强碱活性砂岩骨料的抑制措施研究

夏万求1刘晨霞2李幼胜1

(1. 江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西 南昌330603；2.中国水利水电科学研究院，北京100038)

【摘要】本文详细介绍了砂岩骨料碱硅酸反应活性的研究结果。砂岩主要由碎屑和胶结物组成，其中粒径小于0.05mm的隐—微晶石英约占总量的10%～15%，波状消光石英约占15%。经砂浆棒快速法检测14天膨胀率达到0.448%，具有较强的碱硅酸反应活性。试验表明掺加20%以上的粉煤灰、4%以上的硅灰、30%以上的矿粉等矿物掺和料对抑制砂岩的碱硅酸反应是有效的。本文的研究结果为洪屏抽水蓄能电站工程面板混凝土的骨料选定及配合比试验提供了技术支持，为保证工程质量奠定了基础。

【关键词】砂岩骨料；碱硅酸反应活性；抑制措施

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.09.016

中图分类号：TV42+2

Research on inhibition measures of alkali activity sandstone aggregate

XIA Wanqiu1, LIU Chenxia2, LI Yousheng1

(1.JiangxiHongpingPumpedStorageCo.,Ltd.,Nanchang330603,China;

2.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100038,China)

Abstract:In the paper, research results of sandstone aggregate alkali-silica reaction activity are introduced in detail. Sandstone is mainly composed of clast and cement, wherein adiagnostic quartz with particle size less than 0.05mm accounts for about 10%~15% of total amount, and undulatory extinction quartz accounts for about 15%. 14-day expansion rate is up to 0.448% according to test by mortar bar quick method. It has strong alkali-silicate reaction activity. Experiment shows that admixing of more than 20% fly ash, more than 4% silica fume, more than 30% mineral powder and other mineral admixture is effective to inhibit alkali-silica reaction of sandstone. Research results in the paper provides technical support for selecting aggregate of facing concrete and mixing ratio test in Hongping Pumped Storage Power Station Project, and lays the foundation for ensuring project quality.

Key words: sandstone aggregate; alkali-silica reaction activity; inhibition measures

1概述

碱骨料反应是影响混凝土耐久性的一个重要方面。施工中若不可避免地采用含有活性的骨料，碱骨料反应一旦发生，特别是对于薄壁混凝土结构，将无法补救，给工程带来的危害是相当严重的。因此，必须进行骨料的碱活性检验和碱活性骨料的抑制试验，使混凝土结构不发生碱骨料反应，这对延长工程使用寿命具有重要意义。

在我国南方的江西、浙江、湖南、广西等地区的山脉存在大量的砂岩，当地的各类建筑物不可避免地要用到砂岩骨料[1]。江西洪屏抽水蓄能电站砂岩骨料为工程引水隧洞开挖料，计划用于上水库主坝与副坝的面板混凝土，因此需要研究砂岩骨料在面板混凝土中的应用效果及配合比方案及碱活性控制措施，为工程建设提供技术支持。

2试验原材料

a.水泥。江西某水泥有限公司生产的P.O42.5水泥，碱含量为0.61%。

b.粉煤灰。上高县某工程服务有限公司生产的Ⅱ级粉煤灰，碱含量为1.52%。

c.骨料。采用引水隧洞开挖的砂岩粗料，经砂石加工系统生产出细骨料和二级配粗骨料。

3砂岩骨料的岩相法检验结果

骨料由碎屑和胶结物组成，具砂状结构，岩性为砂岩。

a.碎屑。成分主要为石英(包括石英岩、硅质岩岩屑)、岩屑和少量长石，多呈次圆状—圆状，均为砂级碎屑。石英：颗粒较粗，不属微晶石英，部分具波状消光，石英岩岩屑由颗粒较粗的石英组成，部分具波状消光，硅质岩岩屑主要由隐—微晶石英组成；岩屑：主要为酸—中性火山岩，有少部分黏土岩岩屑等，酸—中性火山岩主要由隐—微晶长石、石英组成，部分具蚀变，有黏土质生成，黏土岩主要由黏土质组成，含部分细小长石、石英；长石：不具碱活性。

b.胶结物。主要为黏土质，有少量石英，黏土质呈显微鳞片状，石英呈隐—微晶状，隐于黏土质间。

碎屑和胶结物中粒径小于0.05mm 的隐—微晶石英约占总量的10%～15%，波状消光石英约占总量的15%，这两类石英均具潜在碱硅活性，因此该骨料具潜在碱硅活性(见照片)。

砂岩骨料偏光显微镜照片(35倍)

4砂岩骨料碱硅酸反应活性检验及抑制试验结果

采用砂浆棒快速法检测砂岩骨料的碱活性,以及各种矿物掺和料对骨料碱硅酸反应活性的抑制效果。碱硅酸反应活性检验及抑制试验结果见表1。

表1　不同矿物掺和料的砂浆棒快速法试验结果

续表

注《水工混凝土砂石骨料试验规程》(DL/T 5151—2001)第5.5.4条中给出的骨料活性的评定标准为：砂浆试件14天的膨胀率小于0.1%，则骨料为非活性骨料；砂浆试件14天的膨胀率大于0.2%，则骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料；砂浆试件14天的膨胀率在0.1%~0.2%之间的，对这种骨料应结合现场记录、岩相分析或开展其他的辅助试验、试件观测时间延至28天后的测试结果等来进行综合评定。

由表1可见，用基准水泥和工程用南方普硅检测砂岩骨料的碱活性，14天砂浆棒快速法试件的膨胀率分别为0.448%和0.400%，远大于0.2%的活性骨料判界，因此砂岩骨料应该属于强碱硅酸反应活性骨料。

由表1还可以看到，各种矿物掺和料对砂岩骨料的碱活性具有不同的抑制效果：

a.掺加20%以上的粉煤灰对砂岩骨料的碱活性有明显的抑制效果，14天砂浆棒快速法试件收缩0.03%~0.06%，基本上没有膨胀。慎重起见延长了砂浆棒快速法的试验龄期，目前已经到140天，膨胀率也只有-0.02%~0.04%，仍然没有膨胀。因此，采取掺加20%以上的粉煤灰替代水泥的措施对抑制砂岩骨料碱活性是行之有效的。

b.掺加30%以上的矿粉可以抑制砂岩骨料的碱活性，但与粉煤灰相比抑制效果较差，14天砂浆棒快速法试件的膨胀率降低到0.05%~0.20%；140天膨胀率为0.13%~0.39%，略有膨胀。因此，要取得明显的抑制效果，矿粉的掺量必须达到40%以上。

c.掺加4%以上的硅灰可以有效抑制砂岩骨料的碱活性，14天砂浆棒快速法试件收缩0.01%~0.02%，抑制效果甚至优于粉煤灰。但是其后开始略有膨胀，140天膨胀率为0.06%~0.14%。因此，掺加8%以上的硅灰也是一种有效的砂岩骨料碱活性抑制措施。

d.在掺加20%粉煤灰的基础上复掺4%以上硅灰，14天砂浆棒快速法试件的膨胀率降低到-0.02%~-0.03%，140天膨胀率也只有0.004%~0.015%，抑制效果比30%掺量的粉煤灰更好。因此，在不宜大量掺加粉煤灰或粉煤灰抑制效果不太理想的情况下，可以考虑复掺硅灰作为有效的砂岩骨料碱活性抑制措施。

5不同掺和料对砂岩骨料混凝土性能的影响

对粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺和料对混凝土性能的影响进行试验，试验内容包括拌和物性能、抗压强度、劈裂抗拉强度、极限拉伸值、干缩等，试验结果见表2和表3。

表2　不同矿物掺和料的混凝土性能试验结果

续表

表3　不同掺和料混凝土干缩试验结果　单位：10 -6

表2表明：随着粉煤灰和矿粉的掺量增加，混凝土的各项力学性能均有较大幅度的降低；而随着硅灰掺量的增加，混凝土的各项力学性能有所提高。

由于砂岩骨料存在早期吸水肿胀然后逐渐失水收缩引起的变形，混凝土的干缩均较大，从表3可见90天龄期的干缩值达到600×10-6左右，比天然骨料混凝土的干缩大很多。不同掺和料的混凝土干缩相差不大，硅粉混凝土干缩略大。

6结语

由本文的研究成果可见，砂岩骨料具有较强的碱硅酸反应活性，如果使用不当会对建筑物的耐久性和结构安全性产生严重的不良影响，因此本项目的研究成果对我国南方砂岩地区的工程建设具有一定的参考意义。各种矿物掺和料对砂岩骨料的碱活性具有不同的抑制效果[2-3]，综合考虑砂浆棒快速法和混凝土性能的试验结果，建议采取掺加20%以上的粉煤灰替代水泥的抑制措施。

参考文献

[1]张伟锋,等.锦屏一级水电站大坝混凝土细骨料料源选择[J].中国水能及电气化,2012(11):48-54.

[2]努尔拉提·热孜依万,等.新疆吉林台一级水电站混凝土碱-骨料反应试验研究[J].水利建设与管理,2008(9):42-45.

[3]赵建明.矿渣粉高性能混凝土在水利工程中的应用[J].中国水能及电气化,2014(3):10-13.