洛河流域安山玢巖堿骨料反應試驗研究

盧亞召，趙順波

(華北水利水電大學，河南 鄭州450045)

堿骨料反應是指在一定環境條件下，混凝土原材料中的水泥、外加劑、摻和劑、混合材料和水中的堿(Na2O 或K2O)與集料中的活性成分反應，導致混凝土結構產生不均勻膨脹、開裂甚至破壞［1－2］.

在國內水利工程中，絕大多數的高壩為混凝土壩.水利工程中的大壩混凝土骨料粒徑大(最大達150 mm)，普通混凝土相對要小得多(最大為40 mm).普通混凝土骨料用量比例為75% ～80%，而大壩混凝土骨料用量比例高至90%. 可見，骨料性狀對混凝土質量的影響尤為重要和顯著. 因此在水利工程中，骨料的堿活性問題也尤為重視.

20世紀50年代初期，吳中偉院士在治淮工程中引進了化學法和砂漿棒長度法［3］用于鑒定骨料的堿活性.1962年，砂漿棒長度法和化學法兩種堿活性骨料鑒定方法被列入《水工混凝土試驗規程》，并于2001年將混凝土棱柱體法和砂漿棒長度快速鑒定法補充進《水工混凝土試驗規程》(DL/T 5150—2001)［4］.由此可見，堿活性骨料反應問題早已受到人們的關注和重視.

對骨料進行堿活性檢驗，是根據骨料與堿作用后所產生的膨脹率大小來判斷骨料是否具有堿活性.在丹江口大壩與小浪底工程的堿活性骨料研究中采用了砂漿棒快速法或碳酸鹽骨料的堿活性檢驗法［5］.砂漿棒快速法用于測定骨料在砂漿中的潛在有害的堿－硅酸反應，適合于檢驗反應緩慢或只在后期才產生膨脹的骨料. 碳酸鹽骨料的堿活性檢驗法是在規定條件下，測量碳酸鹽骨料試件在堿溶液中產生的長度變化，鑒定其作為混凝土骨料是否具有堿活性.

筆者采用砂漿棒快速法和碳酸鹽骨料堿活性檢驗法對洛河流域安山玢巖堿骨料進行試驗研究，通過分析安山玢巖骨料在不同齡期的膨脹率變化，測定其堿活性，并總結了抑制骨料堿活性的工程措施.

1 安山玢巖骨料堿活性試驗

1.1 試樣采集

豫西洛河流域廣泛分布元古界熊兒群馬家河組安山玢巖地層，安山玢巖隱晶質—斑狀結構，斑晶多為長石、角閃石等;杏仁或塊狀構造，杏仁直徑5 ～15 mm，杏仁中充填物有石英、方解石等，基質具交織結構.安山玢巖具有質地堅硬，強度較高，壓碎值較小的工程特性，是很好的建筑石料和混凝土骨料.

試樣采集豫西洛河流域安山玢巖微風化或新鮮巖塊、鉆孔巖芯等.

1.2 試驗方法

采用《水工混凝土試驗規程》(SL 352—2006)中砂漿棒快速法和碳酸鹽骨料堿活性檢驗方法，研究安山玢巖在不同齡期的膨脹率變化，分析安山玢巖骨料的堿活性.

1.2.1 砂漿棒快速法

在洛河流域不同區域取樣3 組，按砂漿長度法分別制作試件(25 mm×25 mm×285 mm)3 組，并編號為1，2，3.成型24 h 脫模后，將3 組試件分別浸入80 ℃水浴中恒溫至24 h，取出試件并在未冷卻時立即取出測初長，然后將試件放入80 ℃恒溫1 mol/L的NaOH 溶液中，測定不同齡期的膨脹值作為評定骨料潛在活性的依據.

試驗數據分析依據如下.

1)砂漿棒試件14 d 的膨脹率小于0.1%，則集料為非活性集料.

2)砂漿棒試件14 d 的膨脹率大于0.2%，則集料為具有潛在危害性反應的活性集料.

3)砂漿棒試件14 d 的膨脹率為0.1% ～0.2%時，對這種集料應結合現場記錄、巖相分析、開展其他的輔助試驗、試件觀測的時間延至28 d 后的測試結果等來進行綜合評定.

1.2.2 碳酸鹽骨料堿活性檢驗方法

選直徑為9 mm、長35 mm 的圓柱體試件18 組，每組3 個，在20 ℃的恒溫室中將其浸泡在1 mol/L的NaOH 溶液中，分別觀測7，14，28，56，84 d 的試件膨脹率，各組的觀測值均取3 個中的最大值［6］.若84 d 齡期試件的膨脹率大于0.1%，則骨料具有潛在的堿活性;若小于0.1%則為非活性［6］.

1.3 試驗結果及分析

砂漿棒快速法試驗結果見表1，碳酸鹽骨料堿活性檢驗法試驗結果見表2.

表1 砂漿棒快速法試驗結果

表2 碳酸鹽骨料堿活性檢驗法試驗結果

由表1可以看出:砂漿棒快速檢驗法試驗結果中編號1 試件14 d 齡期的膨脹率為0.057%，小于0.1%，為非活性;編號2 試件和編號3 試件14 d 齡期的膨脹率分別為0.180%和0.137%，在0.1% ～0.2%范圍內，應結合現場記錄、巖相分析并開展其他的輔助試驗來進行綜合評定.

由表2可以看出:碳酸鹽骨料堿活性檢驗法試驗結果中編號X－6 組試件84 d 齡期的膨脹率為0.206%，編號Z－5 組試件84 d 齡期的膨脹率為0.167%，均大于0.1%，因此骨料具有潛在堿活性;其余16 組試件84 d 齡期的膨脹率均小于0.1%，為非活性.

綜合分析表明，安山玢巖具有一定的潛在堿活性.

2 抑制骨料堿活性的工程措施

活性骨料、堿和水是發生骨料堿活性反應的必要條件［7］.通過控制其必要條件就可有效地控制堿活性反應.在堿活性骨料不可避免的情況下，可通過控制水泥原材料、添加合適的摻入料等方法，把堿活性反應降低到可接受的程度內.主要工程措施如下.

1)控制水泥含堿量.一般國際上普遍接受的水泥含堿量安全值為0. 5% ～0. 6%，限制高堿外加劑，控制混凝土含堿量不超過2 ～3 kg/m3.

三峽工程建設采用人工制備的花崗巖骨料來預防混凝土的堿活性骨料反應，并限定水泥中的含堿量≤0.5%以及混凝土的總堿含量≤2.5 kg/m3;在施工過程中執行嚴格的溫控防裂措施;按照混凝土耐久性優先原則設計混凝土大壩，也體現了水利工程設計的新趨向［8］.

2)摻入其他活性材料.常用的活性材料有超細沸石、電爐硅灰、粉煤灰等.必要時，也可采用鐵鋁酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥.

新疆肯斯瓦特水利樞紐工程混凝土骨料采用砂漿棒快速法檢測14 d 的膨脹率分別為0. 35%，0.42%，0. 46%，具有潛在堿活性［9］. 摻入粉煤灰30%后14 d 砂漿棒膨脹率均小于0.1%，變為非堿活性.由此可見，粉煤灰對集料堿活性具有明顯的抑制效果.

3)控制水的摻入量來防止或減輕堿活性反應.主要包括提高混凝土密實度和抗滲性、加強排水、加強混凝土接縫的維護等.

南水北調中線工程針對華北地區太行山和燕山骨料的堿活性問題，在工程開工之前就制訂了《預防混凝土工程堿骨料反應技術條例》，規定了骨料堿活性的檢驗規則(取樣、檢驗方法、檢驗程序、評定標準)，工程分類，預防措施，混凝土堿含量計算方法，工程管理措施等.

3 結 語

堿活性骨料反應是混凝土耐久性研究的重要課題之一. 采用《水工混凝土試驗規程》(SL 352—2006)中砂漿棒快速法和碳酸鹽骨料堿活性檢驗骨料堿活性檢驗方法，研究了豫西洛河流域安山玢巖在不同齡期的膨脹率變化，分析了安山玢巖骨料堿活性.試驗成果表明，洛河流域安山玢巖具有一定的潛在堿活性.研究成果對該地區混凝土工程具有一定的借鑒意義.

［1］楊華全，李文偉.水工混凝土研究與應用［M］.北京:中國水利水電出版社，2005.

［2］薛喜文，李立剛.小浪底工程混凝土骨料堿活性試驗研究［J］.人民黃河，2009，31(10):96－97.

［3］李金玉.中國大壩混凝土中的堿骨料反應［J］.水力發電，2005，31(1):34－37.

［4］陳改新.混凝土耐久性的研究、應用和發展趨勢［J］.中國水利水電科學研究院學報，2009，7(2):280－285.

［5］章瑞文，汪在芹，李珍. 活性骨料在丹江口大壩中的長期性能研究［D］.武漢:長江科學院，2009.

［6］中國水利水電科學研究院，南京水利科學研究院.SL 352—2006水工混凝土試驗規程［S］. 北京:中國水利水電出版社，2006.

［7］俞寧.混凝土堿活性反應對水利工程的危害及其對策［J］.浙江水利科技，2004，32(4):44－46.

［8］張超然，戴會超.三峽工程建設中若干重大技術問題的突破［J］.中國工程科學，2003，5(2):20－25.

［9］楊桂權，王懷義.粉煤灰在抑制集料堿活性方面的試驗研究及應用［J］.粉煤灰，2011，23(6):9，14.