不同品種的摻合料對骨料堿活性的抑制作用

劉 波 宋紅軍

1. 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司科學試驗研究院 云南 昆明 650033

2. 承德寶通電力有限公司 河北 承德 067000

由于混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合材和水中的堿（Na2O或K2O）會與骨料中的活性成分發生反應，使混凝土產生內部應力，膨脹開裂，導致混凝土失去設計性能。活性骨料經攪拌后呈均勻分布，所以一旦發生堿骨料反應，混凝土內各部分均會產生膨脹應力，使混凝土膨脹，發展嚴重的只能拆除，無法補救，因而被稱為混凝土的癌癥。因此在選擇混凝土原材料時應該選擇對骨料堿活性有抑制作用的材料。

1 堿骨料反應抑制措施有效性試驗（砂漿棒快速法）

本試驗采用ASTM C1567《Standard Test Method for Determining the Potential Alkali-Silica Reactivity of Combinations of Cementitious Materials and Aggregate（Accelerated Mortar-Bar Method）》規范進行試驗。

1.1 試樣制備

1）水泥：使用水凝性水泥。該水泥壓蒸膨脹率應小于0.20%。根據水泥壓蒸膨脹率和堿含量結果，本試驗采用老撾甘蒙42.5級硅酸鹽水泥。

2）摻合料：①羅勇粉煤灰，②氣孔狀玄武巖粉（45μm方孔篩篩余≤25%的細度加工磨細），③羅勇粉煤灰和氣孔狀玄武巖粉以5:5比例混合。

3）骨料：砂料可根據工程實際用砂。所有樣品應洗凈，烘干，分別貯存于密封的容器中。

4）砂漿配合比：膠凝材料與砂的質量比為1:2.25。一組三個試件，共需膠凝材料440g，砂990g，砂漿水灰比為0.47。摻合料摻量等質量取代部分水泥，摻量分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%。

1.2 試件評定標準

若14天齡期砂漿試件膨脹率小于0.10%，該摻量下摻合料的混凝土具有低風險會遭受危害性膨脹，則將該摻量下摻合料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效。

若14天齡期砂漿試件膨脹率大于0.10%，則表示該摻量下摻合料砂漿試件具有潛在危害性膨脹。但是，是否會發生潛在危害性反應應該通過ASTM C1293試驗進行確認。

1.3 試驗結果與分析

河道入口開挖區1號點第一組編號為H1-1的骨料樣品，經砂漿棒快速法檢測，14天齡期砂漿膨脹率為0.387%，大于0.2%，評定為具有潛在危害性反應的活性骨料（堿—硅酸反應），28天齡期砂漿膨脹率為0.573%，56天齡期砂漿膨脹率為0.758%。摻入10%的羅勇粉煤灰后，砂漿膨脹率降低，14天齡期砂漿膨脹率為0.228%，大于0.1%，故10%及以下摻量羅勇粉煤灰抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為無效，28天齡期砂漿膨脹率為0.391%，56天齡期砂漿膨脹率為0.565%；分別摻入20%、30%、40%、50%的羅勇粉煤灰后，14天齡期砂漿膨脹率在0.009%-0.016%之間，小于0.1%，20%及以上摻量羅勇粉煤灰抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效，28天齡期砂漿膨脹率在0.011-0.021%之間，56天齡期砂漿膨脹率在0.018-0.073%之間。分別摻入10%、20%、30%的玄武巖粉后，砂漿膨脹率降低，14天齡期砂漿膨脹率在0.151-0.228%之間，大于0.1%，故30%及以下摻量玄武巖粉抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為無效，28天齡期砂漿膨脹率在0.224-0.321%之間，56天齡期砂漿膨脹率在0.309-0.472%之間；摻入40%和50%的玄武巖粉后，14天齡期砂漿膨脹率分別為0.033%和0.018%，小于0.1%，40%及以上摻量玄武巖粉抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效，28天齡期砂漿膨脹率分別為0.069%和0.038%，56天齡期砂漿膨脹率分別為0.083%和0.048%。摻入10%的雙摻料后，砂漿膨脹率降低，14天齡期砂漿膨脹率為0.277%，大于0.1%，故10%及以下摻量雙摻料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為無效；分別摻入20%、30%、40%、50%的雙摻料后，14天齡期砂漿膨脹率在0.013-0.032%之間，小于0.1%，20%及以上摻量雙摻料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效。

河道入口開挖區1號點第二組編號為H1-2的骨料樣品，經砂漿棒快速法檢測，14天齡期砂漿膨脹率為0.372%，大于0.2%，評定為具有潛在危害性反應的活性骨料（堿—硅酸反應），28天齡期砂漿膨脹率為0.560%，56齡期砂漿膨脹率為0.734%。摻入10%的羅勇粉煤灰后，砂漿膨脹率降低，14天齡期砂漿膨脹率為0.225%，大于0.1%，故10%及以下摻量羅勇粉煤灰抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為無效，28天齡期砂漿膨脹率為0.378%，56天齡期砂漿膨脹率為0.533%；分別摻入20%、30%、40%、50%的羅勇粉煤灰后，14天齡期砂漿膨脹率在0.012-0.017%之間，小于0.1%，20%及以上摻量羅勇粉煤灰抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效。分別摻入10%、20%、30%的玄武巖粉后，砂漿膨脹率降低，14天齡期砂漿膨脹率在0.144～0.194%之間，大于0.1%，故30%及以下摻量玄武巖粉抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為無效，28天齡期砂漿膨脹率在0.218-0.380%之間，56天齡期砂漿膨脹率在0.293-0.528%之間；摻入40%和50%的玄武巖粉后，14天齡期砂漿膨脹率分別為0.075%和0.033%，小于0.1%，40%及以上摻量玄武巖粉抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效，28天齡期砂漿膨脹率分別為0.119%和0.101%，56天齡期砂漿膨脹率分別為0.146%和0.107%。摻入10%和20%的雙摻料后，砂漿膨脹率降低，14天齡期砂漿膨脹率分別為0.248%和0.101%，大于0.1%，故20%及以下摻量雙摻料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為無效，28天齡期砂漿膨脹率分別為0.415%和0.218%，56天齡期砂漿膨脹率分別為0.568%和0.345%；分別摻入30%、40%、50%的雙摻料后，14天齡期砂漿膨脹率在0.016-0.019%之間，小于0.1%，20%及以上摻量雙摻料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效，28天齡期砂漿膨脹率在0.031-0.052%之間，56天齡期砂漿膨脹率在0.047-0.110%之間。

2 堿骨料反應抑制措施有效性試驗（混凝土棱柱體法）

本試驗采用ASTM C1293《Standard Test Method for Determination of Length Change of Concrete Due to Alkali-Silica Reaction》規范進行試驗。

2.1 試樣制備

1）水泥：應使用Ⅰ型波特蘭水泥，水泥含堿量宜為0.9%±0.1%（以Na2O計，即Na2O+0.658K2O）。通過外加10%NaOH溶液，使試驗用水泥含堿量達到1.25%。本試驗采用老撾甘蒙42.5級硅酸鹽水泥[1]。

2）骨料：

a）如果試驗用來評價細骨料的活性，則應用非活性的粗骨料。粗骨料的非活性也需通過試驗確定。試驗用細骨料細度模數為2.7±0.2；

b）如果試驗用來評價粗骨料的活性，則應用非活性的細骨料。細骨料的非活性也需通過試驗確定；

c）如果工程用的骨料為同一品種的材料，則試驗用該粗、細骨料來評價活性；

d）試驗用粗骨料為三種級配：19.0-12.5mm、12.5-9.5mm和9.5-4.75mm，各取1/3等量混合。

3）摻合料：①羅勇粉煤灰，②氣孔狀玄武巖粉（45μm方孔篩篩余≤25%的細度加工磨細），③羅勇粉煤灰和氣孔狀玄武巖粉以5:5比例混合。

4）混凝土配合比：

a）每立方米混凝土水泥用量為420kg±10kg；

b）水灰比為0.42-0.45；

c）干態的粗骨料占混凝土中骨料體積的0.70±0.02；

d）試驗中除外加NaOH，使水泥含堿量達到1.25%外，不使用其他的外加劑。

2.2 試件評定標準

若2年齡期對比試件的膨脹率小于0.04%，則該摻量下抑制材料對骨料的堿—骨料反應危害抑制效果評定為有效，否則評定為無效。

2.3 試驗結果與分析

河道入口開挖區1號點第一組編號為H1-1的骨料樣品，經混凝土棱柱體法檢測，1年齡期試件膨脹率為0.171%，大于0.04%，評定為具有潛在危害性反應的活性骨料，2年齡期試件膨脹率為0.290%。摻入10%的羅勇粉煤灰后，試件膨脹率有所降低，2年齡期試件膨脹率為0.067%，大于0.04%，故10%及以下摻量羅勇粉煤灰抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為無效；分別摻入20%、30%、40%、50%的羅勇粉煤灰后，2年齡期試件膨脹率在0.025-0.034%之間，小于0.04%，20%及以上摻量羅勇粉煤灰抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為有效[2-3]。分別摻入10%和20%的玄武巖粉后，試件膨脹率有所降低，2年齡期試件膨脹率分別為0.201%和0.051%，大于0.04%，故20%及以下摻量玄武巖粉抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為無效；分別摻入30%、40%、50%的玄武巖粉后，2年齡期試件膨脹率在0.029-0.039%之間，小于0.04%，30%及以上摻量玄武巖粉抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為有效。分別摻入10%和20%的雙摻料后，試件膨脹率有所降低，2年齡期試件膨脹率分別為0.129%和0.041%，大于0.04%，故20%及以下摻量雙摻料抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為無效；分別摻入30%、40%、50%的雙摻料后，2年齡期試件膨脹率在0.031-0.036%之間，小于0.04%，30%及以上摻量雙摻料抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為有效[4]。

河道入口開挖區1號點第二組編號為H1-2的骨料樣品，經混凝土棱柱體法檢測，1年齡期試件膨脹率為0.063%，大于0.04%，評定為具有潛在危害性反應的活性骨料，2年齡期試件膨脹率為0.253%。摻入10%的羅勇粉煤灰后，試件膨脹率有所降低，2年齡期試件膨脹率為0.092%，大于0.04%，故10%及以下摻量羅勇粉煤灰抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為無效；分別摻入20%、30%、40%、50%的羅勇粉煤灰后，2年齡期試件膨脹率在0.030-0.038%之間，小于0.04%，20%及以上摻量羅勇粉煤灰抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為有效。分別摻入10%、20%、30%的玄武巖粉后，試件膨脹率有所降低，2年齡期試件膨脹率在0.040-0.150%之間，不低于0.04%，故30%及以下摻量玄武巖粉抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為無效；分別摻入40%和50%的玄武巖粉后，2年齡期試件膨脹率分別為0.036%和0.035%，小于0.04%，40%及以上摻量玄武巖粉抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為有效。分別摻入10%和20%的雙摻料后，試件膨脹率有所降低，2年齡期試件膨脹率分別為0.109%和0.043%，大于0.04%，故20%及以下摻量雙摻料抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為無效；分別摻入30%、40%、50%的雙摻料后，2年齡期試件膨脹率在0.034-0.039%之間，小于0.04%，30%及以上摻量雙摻料抑制該種骨料的堿—骨料反應危害評定為有效。

3 結束語

（1）砂漿棒快速法

河道入口開挖區1號點編號分別為H1-1和H1-2的2組骨料樣品，經砂漿棒快速法檢測，評定為具有潛在危害性反應的活性骨料（堿—硅酸反應）。分別摻入10%、20%、30%、40%、50%的摻合料，其砂漿膨脹率均有所降低，摻合料摻量越高，砂漿膨脹率越低。20%及以上摻量羅勇粉煤灰抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效；40%及以上摻量玄武巖粉抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效；對于編號為H1-1的骨料樣品，20%及以上摻量雙摻料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效，對于編號為H1-2的骨料樣品，30%及以上摻量雙摻料抑制混凝土堿-骨料反應危害評定為有效。

（2）混凝土棱柱體法

河道入口開挖區1號點第一組編號為H1-1的骨料樣品，經混凝土棱柱體法檢測，評定為具有潛在危害性反應的活性骨料。分別摻入10%、20%、30%、40%、50%的摻合料，其試件膨脹率均有所降低，摻合料摻量越高，試件膨脹率越低。20%及以上摻量羅勇粉煤灰抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效；30%及以上摻量玄武巖粉抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效；30%及以上摻量雙摻料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效。

河道入口開挖區1號點第二組編號為H1-2的骨料樣品，經混凝土棱柱體法檢測，評定為具有潛在危害性反應的活性骨料。分別摻入10%、20%、30%、40%、50%的摻合料，其試件膨脹率均有所降低，摻合料摻量越高，試件膨脹率越低。20%及以上摻量羅勇粉煤灰抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效；40%及以上摻量玄武巖粉抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效；30%及以上摻量雙摻料抑制混凝土堿—骨料反應危害評定為有效。