基于混凝土骨料碱活性试验研究

2023-08-29樊强

河南水利与南水北调 2023年7期

樊强

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆昌吉 831100）

1 工程概况

以某水库为例，该水库最大坝高为129.90 m，正常蓄水位为2 311 m，水库总库容为1.38 亿m2，是灌溉、发电以及防洪综合利用的水库。该水利工程所采取的混凝土骨料有潜在碱活性危害的情况存在，文章根据相关的要求以及规范来对工程采取的骨料进行碱活性试验。

2 碱骨料试验

2.1 碱骨料反应与检验方法

选定掺和料及水泥厂家之后，取样进行碱活性试验及抑制试验。样品编号为C1-2TK2，取样深度0.50～5 m，水泥一组，粉煤灰一组；抑制骨料碱活性试验中粗细骨料各一组；砂浆棒快速法中粗细骨料各一组；岩相法中粗细骨料各一组。

目前国际上对于骨料碱活性的评定还没有一个统一的方法。对于骨料碱活性试验当前较为常用的方法有砂浆棒快速法以及岩相法。在骨料碱活性鉴定中，由于岩相法具有指导作用，常作为首选发的检测方法，该方法对骨料的成分以及种类通过显微镜进行鉴定，以此对骨料中是否存在碱活性来进行判断，但是这种方法对于膨胀率和活性组分含量之间的关系不能得到。砂浆棒快速法对于骨料在砂浆中的潜在碱-硅酸反应能够在十四天内检测出来，在后期反应产生膨胀骨料中特别适合，因为碱-骨料反应的复杂性，采取砂浆棒快速法及岩相法来对骨料碱活性综合评定。

2.2 原材料来源与性能检测

2.2.1 水泥

试验采取的水泥为普通硅酸盐水泥，通过结果能够看出，其检测项目符合普通硅酸盐水泥技术要求。

2.2.2 粉煤灰抑制碱活性试验采取F类I级粉煤灰，通过结果能够看出，其检测项目符合I级粉煤灰技术要求。

2.3 骨料的碱活性检测

2.3.1 岩相法

岩相分析对骨料矿物成分和含量以及矿物结构通过显微镜进行鉴定，来对骨料碱活性是否存在进行初步判断，通过这种方法能够对骨料分类。

通过鉴定能够得出，该骨料母岩由粉晶微晶灰岩、弱蚀变沉凝灰岩以及碎裂巨晶灰岩等组成，骨料中均有碱活性矿物成分，可采取砂浆棒快速法来验证是否有有害碱-硅酸反应。

2.3.2 砂浆棒快速法试验

采取砂浆棒快速法来对砂浆中潜在有害碱-硅酸反应进行试验，骨料和水泥混合，质量比为1∶2.36，一组三个试件，水胶比为0.58，水泥400 g，粗细骨料各900 g。试件成型之后，在养护室内进行二十四小时的养护，并拆模，试件初始读数在20±2℃中进行测量，把试件浸泡在养护筒中，并在80±2℃水浴箱中放置二十四小时，之后取出试件，采取毛巾擦干试件以及两端测头，对于试件的基准长度在恒温室内进行测量，从取出到测量这个过程要在十五秒内完成。完成测量之后，将试件浸泡在1 mol/L NaOH 溶液的养护筒中，密封好，放入恒温水浴箱中，对3 d、7 d 以及14 d 的砂浆膨胀率进行观察。

当14 d膨胀率低于0.10%时，为非活性骨料，高于0.20%时为潜在危害性反应活性骨料；当膨胀率0.10%～0.20%时，要结合岩相分析，现场记录以及其他试验来进行综合评定。

2.4 骨料碱活性检测成果

此次试验采取的骨料分别使用普通硅酸盐水泥进行砂浆棒快速法试验，结果如表1所示，其龄期和膨胀率关系如图1所示。

图1 骨料龄期和膨胀率之间的关系图

表1 砂浆棒快速法骨料碱活性试验表单位：%

从试验结果能够看出，通过观察水泥与骨料成型的砂浆棒28 d 膨胀率，粗骨料的膨胀率为0.32%，比0.20%高，该细骨料的膨胀率为0.26%，比0.20%高，说明该粗骨料以及细骨料均是活性骨料。

2.5 骨料碱活性抑制试验

碱-骨料反应抑制较为常用措施是利用火山灰反应的凝胶材料，比如粉煤灰，沸石以及硅藻土等。试验即采取粉煤灰掺入的方式来进行抑制试验。

碱活性抑制试验根据《水工混凝土试验规程》中砂浆棒快速法来进行，评定标准为28 d 龄期膨胀率低于0.10%时，那么对于碱骨料危害抑制效果在该掺量下抑制材料中为有效。

2.6 碱骨料反应抑制试验

此次碱骨料抑制试验采取的水泥为普通硅酸盐水泥，粉煤灰为F类I级，进行砂浆棒快速法抑制试验，粗骨料与细骨料粉煤灰掺量均按照15%、20%及25%掺入，结果如表2所示。

表2 骨料砂浆棒快速法抑制效果表单位：%

通过结果能够得出，该组粗骨料与细骨料掺入15%粉煤灰之后，试件28 d的膨胀率分别为0.137%与0.127%，均比0.10%大，对于碱骨料反应不能有效地进行抑制。该组粗骨料与细骨料掺入20%粉煤灰之后，试件28 d 的膨胀率分别为0.095%与0.077%，均比0.10%小，对于碱骨料反应能有效地进行抑制。该组粗骨料与细骨料掺入25%粉煤灰之后，试件28 d的膨胀率分别为0.046%与0.035%，均比0.10%小，对于碱骨料反应能有效地进行抑制。