玉髓、蛋蛋白石等。我我國水泥生產(chǎn)產(chǎn)技術(shù)相對較較落后，由于于原料所限，我我國東北、華華北和西北地地區(qū)水泥含堿堿量相對較高高。20世紀60年代的統(tǒng)統(tǒng)計資料顯示示，我國水泥泥堿含量在00．39％～1．08％的范圍圍內(nèi)波動，11983年為為0％～2％，19844年為0．1％～1．7％，19855年為0．1％～0．9％。我國水水泥有關(guān)標準準規(guī)定：若使使用活性集料料，用戶要求求提供低堿水水泥肘，水泥泥中堿含量不不得大于0．60％，或由由供需雙方商商定。但是，目前國內(nèi)內(nèi)外水泥的生生產(chǎn)都追求節(jié)節(jié)省能源、保保護環(huán)境，開開發(fā)利用含堿堿的窯爐廢氣氣進行預(yù)熱之之用，并允許許在水泥中摻摻人含堿量較較高的窯灰，所所以水泥含堿堿量有所增大大[3]。另外，由于水泥泥標準與ISSO新標準進進行接軌，新新的強度檢驗驗方法的出臺臺必將使得大大部分水泥生生產(chǎn)企業(yè)為了了保住水泥的的高標號不愿愿摻加過多混混合材；混凝凝土新的設(shè)計計理念(混凝土活性性摻合料的使使用)的形成也希希望市場上硅硅酸鹽水泥份份額逐漸增大大。這些因素素都將引起我我國水泥中的的堿含量呈現(xiàn)現(xiàn)整體走高趨趨勢。不僅水泥堿含量量呈增高趨勢勢，各種外加加劑的應(yīng)用，如如作為早強劑劑和防凍劑使使用的NaCCl、Na2SO4等都將增加加混凝土中的的堿含量，這這些都是堿集集料反應(yīng)研究究工作者和標標準制訂者所所要考慮的因因素。2預(yù)防混凝凝土堿集料反反應(yīng)破壞的措措施水泥的生產(chǎn)過程程是很復(fù)雜的的，其Na2O和K2O主要來自于于生產(chǎn)原料，如如粘土。粘土土中的堿含量量可高達2．5％～2．7％，而砂巖巖中的堿含量量為0．1％～0．3％。粘土和和砂巖是目前前水泥中SiiO2和A12O32種化學(xué)成分分的主要來源源，它們的堿堿含量相差110倍左右，使使用砂巖作為為原料之一的的水泥其堿含含量也低，但但是有的水泥泥廠設(shè)計時采采用粘土，若若改用砂巖，則則又會影響整整個生產(chǎn)工藝藝。降低水泥堿含量量的另一個措措施是不摻加加窯灰，因為為窯灰中的堿堿含量高達22．2％～2．3％。但是水水泥廠大多將將窯灰摻加到到水泥熟料中中一起磨細，既既解決了窯灰灰的堆放和避避免了對環(huán)境境的污染，又又降低了水泥泥的生產(chǎn)成本本。一個日產(chǎn)產(chǎn)水泥熟料55000～～60000t的水泥廠廠，其每日所所排出的窯灰灰達2t左右，一一年就有7770t。摻加礦渣渣混合材是解解決水泥堿含含量的又一個個重要的有效效措施，但是是現(xiàn)在一些先先進的水泥生生產(chǎn)廠在設(shè)計計時主要按照照硅酸鹽水泥泥和普通硅酸酸鹽水泥生產(chǎn)產(chǎn)情況設(shè)計，在在粉磨時摻加加礦渣無疑降降低了粉磨設(shè)設(shè)備的效率。摻摻加粉煤灰混混合材對減低低堿含量無益益，因為粉煤煤灰中本身的的堿含量較大大，如上海某某電場粉煤灰灰的堿含量為為0．76％(Na2O占0．34％，K2O占0．64％)。窯氣中往往往夾雜著蒸蒸發(fā)的堿，所所以采用在窯窯尾放風(fēng)，可可以除去一部部分堿，但是是窯尾放風(fēng)必必將產(chǎn)生大量量灰塵顆粒，無無疑又加劇了了環(huán)保問題。目前水泥堿含量量難以降低，尋尋求切實可行行的其它有效效措施來預(yù)防防混凝土堿集集料反應(yīng)破壞壞便顯得十分分重要了。在在存在活性集集料的情況下下，混凝土內(nèi)內(nèi)部發(fā)生堿集集料反應(yīng)破壞壞與否，除了了與水泥堿含含量有關(guān)外，最最重要的是與與混凝土中的的總堿含量有有關(guān)[4]。因為為除了水泥，各各種品種的外外加劑，如早早強劑、防凍凍劑、速凝劑劑，甚至高效效減水劑的摻摻加和使用，都都會在混凝土土中引入一定定量的堿金屬屬離子。值得得重視的是，即即使所使用的的水泥的堿含含量較高(如超過0．6％)，也可以通通過其它有效效措施(如降低混凝凝土中的總堿堿含量)來防范混凝凝土堿集料反反應(yīng)的發(fā)生或或減少其破壞壞程度。目前我國水泥堿堿含量較高的的現(xiàn)象普遍存存在，且混凝凝土內(nèi)部的堿堿不僅僅只來來自于水泥，還還有可能來自自于含堿外加加劑、含鹽集集料以及滲透透進入混凝土土內(nèi)部的外界界鹽類介質(zhì)等等。混凝土中中的膠凝材料料除了水泥之之外可能還有有摻合料，而而摻合料的摻摻加又有助于于降低發(fā)生堿堿集料反應(yīng)的的可能性。就就當(dāng)前混凝土土材料的發(fā)展展和應(yīng)用水年年來說，不具具體考慮混凝凝土的原材料料和性質(zhì)，單單純通過限定定水泥堿含量量的措施來預(yù)預(yù)防工程中的的堿集料反應(yīng)應(yīng)尚有不妥之之處。有些工工程水泥的堿堿含量雖低于于0．6％，但也發(fā)發(fā)現(xiàn)有堿骨料料反應(yīng)的情況況，這是因為為其他原材料料中的堿成份份也參加了反反應(yīng)。因此，以以混凝土原材材料中的總堿堿含量作為控控制標準，才才更為可靠。潮潮濕環(huán)境中的的重要工程結(jié)結(jié)構(gòu)的混凝土土堿含量限值值不超過3．0kg／m3。3某2111程混凝土的的含堿量崔家營航電樞紐紐工程位于漢漢江中游，是是湖北省內(nèi)漢漢江干流9級梯級開發(fā)發(fā)中的第5級，上距丹丹江口水利樞樞紐142kkm，下距河河口515km，是一一個以航運和和發(fā)電為主，兼兼顧灌溉、供供水、旅游及及水產(chǎn)養(yǎng)殖等等綜合效益的的航電樞紐工工程。樞紐總總布置自右至至左分別為：：右岸連接壩壩段、船閘、泄泄水閘、電站站廠房、左岸岸連接壩段和和左岸土石壩壩。該工程混混凝土總工程程量為67．4萬m’，混凝土骨骨料為采自工工程附近的鳳鳳凰灘料場天天然骨料，鳳鳳凰灘料場的的砂中含有一一定量的玉髓髓硅質(zhì)巖、酸酸性、中性火火山巖等巖屑屑；礫石主要要由石英巖組組成，同時含含有一定量的的酸性和中性性火山玻璃質(zhì)質(zhì)成分。通過過砂漿棒快速速法試驗結(jié)果果表明：料場場的砂礫石料料為潛在危害害性反應(yīng)的活活性骨料為有有效抑制混凝凝土堿骨料的的活性反應(yīng)。為有效抑制工程程混凝土骨料料堿活性反應(yīng)應(yīng)，要求混凝凝土中總堿含含量不大于22．5kg／m3或混凝土中中摻加不低于于15％粉煤灰灰。普通低熱熱硅酸鹽水泥泥按規(guī)范要求求摻合料摻量量在6％～15％，則其其水泥含堿量量將超過低堿堿水泥堿含量量小于0．6％的要求。若若要使普通硅硅酸鹽水泥堿堿含量小于00．6％的要求，則則需改變水泥泥生產(chǎn)工藝；；若使用中熱熱低堿水泥，采采用以上兩種種方案成本將將大大增加，由由于當(dāng)?shù)氐夭牟牡幕瘜W(xué)成份份特征，甚至至無法生產(chǎn)低低堿水泥。在在該工程開工工前，對水泥泥的含堿量提提出了以下要要求：應(yīng)按各各建筑物部位位施工圖紙的的要求，配置置混凝土所需需的水泥品種種及強度等級級，水泥應(yīng)采采用低堿水泥泥，水泥堿含含量小于0．6％，并應(yīng)符符合GBl775—1999和GB2000—1989的要要求。后來，經(jīng)經(jīng)過進一步深深入的探討，就就混凝土含堿堿量問題達成成了以下意見見：混凝土堿含量控控制指標均以以總含堿量指指標控制，而而水泥堿含量量不作為控制制指標，混凝凝土含堿總含含堿量具體指指標為：1)對對于C50預(yù)應(yīng)力力預(yù)制箱梁混混凝土只對總總含堿量進行行控制，控制制標準為最大大3．0kg／m3。2)對對于上部結(jié)構(gòu)構(gòu)中的板梁柱柱泵送混凝土土，總含堿量量控制指標按按最大3．0kg／m3控制。3)其其他部位的混混凝土含堿量量指標按最大大2．5kg／m3控制。該工程充分考慮慮混凝土原材材料實際，采采取