談變質巖堿骨料反應抑制技術

夏 怡

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550008)

1 概述

貴州省黔東南地區盛產變質巖，作為混凝土骨料，變質巖的抗風化及強度是滿足要求的，變質巖中含有大量堿活性物質，由于堿骨料反應速度比較慢，其工程危害在多年以后甚至二十多年才體現。在基礎建設項目中為了避免堿骨料反應的危害一般不采用變質巖作為骨料，尤其針對貴州的工程項目，都是舍近求遠采用其他的骨料，增加了工程造價及施工工期。由此，變質巖堿骨料反應的抑制技術研究對工程項目使用變質巖具有現實意義。

2 堿骨料反應的抑制思路

1)混凝土中的總堿量。混凝土中堿含量的多少是抑制堿骨料反應的重要因素。在混凝土配合比設計階段應將總堿量進行合理控制，避免使用高堿水泥、粉煤灰和外加劑等，控制總堿含量在合理范圍內。2)粉煤灰或礦物摻合料的增摻。混凝土強度達到設計等級的情況下可提高粉煤灰的使用量，可降低混凝土的單位用水量，并對堿反應有很好的抑制效果。3)砂石的石粉含量。為進一步對堿骨料反應發生的條件、空間和幾率加以限制，應有效降低砂石中的石粉含量。4)減水劑的選用。采用低堿含量的高效減水劑不僅可減少總堿含量，通過降低水灰比，提高混凝土強度和密實度，進一步抑制堿骨料的反應。5)摻加堿骨料反應抑制劑技術。對高標號混凝土，可考慮摻入堿骨料反應的抑制劑LiOH(國外有應用，成本較高，高標號或重要部位可考慮試驗)。

3 堿骨料反應的抑制試驗方案

根據堿骨料反應的抑制技術思路，本項目設計了以下試驗方案，研究探討有效的變質巖堿骨料反應抑制技術。

3.1 粉煤灰抑制技術方案

在C20，C30 基準配合比的基礎上，進行粉煤灰摻量對抑制堿骨料反應及對其他性能影響的對比優化試驗，測試坍落度、含氣量、容重、觀察混凝土狀態、測試混凝土3 d，7 d，28 d 強度，通過高溫養護下測砂漿試件快速膨脹率和混凝土棱柱體法測試粉煤灰摻量對堿骨料反應的抑制效果。該組試驗每個強度等級配合比均需拌合5 組混凝土，按每組15 L 準備相應原材料。砂漿膨脹率試驗按每組1 L 準備原材料。

3.2 石粉含量抑制技術方案

在C20，C30 基準配合比的基礎上，通過調整機制砂中的石粉含量進行抑制堿骨料反應及對其他性能影響的對比優化試驗，測試坍落度、含氣量、容重、觀察混凝土狀態、測試混凝土3 d，7 d，28 d 強度，通過高溫養護下測砂漿試件膨脹率和混凝土棱柱體法測試控制石粉含量對堿骨料反應的抑制效果。該組試驗每個強度等級配合比均需拌合5 組混凝土，按每組15 L 準備相應原材料(如做混凝土棱柱體法檢測，按每個配合比做3 個棱柱體試塊則按拌制混凝土時每組20 L 準備相應原材料)。砂漿膨脹率試驗按每組1 L 準備原材料。

3.3 高堿環境下抑制效果技術方案

在C20，C30 的基準配合比基礎上，通過添加NaOH 溶液將水泥的堿含量提高到1%，考察在使用高堿含量水泥的條件下各種堿骨料反應的抑制措施對堿骨料反應的抑制效果。該組試驗每個強度等級配合比均需拌合5 組混凝土，按每組15 L 準備相應原材料(如做混凝土棱柱體法檢測，按每個配合比做3 個棱柱體試塊則按拌制混凝土時每組20 L 準備相應原材料)。砂漿膨脹率試驗按每組1 L 準備原材料。

4 變質巖堿骨料反應抑制情況

4.1 粉煤灰抑制試驗

在設計強度為C30，C20 兩種級配的混凝土配合比中分別摻入0，20%，30%，40%Ⅱ級粉煤灰，按超量系數1.4 超量替代水泥。摻入粉煤灰后，混凝土工作性能大大改善，和易性得以提高;從28 d 強度來看，C30 混凝土隨著粉煤灰摻量的增加而降低;C20混凝土隨著粉煤灰摻量的增加強度先有提高而后降低。

4.2 石粉含量抑制試驗

石粉含量抑制試驗中，從混凝土的和易性看，石粉含量為10%的和易性最好，混凝土強度中石粉含量為0 的強度最高。

4.3 高堿環境下抑制效果技術試驗

在高堿水泥環境下，原本膨脹率較小的C30 混凝土膨脹率有所增加，從試驗結果來看，通過砂漿棒膨脹率顯示的堿骨料抑制效應與低堿水泥條件下一致。表現為粉煤灰摻量越高，砂漿棒膨脹率越低;石粉含量越高，砂漿棒膨脹率越高。而摻入粉煤灰的堿骨料抑制效應是相當明顯的。通過摻入粉煤灰和控制石粉含量兩種手段復合后，C20 混凝土砂漿棒膨脹率最低僅為基準混凝土砂漿棒膨脹率的3%。

5 結語

從前期采用工程項目沿線的原材料，開展的系列驗證試驗結果分析，可以得到如下結論:1)從抑制混凝土堿骨料反應角度出發，采取大摻量粉煤灰，同時優化配合比參數，設計的低標號變質巖機制砂混凝土配合比可滿足各等級的混凝土強度設計要求。2)大摻量摻入粉煤灰，可抑制低標號混凝土中堿骨料反應。3)粉煤灰的摻入對高速公路現場變質巖機制砂石所配制的混凝土的堿骨料反應有抑制效應，且摻量越大，抑制效果越顯著。4)混凝土堿骨料反應中變質巖的石粉含量對其有較大的影響，應考慮在高速公路施工配合比中機制砂的石粉含量不高于10%。5)變質巖機制砂混凝土的堿骨料反應長期效果應進一步試驗測定、觀察與驗證，并與混凝土棱柱體試驗方法的測試結果進行比較驗證。另外，不同類型的礦物摻合料與來源，造成試驗結果也不一致，應進一步驗證、優選。6)對高速公路沿線變質巖機制砂混凝土工程，應從骨料活性、混凝土工程等級、應用環境、混凝土強度等級及類型對混凝土進行分類，采取不同的堿骨料反應預防與抑制方法及技術，可以有效控制變質巖機制砂混凝土的堿骨料反應，從而滿足高速公路工程的需求。

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