關于骨料堿活性規范中存在的問題及淺見

張建均

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

所謂堿活性是指混凝土中的堿與骨料中的活性礦物發生化學反應，其結果是導致混凝土發生膨脹、開裂甚至破壞的特征。根據骨料所含活性物質的不同可以分為堿-硅酸鹽反應活性骨料和堿-碳酸鹽反應活性骨料，而在實際工程中則以堿-硅酸鹽反應為多數。堿-硅酸鹽反應活性骨料是指含有非晶體或結晶不完整的二氧化硅在適當條件下可能產生堿-骨料反應的骨料。筆者以堿-硅酸鹽反應為例闡述了關于骨料堿活性規范中存在的問題。

1 膠凝材料含堿量計算標準不一致

水泥的含堿量均以0.658×K2O+Na2O表示，其中水泥、外加劑中所含的堿均為有效含堿量，其中硅灰、渣粉中含堿量的50%為有效含堿量，但對粉煤灰中含堿量的計算卻不一致，其中《國砂規》、《建砂規》中粉煤灰中含堿量的1/6為有效含堿量，但《水砂規》中粉煤灰中含堿量的1/5為有效含堿量，雖然差別不大，但《水砂規》要求更嚴格一些，不便于現場操作。

2 混凝土總含堿量標準不一致

《國砂規》對骨料無活性且處于干燥環境條件下的混凝土構件要求其含堿量不應超過3.5 kg/m3，當設計使用年限為100年時，混凝土的含堿量不應超過3 kg/m3。

對骨料無活性但處于潮濕環境(相對濕度≥75%)條件下的混凝土結構構件，其含堿量不應超過3 kg/m3。

對骨料有活性且處于潮濕環境(相對濕度≥75%)條件下的混凝土結構構件，應嚴格控制混凝土含堿量并摻加礦物摻合料。

《建砂規》對于有預防混凝土堿骨料反應設計要求的工程，宜摻用適量粉煤灰或其它礦物摻合料，混凝土中最大含堿量不應大于3 kg/m3。

《公路規》除應對由各種組成材料帶入混凝土的含堿量進行控制外，尚應控制混凝土的總含堿量，其每m3的總含堿量對一般橋涵來講不宜大于3 kg/m3，對特大橋、大橋和重要橋梁不宜大于1.8 kg/m3;當混凝土結構處于嚴重侵蝕的環境時，不得使用有堿活性反應的集料。

對比上述描述不難發現，四家標準中的相關規定有相似之處，但也有很多細節不同，如:國際上對混凝土的安全含堿量問題仍有爭議:新西蘭水泥和混凝土協會規定混凝土的總含堿量低于2.5 kg/m3是安全的。英國交通部和水泥學會都認為混凝土的總含堿量控制在3 kg/m3以下是安全的。國際材料聯合會(RILEM)2003年4月提出的《減少混凝土中堿-骨料反應的國際標準》草案中，對于不同的活性骨料提出了不同的總含堿量限制:對于中等活性骨料，混凝土總含堿量的限制為3 kg/m3或3.5 kg/m3;對于高活性骨料，混凝土總含堿量的限制為2.5 kg/m3。筆者認為:應根據骨料堿活性試驗指標值(應采用同樣的試驗方法)的大小提出不同的安全含堿量指標，而且應與工程本身的等級、重要性和使用環境有關，不能一概而論。

混凝土中產生堿-集料反應一般認為有三個必備條件:骨料具有堿活性、混凝土中總含堿量大于安全水平、結構處在足夠濕度的環境中。但《國砂規》對骨料無堿活性反應也對水泥明確提出了含堿量的要求，這是否有必要探討呢。當然，混凝土總含堿量過高會對混凝土產生其它影響。而《水砂規》提出的是在骨料具有堿活性反應的前提條件下的標準。《公路砂規》關于水泥含堿量的規定缺少前提條件，根據堿-集料反應三個必備條件，筆者認為其總含堿量指標的隱含條件是使用堿活性骨料。三種規范雖然數值均在2～3.5 kg/m3，但實際意義相去甚遠。

《通用硅酸鹽水泥》(GB 175－2007)中所示的含堿量(選擇性指標):“水泥中含堿量按Na2O+0.658K2O計算值表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中的含堿量應不大于0.6%或由買賣雙方協商確定。”水泥中的含堿量不大于0.6%即為低堿水泥，粉煤灰的含堿量為2.5%。而橋梁混凝土的強度等級會達到C40以上，而且橋梁規模越大，混凝土強度等級會越高，其膠凝材料用量一般在450 kg以上。根據《粉煤灰混凝土應用技術規范》(GBJ 146－1990)，預應力結構鋼筋混凝土粉煤灰摻量不宜超過膠結料重量的15%，故混凝土總含堿 量 為:450×0.85×0.6%+450 ×0.15 × (2.5% ÷5)=2.63(kg)(不含外加劑、拌和用水等帶入的含堿量)。綜上所述，根據目前常規的生產水平是很難達到《公路規》中規定的特大橋、大橋和重要橋梁混凝土的總含堿量不大于1.8 kg/m3的標準，若要達到上述指標，需要采用含堿量更低的水泥或高摻其它低含堿量摻和料。

3 骨料堿活性試驗方法不同

堿-硅酸鹽反應試驗主要采用兩種方法:一種是砂漿棒快速法;一種是砂漿長度法。前者是試樣在80℃ ±2℃、1 moL/L的氫氧化鈉溶液中浸泡14 d以初步檢驗硅質骨料與混凝土中堿產生潛在反應的危害性，該方法不適合于堿碳酸鹽反應活性骨料。當14 d膨脹率小于0.10%時，可判定為無潛在危害;當14 d膨脹率大于0.2%時，可以判定為潛在危害;當14 d膨脹 率 小 于0.1～0.2%時，按后者進一步進行試驗，即用高堿水泥制成試樣在40℃ ±2℃條件下養護6個月，并測定不同齡期試體長度變化。當半年膨脹率小于0.1%時(若無半年膨脹率資料時，3個月膨脹率小于0.05%時)，判定為無潛在堿-硅酸反應危害。否則，則判定存在潛在堿－硅酸反應危害。

《國砂規》砂漿棒快速法:采用符合GB 175規定的硅酸鹽水泥，水泥中不得有結塊并在保質期內;砂漿長度法:采用含堿量(以Na2O計，即0.658×K2O+Na2O)大于 1.2%的高堿水泥，低于此值時，摻濃度為10%的Na2O溶液，將含堿量調至水泥量的1.2%。

《建砂規》砂漿棒快速法:水泥為符合GB175規定的普通硅酸鹽水泥，水泥中不能有結塊并在保質期內;砂漿長度法:在做一般骨料活性鑒定時，應使用高堿水泥，含堿量為1.2%;低于此值時，摻濃度為10%的氫氧化鈉溶液，將含堿量調至水泥量的1.2%;對于具體工程而言，當該工程擬用水泥的含堿量高于此值時，則應采用工程所使用的水泥。

《水砂規》砂漿棒快速法:使用硅酸鹽水泥，用GB/T 750檢驗，該水泥壓蒸膨脹率應小于0.2%，水泥含堿量為0.9% ±0.1%。砂漿長度法:水泥含堿量為1.2%，低于此值時可摻濃度為10%的NaOH溶液，將系統的含堿量調至水泥量的1.2% ±0.005%;對于具體工程，如該工程擬用水泥含量高于此值，則使用該種水泥試驗。

《公路砂規》砂漿長度法:檢定一般集料活性時，應使用含堿量高于0.8%的硅酸鹽水泥。對于具體工程，如使用幾種水泥，對于含堿量大于0.6%的水泥均應進行試驗。

砂漿棒快速法:《國砂規》、《建砂規》在砂漿棒快速法中對所用水泥的要求一樣，沒有具體標準，《水砂規》砂漿棒快速法對所用水泥的含堿量和膨脹率都做出了具體的要求。

《國砂規》、《建砂規》、《水砂規》在砂漿長度法中均要求水泥的含堿量為1.2%，《公路砂規》要求水泥的含堿量為0.8%;同時，《建砂規》、《水砂規》還要求如該工程擬用水泥含量高于此值，則用該種水泥試驗。除《公路砂規》外，前三家規范均未對水泥的含堿量提出要求;同時，四家的規范對水泥的膨脹率均沒有作出具體要求，而這兩項技術指標可能對試驗結果影響很大，甚至有誤判的可能，這也可能正是前面提到的含堿指標沒有根據堿活性指標的高低來確定的原因。筆者認為:很有必要對水泥的含堿量和膨脹率制定統一標準。

《公路集料規》中只采用砂漿長度法，而該法試驗周期較長，一般情況下為半年，特殊情況下至少也要3個月。但工程施工不同于科研項目，施工階段一般情況下沒有充足的時間去進行試驗論證，故具備砂漿棒快速法是必須的。

4 結語

綜上所述，由于膠凝材料含堿量計算、總含堿量標準、堿活性試驗方法在各行業存在較大差異，且有的要求有待商榷，在實際操作中會有一定的難度，希望在今后的規范修訂中能盡量完善和統一所存在的問題，以方便操作。