卢亚召，赵顺波

(华北水利水电大学，河南 郑州450045)

碱骨料反应是指在一定环境条件下，混凝土原材料中的水泥、外加剂、掺和剂、混合材料和水中的碱(Na2O 或K2O)与集料中的活性成分反应，导致混凝土结构产生不均匀膨胀、开裂甚至破坏［1－2］.

在国内水利工程中，绝大多数的高坝为混凝土坝.水利工程中的大坝混凝土骨料粒径大(最大达150 mm)，普通混凝土相对要小得多(最大为40 mm).普通混凝土骨料用量比例为75% ～80%，而大坝混凝土骨料用量比例高至90%. 可见，骨料性状对混凝土质量的影响尤为重要和显著. 因此在水利工程中，骨料的碱活性问题也尤为重视.

20世纪50年代初期，吴中伟院士在治淮工程中引进了化学法和砂浆棒长度法［3］用于鉴定骨料的碱活性.1962年，砂浆棒长度法和化学法两种碱活性骨料鉴定方法被列入《水工混凝土试验规程》，并于2001年将混凝土棱柱体法和砂浆棒长度快速鉴定法补充进《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)［4］.由此可见，碱活性骨料反应问题早已受到人们的关注和重视.

对骨料进行碱活性检验，是根据骨料与碱作用后所产生的膨胀率大小来判断骨料是否具有碱活性.在丹江口大坝与小浪底工程的碱活性骨料研究中采用了砂浆棒快速法或碳酸盐骨料的碱活性检验法［5］.砂浆棒快速法用于测定骨料在砂浆中的潜在有害的碱－硅酸反应，适合于检验反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料. 碳酸盐骨料的碱活性检验法是在规定条件下，测量碳酸盐骨料试件在碱溶液中产生的长度变化，鉴定其作为混凝土骨料是否具有碱活性.

笔者采用砂浆棒快速法和碳酸盐骨料碱活性检验法对洛河流域安山玢岩碱骨料进行试验研究，通过分析安山玢岩骨料在不同龄期的膨胀率变化，测定其碱活性，并总结了抑制骨料碱活性的工程措施.

1 安山玢岩骨料碱活性试验

1.1 试样采集

豫西洛河流域广泛分布元古界熊儿群马家河组安山玢岩地层，安山玢岩隐晶质—斑状结构，斑晶多为长石、角闪石等;杏仁或块状构造，杏仁直径5 ～15 mm，杏仁中充填物有石英、方解石等，基质具交织结构.安山玢岩具有质地坚硬，强度较高，压碎值较小的工程特性，是很好的建筑石料和混凝土骨料.

试样采集豫西洛河流域安山玢岩微风化或新鲜岩块、钻孔岩芯等.

1.2 试验方法

采用《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)中砂浆棒快速法和碳酸盐骨料碱活性检验方法，研究安山玢岩在不同龄期的膨胀率变化，分析安山玢岩骨料的碱活性.

1.2.1 砂浆棒快速法

在洛河流域不同区域取样3 组，按砂浆长度法分别制作试件(25 mm×25 mm×285 mm)3 组，并编号为1，2，3.成型24 h 脱模后，将3 组试件分别浸入80 ℃水浴中恒温至24 h，取出试件并在未冷却时立即取出测初长，然后将试件放入80 ℃恒温1 mol/L的NaOH 溶液中，测定不同龄期的膨胀值作为评定骨料潜在活性的依据.

试验数据分析依据如下.

1)砂浆棒试件14 d 的膨胀率小于0.1%，则集料为非活性集料.

2)砂浆棒试件14 d 的膨胀率大于0.2%，则集料为具有潜在危害性反应的活性集料.

3)砂浆棒试件14 d 的膨胀率为0.1% ～0.2%时，对这种集料应结合现场记录、岩相分析、开展其他的辅助试验、试件观测的时间延至28 d 后的测试结果等来进行综合评定.

1.2.2 碳酸盐骨料碱活性检验方法

选直径为9 mm、长35 mm 的圆柱体试件18 组，每组3 个，在20 ℃的恒温室中将其浸泡在1 mol/L的NaOH 溶液中，分别观测7，14，28，56，84 d 的试件膨胀率，各组的观测值均取3 个中的最大值［6］.若84 d 龄期试件的膨胀率大于0.1%，则骨料具有潜在的碱活性;若小于0.1%则为非活性［6］.

1.3 试验结果及分析

砂浆棒快速法试验结果见表1，碳酸盐骨料碱活性检验法试验结果见表2.

表1 砂浆棒快速法试验结果

表2 碳酸盐骨料碱活性检验法试验结果

由表1可以看出:砂浆棒快速检验法试验结果中编号1 试件14 d 龄期的膨胀率为0.057%，小于0.1%，为非活性;编号2 试件和编号3 试件14 d 龄期的膨胀率分别为0.180%和0.137%，在0.1% ～0.2%范围内，应结合现场记录、岩相分析并开展其他的辅助试验来进行综合评定.

由表2可以看出:碳酸盐骨料碱活性检验法试验结果中编号X－6 组试件84 d 龄期的膨胀率为0.206%，编号Z－5 组试件84 d 龄期的膨胀率为0.167%，均大于0.1%，因此骨料具有潜在碱活性;其余16 组试件84 d 龄期的膨胀率均小于0.1%，为非活性.

综合分析表明，安山玢岩具有一定的潜在碱活性.

2 抑制骨料碱活性的工程措施

活性骨料、碱和水是发生骨料碱活性反应的必要条件［7］.通过控制其必要条件就可有效地控制碱活性反应.在碱活性骨料不可避免的情况下，可通过控制水泥原材料、添加合适的掺入料等方法，把碱活性反应降低到可接受的程度内.主要工程措施如下.

1)控制水泥含碱量.一般国际上普遍接受的水泥含碱量安全值为0. 5% ～0. 6%，限制高碱外加剂，控制混凝土含碱量不超过2 ～3 kg/m3.

三峡工程建设采用人工制备的花岗岩骨料来预防混凝土的碱活性骨料反应，并限定水泥中的含碱量≤0.5%以及混凝土的总碱含量≤2.5 kg/m3;在施工过程中执行严格的温控防裂措施;按照混凝土耐久性优先原则设计混凝土大坝，也体现了水利工程设计的新趋向［8］.

2)掺入其他活性材料.常用的活性材料有超细沸石、电炉硅灰、粉煤灰等.必要时，也可采用铁铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥.

新疆肯斯瓦特水利枢纽工程混凝土骨料采用砂浆棒快速法检测14 d 的膨胀率分别为0. 35%，0.42%，0. 46%，具有潜在碱活性［9］. 掺入粉煤灰30%后14 d 砂浆棒膨胀率均小于0.1%，变为非碱活性.由此可见，粉煤灰对集料碱活性具有明显的抑制效果.

3)控制水的掺入量来防止或减轻碱活性反应.主要包括提高混凝土密实度和抗渗性、加强排水、加强混凝土接缝的维护等.

南水北调中线工程针对华北地区太行山和燕山骨料的碱活性问题，在工程开工之前就制订了《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例》，规定了骨料碱活性的检验规则(取样、检验方法、检验程序、评定标准)，工程分类，预防措施，混凝土碱含量计算方法，工程管理措施等.

3 结 语

碱活性骨料反应是混凝土耐久性研究的重要课题之一. 采用《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)中砂浆棒快速法和碳酸盐骨料碱活性检验骨料碱活性检验方法，研究了豫西洛河流域安山玢岩在不同龄期的膨胀率变化，分析了安山玢岩骨料碱活性.试验成果表明，洛河流域安山玢岩具有一定的潜在碱活性.研究成果对该地区混凝土工程具有一定的借鉴意义.

［1］杨华全，李文伟.水工混凝土研究与应用［M］.北京:中国水利水电出版社，2005.

［2］薛喜文，李立刚.小浪底工程混凝土骨料碱活性试验研究［J］.人民黄河，2009，31(10):96－97.

［3］李金玉.中国大坝混凝土中的碱骨料反应［J］.水力发电，2005，31(1):34－37.

［4］陈改新.混凝土耐久性的研究、应用和发展趋势［J］.中国水利水电科学研究院学报，2009，7(2):280－285.

［5］章瑞文，汪在芹，李珍. 活性骨料在丹江口大坝中的长期性能研究［D］.武汉:长江科学院，2009.

［6］中国水利水电科学研究院，南京水利科学研究院.SL 352—2006水工混凝土试验规程［S］. 北京:中国水利水电出版社，2006.

［7］俞宁.混凝土碱活性反应对水利工程的危害及其对策［J］.浙江水利科技，2004，32(4):44－46.

［8］张超然，戴会超.三峡工程建设中若干重大技术问题的突破［J］.中国工程科学，2003，5(2):20－25.

［9］杨桂权，王怀义.粉煤灰在抑制集料碱活性方面的试验研究及应用［J］.粉煤灰，2011，23(6):9，14.