山嶺地區板巖在混凝土中的技術研究

吳洪建

摘? ? 要：本文重點針對我國某地區一段高速公路沿線地材以變質板巖為主，該類巖石具有堿活性的礦物成分展開的分析和研究，分別采用巖相法、快速砂漿棒法對板巖骨料堿活性進行試驗鑒定。分析了其引起的原因。在混凝土中摻入一定量的粉煤灰等均可有效地抑制其堿集料反應。滿足混凝土質量及混凝土結構的耐久性和安全性。

關鍵詞：堿集料反應;堿含量;快速砂漿棒法;堿集料抑制

1? 原材料的要求

1.1? 集料

在選擇混凝土集料料場時，首先對擬采用加工集料的巖石進行物理力學指標檢驗，檢測合格后再進行堿活性以及有關性能檢驗，滿足本辦法要求的巖石方可用于加工混凝土集料。

1.2? 堿活性試驗

采用JTG E42—2005《公路工程集料試驗規程》中“T 0324—1994 集料堿活性檢驗（巖相法）”進行巖相分析，巖相分析應明確集料中 ASR活性組分（含蛋白石、玉髓、微晶石英、隱晶石英、鱗石英、方石英、應變石英和中酸性玻璃體等）和 ACR 活性組分（含白云石）的分布與含量。

1.3? 堿活性判定

（1）當TB/T 2922.5—2002砂漿試件14d膨脹率小于0.10%，或者當CECS48—93在3個（水泥：集料）砂漿試件 6h 最大膨脹率小于 0.10%，滿足任何一種或同時滿足兩種情況，可判定集料不具有 ASR 活性。

（2）只有當TB/T 2922.5—2002快速砂漿棒法14d膨脹率大于 0.10%、CECS48—93壓蒸快速法6h最大膨脹率大于0.10%中兩種情況滿足任何一種檢測結果表明集料具有ASR活性時，則綜合判定集料具有ASR活性。

1.4? 水泥

（1）水泥應符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規定。

（2）水泥堿含量（按 Na2O+0.658K2O計算）不應大于 0.6%。

（3）應采用42.5級水泥，不得采用32.5級水泥。

（4）應采用旋窯或新型干法窯生產的水泥，不得采用立窯生產的水泥。

1.5? 外加劑

（1）應采用聚羧酸系高性能減水劑，產品應符合JG/T 223—2007《聚羧酸系高性能減水劑》的規定。

（2）速凝劑應符合JC/T 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》的規定，速凝劑堿含量宜不大于1.0%。

1.6? 粉煤灰

（1）粉煤灰應符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規定。

（2）應采用 GB/T 1596—2005中F類 II 級灰及以上的規定，采用GB/T 50733—2011堿含量宜不大于3.0%，CaO含量宜不大于 10.0%;應采用 F 類粉煤灰，不得采用 C 類粉煤灰。

1.7? 水

（1）混凝土用水應符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的規定。

（2）采用 JGJ 63—2006混凝土用水的堿含量不應大于 1500mg/L。

2? 原材料的試驗

在沿線附近10多個料場進行了現場考察，并從料場開不同采面和成品料堆上不同位置采集了塊石、碎石和砂樣品。根據考察情況，選取了料場的塊石、碎石和砂進行了堿活性檢測。

2.1? 試驗內容

檢驗依據主要為JTGE 42—2005《公路工程集料法驗規程》、TB/T 2922.5 —2002《鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法（快速砂漿棒法）》。CECS 48—93《砂石堿活性快速試驗方法》和DLT 5151—2014《水工混凝土砂石骨料試驗規程》中”減骨料反應抑制有效性試驗（砂漿棒快速法）”。巖石的化學組成分析按照GB/T 176—2017《水泥化學分析方法》進行，巖石的礦物組成按照JY/T 009—1996 《轉靶多晶體X射線衍射方法透則》進行。

2.2? 塊石的組成

鐮刀青料場塊石LDW1. LDW2和LDW3主要由SiO2和Al2O3組成。鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3主要由石英、鈉長石和云母組成。

2.3? 塊石的堿活性

鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3含有5%-6%微晶石英，需要進行堿硅酸反應膨脹性試驗，以確定塊石的堿硅酸反應活性;鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3不含白云石，不會具有堿碳酸鹽反應活性。

2.4? 水泥

華新P.042.5水泥主要由CaO和SiO2和組成，含量分別為56.33%和23.05%，MgO含量為2.92%，SO3含量為1.86%，堿含量為0.54%。

2.5? 粉煤灰

黔東粉煤灰主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3組成，含量為41.56%、24.25%和13.17%， CaO含量為9.81%，SO3含量為1.33%，燒失量為4.87%，f-CaO含 量為0.24%，堿含量為1.89%。

2.6? 外加劑

高效減水劑和速凝劑的堿含量按照GB/T 8077—2016進行測定，高效減水劑的堿含量為0.64%，無堿速凝劑的堿含量為0.21%，低堿速凝劑的堿含量為12.01%。

3? 混凝土堿硅酸反應抑制措施

概述：當混凝土使用具有堿硅酸反應活性的集料時，一般通過控制混凝土堿含量或摻加摻合料對混凝土堿硅酸反應進行預防。

一種做法就是采用ASTM C1567砂漿棒快速法或ASTM C1293混凝土棱柱體法等對摻合料抑制堿硅酸反應的有效性進行試驗評定。另一種方法是根據集料的堿硅酸反應活性大小、混凝土結構所處環境條件、混凝土結構的重要等級、服役壽命等條件來確定混凝土的堿含量控制值或者摻合料最小摻量。

堿硅酸反應膨脹性TB/T 2922.5—2002快速砂漿棒法，所用水泥為黎平華新水泥有限公司生產的P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，其等當量Na：O含量為0.57%。TB/T 2922.5—2002規定，當砂漿試件14d腳脹率小于0.10%時，可判定集料無潛在危害。

由鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3配制的砂漿試件14d的膨脹率為0.124%0.151%，均大于標準規定的0.10%的限定值，因此均被判定為具有堿硅酸反應活性。

堿硅酸反應腳脹性 CECS 48砂石堿活性快速試驗方法，試驗按CECS 48—93《砂石堿活性快速試驗方法》進行.所用水泥為黎平華新水泥有限公司生產的P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，其等當量Na2O含量為0.57%。CECS 48—93規定，當砂漿試件6h最大腳脹率大于等于0.10%時，集料被判定具有堿硅酸反應活性。

由鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3配制的砂漿試件最大腳脹車為0.069%～0.088%，均小于標準規定的0.10%的限定值，因此鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3均被判定為不具有堿硅酸反應活性

鐮刀灣料場塊石5%～6%微晶石英，不含白云石。TB/T 2922.5—2002 砂漿棒快速法的結果表明，鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3具有堿硅酸反應活性; CECS 48砂石堿活性快速試驗方法的結果表明，鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3不具有堿硅酸反應活性。綜合判定鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3具有堿硅酸反應活性。由鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3配制的TB/T 2922.5砂漿棒快速法試件14d 膨脹率為0.124%～0.151%， CECS 48砂石堿活性快速法試件最大膨脹率為0.069%～0.088%。 因不含白云石，鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3不具有堿碳酸鹽反應活性。

試驗按照DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料試驗規程》中“堿骨料反應抑制有效性試驗（砂漿棒快速法）”進行。DL/T 5151—2014規定，當砂漿試件28d膨脹率小于0.10%時，粉煤灰對堿硅酸反應危害抑制效果被評定為有效，否則為無效。

結果表明，粉煤灰摻量為15%和20%時，砂漿試件28d膨脹率分別為0.035%和0.030%，均小于0.10%，因此15%和20%粉煤灰對塊石LDWI的堿硅酸反應抑制有效。

鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3含有5%～6%微晶石英，不含白云石，不具有堿碳酸鹽反應活性。鐮刀灣料場塊石LDW1、 LDW2 和LDW3的TB/T 2922.5砂漿棒快速法試件14d 膨脹率為0.124%～0.151%， CECS 48砂石堿活性快速法試件 最大膨脹率為0.069%～0.088%。實驗結果膨脹率不大于0.30%，此料場的巖石可用于混凝土的骨料。

當黔東Ⅱ級粉煤灰摻為15%和20%時，由華新P.042.5水泥與鐮刀灣料場塊石LDWI配制的砂漿試件28d膨脹率分別為0.035%和0.030%，均小于0.10%，表明15%和20%的黔東II級粉煤灰能有效抑制鐮刀灣料場塊石LDW1的堿硅酸反應膨脹。

4? 結束語

隨著優質灰巖集料的逐漸消耗減少，將來絕大部分工程必須面對的是使用可采取技術手段進行抑制的堿硅酸反應活性的集料，因此本研究成果將具有廣闊的應用前景。通過研究，提出科學合理的技術措施，有助于保證工程結構的耐久性，減少工程建設對水泥和集料等本來就匱乏的自然資源的破壞和大量消耗，減少了棄渣場造成現有山林生態的破壞，保護了自然環境，達到國家倡導的綠水青山就是金山、銀山的綠色發展理念。