水溶出法測定混凝土堿含量的有效性研究

黃 姣，劉清波，尹幫達

(湖南省水利水電勘測設計研究總院，長沙 410007)

堿骨料反應是混凝土常見破壞形式之一，會造成混凝土的開裂及整體破壞。其中混凝土孔隙溶液中的有效堿含量才是造成堿骨料反應的有效成分已經成為共識[1-3]，但目前仍沒有準確有效的方法測定混凝土堿含量，大量學者仍在對有效堿的檢測方法進行探索研究，其中水溶出法是目前研究最多的方法之一[4-6]，大部分學者主要參照ASTM C114—2007《Standard Test Methods for Chemical Analysis of Hydraulic Cement》[7]進行試驗或改進，雖然GB/T 50784—2013《混凝土結構現場檢測技術標準》6.4.3節[8]已經對混凝土可溶性堿含量的檢測進行了規定，但水溶出法測定混凝土堿含量仍需進一步收集數據進行完善。

1 試驗過程

1.1 混凝土配合比計算堿含量

混凝土配合比計算堿含量參照規范DL/T 5298—2013[9]按式(1)計算

Mh=Wc×Cc+Wa×Ca+Wm×Cm

(1)

式中,Mh為混凝土的總堿量，kg/m3；Wc為混凝土水泥用量，kg/m3；Wa為混凝土外加劑用量，kg/m3；Wm為混凝土粉煤灰用量，kg/m3；Cc為水泥有效堿含量，%，按100%堿含量計算；Ca為外加劑有效堿含量，%，按100%堿含量計算；Cm為粉煤灰有效堿含量，%，按粉煤灰堿含量的1/5計算。

另外，通過添加25%NaOH溶液，得到不同的混凝土計算堿含量。

1.2 混凝土配合比

采用的混凝土配合比見表1，水泥為蓮花P·O42.5，堿含量為0.66%，粉煤灰為鯉魚江F類II級粉煤灰，堿含量為0.9%，骨料1為新疆烏恰地區的弱絹云母化石英砂巖，骨料2為湖南道縣地區的千枚巖，采用砂漿棒快速法檢測均判定為活性骨料。

表1 混凝土配合比

1.3 水溶出法測定混凝土堿含量

參照GB/T 50784—2013，先破碎混凝土，剔除石子，研磨至全部通過0.080 mm的方孔篩，用磁鐵吸出樣品中的金屬鐵屑，將樣品置于105 ℃恒溫干燥箱中烘干至恒重，取25.0 g樣品放入500 mL的錐形瓶中，加入300 mL蒸餾水，在80 ℃水浴鍋中用磁力攪拌器攪拌2 h，然后在弱真空條件下用布氏漏斗過濾，將濾液轉移至 500 mL的容量瓶中，加水至刻度，搖勻。用火焰光度計進行測定，測得檢流計的讀數。與此同時用蒸餾水做空白樣品，扣除空白樣品的檢流計讀數后，從工作曲線上查得K2O、Na2O的毫克數，計算混凝土中的可溶性堿量。

1.4 砂漿棒快速法測膨脹率

混凝土拌合物篩除粗骨料后，成型25.4 mm×25.4 mm×285 mm規格砂漿試件，參照砂漿棒快速法進行試驗，測定不同齡期試件膨脹率。

2 分析與討論

用水溶出法測定混凝土堿含量見表2。

表2 不同齡期混凝土水溶出法測得堿含量

2.1 摻粉煤灰對水溶出法測定堿含量的影響

已有大量文章證明[10,11]，粉煤灰在抑制堿骨料反應方面有著重要作用，摻入一定量的粉煤灰能有效降低砂漿棒膨脹率。表2中y6與y7、y13與y14相同齡期堿含量進行比較，可以看出，雖然前期摻粉煤灰的樣品相較于未摻粉煤灰的樣品測得堿含量小，但后期摻粉煤灰的樣品相較于未摻粉煤灰的樣品堿含量增加。唐明述等人[12]從化學作用的角度總結了四點摻合料對堿骨料反應的影響原因，其中一種影響原因為摻合料微粒表面產生界面化學作用，吸附OH-、Na+、K+，降低骨料表面的離子濃度，從試驗結果看，早期粉煤灰吸附堿離子的能力強，在后期粉煤灰又將堿離子釋放出來，這個也符合張承志等人的觀點[13]，即反應前期粉煤灰顆粒先吸附堿離子，減緩堿骨料反應，但粉煤灰與Ca(OH)2能發生火山灰反應，故隨著火山灰反應的發生，Ca2+使粉煤灰對堿離子的吸附作用減小，堿離子被釋放出來。

另外，混凝土拌合物篩除骨料后參照砂漿棒快速法進行試驗，膨脹率見表3。

從砂漿棒膨脹率可以看出，摻了粉煤灰的試件膨脹率低于沒摻粉煤灰的試件，粉煤灰對堿反應起到了抑制作用，結合以上說明，水溶出法測得堿含量高的不一定更易發生堿反應，水溶出法還需考慮粉煤灰的影響。

表3 砂漿棒快速法膨脹率

2.2 不同齡期水溶出法測定堿含量變化

從表2可以看出，不同齡期堿含量測定值呈現無規律波動。由于混凝土試塊成型時伴隨著一定程度的不均勻，試塊之間存在著一定差異，同時水溶出法取樣時難以做到從大量樣品中均勻取樣，這將造成水溶出法測定堿含量的波動。

雖然堿含量呈現一定的波動，但沒有摻粉煤灰的混凝土整體趨勢是隨著齡期的增加堿含量降低。一方面在混凝土的養護過程中，由于外部離子濃度低，內部離子濃度高，堿離子往外遷移出混凝土到環境中[14]；另一方面，隨著混凝土內部反應的持續發生，堿離子被結合于反應產物中，成為不溶堿，使測得堿含量降低。

2.3 水溶出法測定堿含量與計算堿含量關系

從表2可以得出，28 d齡期時，水溶出法測得堿含量與計算堿含量的比例在37.4%～59.9%，252 d時，水溶出法測得堿含量與計算堿含量的比例在31.2%～58.3%，水溶出法測得堿含量與計算堿含量并無很好的相關性，水溶出法測得堿含量的指導意義仍需進一步研究。

3 結 論

水溶出法測得的堿含量受取樣位置、取樣齡期、是否摻粉煤灰等因素的影響，測定結果呈現無規律波動，與計算堿含量的比例為31.2%～59.9%，其與真實可溶性堿含量的關系還需進一步探討，水溶出法仍需進一步完善。