某天然砂礫石料場(chǎng)骨料堿活性研究

吳曉華 王 朋 李煜宵 鹿明軒 賈海萍

（長(zhǎng)江三峽勘測(cè)研究院有限公司（武漢），湖北 武漢 430074）

1 堿活性的基本概念

堿活性骨料是指在一定條件下會(huì)與混凝土中的水泥、外加劑、摻合劑等中的堿物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膨脹、開(kāi)裂甚至破壞的骨料。化學(xué)反應(yīng)類型包括堿硅酸反應(yīng)、堿硅酸鹽反應(yīng)及堿碳酸鹽反應(yīng)。

2 料場(chǎng)概況

仁沱大中壩天然砂礫石料場(chǎng)位于長(zhǎng)江右岸仁沱鎮(zhèn)支坪花鋪村的長(zhǎng)江與綦江河匯合處的上游一長(zhǎng)江江心洲，臺(tái)面平坦寬闊，呈近似三角形分布，最長(zhǎng)約1800m，最寬約750m，階地臺(tái)面分布高程178～185m，面積約1.6km2。

料場(chǎng)鉆孔揭露為第四系沖積堆積物（Qal）和下伏的侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3s）地層：地層巖性從上而下依次為粉、細(xì)砂夾粉土層→砂礫石層→粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖、粉砂巖。

砂礫石層為材料層，砂為粉細(xì)砂，含砂率約22%，主要為0.60mm及以下粒徑組，級(jí)配不良；含礫率約78%，粒徑主要為20～80mm，少量大于150mm，礫石磨圓度較好，多呈次圓狀～次棱角狀，礫石質(zhì)地堅(jiān)硬，成分主要為火成巖及變質(zhì)巖類巖石，少量沉積巖。

3 堿活性試驗(yàn)

仁沱大中壩天然砂礫石料場(chǎng)共取3組砂礫石樣，采用巖相法、砂漿棒快速法和混凝土棱柱體試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)按DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)方法進(jìn)行。

3.1 巖相法

巖相法檢驗(yàn)骨料堿活性是通過(guò)肉眼和借助偏光顯微鏡鑒定骨料的礦物組成及其含量，以及礦物結(jié)晶程度和結(jié)構(gòu)，初步判斷骨料是否存在堿活性以及堿活性骨料的品種和數(shù)量，是骨料堿活性鑒定的必選方法。

本次試驗(yàn)對(duì)3組砂樣、礫石樣分別進(jìn)行了巖相鑒定，試驗(yàn)成果見(jiàn)表3.1、表3.2。

由試驗(yàn)成果可知：料場(chǎng)砂粒主要成分為灰?guī)r、石英、玄武巖、長(zhǎng)石、燧石及云母石英片巖等；礫石的巖性成分復(fù)雜，種類較多，常見(jiàn)礫石的巖石成分為玄武巖、花崗斑巖、花崗巖、英安巖、變質(zhì)砂巖、安山巖、凝灰?guī)r等及少量的石英巖和糜棱巖。砂料和礫石料中均含有一定量的堿活性礦物成分，它們是否具有堿活性危害性反應(yīng)需通過(guò)堿活性膨脹反應(yīng)驗(yàn)證。

表3.1 砂料的主要巖石及礦物含量成果表

表3.2 礫石料的主要巖石及礦物含量成果表

3.2 砂漿棒快速法

砂礫石料的砂漿棒快速法檢測(cè)主要針對(duì)三個(gè)方向進(jìn)行，一是天然砂的堿活性檢測(cè)；二是礫石的堿活性檢測(cè)；三是礫石中不同巖性的堿活性檢測(cè)。天然砂樣無(wú)需篩分，將試樣洗凈晾干，并按實(shí)際細(xì)度模數(shù)成型；礫石料按照DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法進(jìn)行。即把礫石破碎成表3.3所示級(jí)配及比例組合的細(xì)骨料再進(jìn)行試驗(yàn)。

表3.3 砂料級(jí)配比例表

評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：14d膨脹率<0.1%，為非活性骨料；14d膨脹率>0.2%，為具有潛在危害性反應(yīng)活性骨料；14d膨脹率介于0.1%-0.2%之間，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)記錄、巖相分析、觀測(cè)時(shí)間延至28d后的測(cè)試結(jié)果或開(kāi)展其他輔助試驗(yàn)等綜合評(píng)定。試驗(yàn)成果見(jiàn)表3.4、表3.5、表3.6。

從試驗(yàn)成果可知：3組天然砂樣14d膨脹率大于0.10%小于0.20%，延長(zhǎng)至28d的膨脹率均大于0.2%，可評(píng)定具有潛在堿活性；3組礫石樣中14d膨脹率大于0.2%，評(píng)定具有潛在堿活性；礫石中的主要活性巖石為花崗巖、花崗斑巖、變質(zhì)砂巖和石英巖。

表3.4 砂樣砂漿棒快速法試驗(yàn)成果

3.3 混凝土棱柱體試驗(yàn)法

按照DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法進(jìn)行。粗骨料為三級(jí)配：20mm～15mm、15mm～10mm、10mm～5mm，各按1/3等量混合。細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為2.7±0.2。混凝土配合比：水泥用量為420±10kg/m3；水灰比為0.42～0.45；粗細(xì)骨料質(zhì)量比為60:40。試驗(yàn)中除外加NaOH使水泥堿含量達(dá)到1.25%外，不使用其他的外加劑及摻和料。試件尺寸為285mm 75mm 75mm，一組為三根試件。試件成型在20℃±2℃的拌和間進(jìn)行，試件成型后連試模一起送入20℃±2℃，相對(duì)濕度95%以上的養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)24h±2h拆模，在20℃±2℃的恒溫室中測(cè)量試件的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，然后把試件放入養(yǎng)護(hù)筒中（底部加適量水），蓋嚴(yán)筒蓋，并放入38℃±2℃的養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。在1周、2周、4周、8周、13周、18周、26周、39周和52周齡期測(cè)量試件的長(zhǎng)度變化。

表3.5 砂石料砂漿棒快速法試驗(yàn)成果

表3.6 砂石料中各主要巖石砂漿棒快速法試驗(yàn)成果

評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：棱柱體一年膨脹率超過(guò)0.04%時(shí)，骨料具有活性；反之，則骨料評(píng)為非活性。

從表3.7可以看出，當(dāng)齡期為364d，即1年時(shí)，仁沱大中壩料場(chǎng)砂礫石料成型的混凝土棱柱體試件的膨脹率均大于0.04%，評(píng)定為活性骨料。

表3.7 混凝士棱柱體法試驗(yàn)成果

4 小結(jié)

（1）料場(chǎng)砂粒主要成分為灰?guī)r、石英、玄武巖、長(zhǎng)石、燧石及云母石英片巖等；礫石的巖石成分為玄武巖、花崗斑巖、花崗巖、英安巖、變質(zhì)砂巖、安山巖、凝灰?guī)r等及少量的石英巖和糜棱巖；其中花崗巖、花崗斑巖、變質(zhì)砂巖和石英巖為主要活性巖石。

（2）料場(chǎng)的砂料、礫石料均具有潛在堿活性，若作為混凝土骨料，將不利于工程的安全性和耐久性，須采取適當(dāng)?shù)墓こ碳夹g(shù)措施抑制其堿活性反應(yīng)。