賈兆武1  王寧芳1  劉乾文2

（1中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 西安  710043）

（2東方陽(yáng)光混凝土制品公司）

 

    堿骨料反應(yīng)（AAR）是引起混凝土建筑物破壞的主要原因之一。而堿硅酸反應(yīng)（ASR）又在堿骨料反應(yīng)（AAR）中占有絕大比例，其引起的工程破壞已愈來(lái)愈引起國(guó)內(nèi)外混凝土工程界的高度重視。

 

    目前預(yù)防ASR的工程措施主要是使用非活性骨料、控制水泥或混凝土中堿含量、控制混凝土環(huán)境濕度和混凝土中使用混合材料。其中使用混合材料是預(yù)防ASR最實(shí)用、最經(jīng)濟(jì)和有效的方法，但目前我國(guó)尚缺少使用混合材預(yù)防ASR的標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)有效地評(píng)價(jià)混合材抑制ASR效能的方法。本文結(jié)合工程實(shí)際，采用ASTMC441法、砂漿棒快速法抑制、砂漿長(zhǎng)度法抑制及混凝土棱柱體法抑制試驗(yàn)，對(duì)粉煤灰抑制ASR的有效性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

 

    ASTMC441法是目前評(píng)價(jià)混合材抑制ASR有效性和篩選不同混合材抑制ASR的唯一標(biāo)準(zhǔn)方法，該方法采用硬質(zhì)玻璃作為標(biāo)準(zhǔn)活性骨料，混合材摻合料（粉煤灰、礦渣）取代25％水泥（體積百分比），按ASTMC227方法（即水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程堿骨料試驗(yàn)的砂漿長(zhǎng)度法）制備和養(yǎng)護(hù)試件。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為：（1）當(dāng)用摻合料取代25%（體積比）水泥時(shí)，若14d齡期的砂漿膨脹率降低率Re不小于75％，并且56d的膨脹率小于0.05％，則認(rèn)為所摻的摻合料或外加劑及其相應(yīng)的摻量具有抑制堿骨料反應(yīng)的效能。（2）對(duì)工程所選用的水泥制作的對(duì)比試件，除滿(mǎn)足14d齡期砂漿膨脹率降低率Re不小于75％要求外，對(duì)比試件14d齡期膨脹率還不得大于0.02％，才能認(rèn)為該水泥不會(huì)產(chǎn)生有害堿骨料膨脹。經(jīng)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法所用骨料（硬玻璃）、判據(jù)和可靠性受到廣泛質(zhì)疑，僅適用于特定骨料和配合比條件下砂漿和混凝土的判定。但由于該方法是目前評(píng)價(jià)混合材的唯一標(biāo)準(zhǔn)方法，為許多國(guó)家所采用，我國(guó)水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程DL/T5151—2001也基本完全參照該方法。

 

    以硬質(zhì)玻璃作為標(biāo)準(zhǔn)活性骨料，摻加粉煤灰采用ASTMC441法進(jìn)行抑制效能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 粉煤灰抑制骨料堿活性測(cè)試結(jié)果

編號(hào)	摻合料品種	粉煤灰摻量（％）		不同齡期砂漿試件膨脹率（％）		14d膨脹率降低率Re(%)
		體積比	質(zhì)量比	14d	56d
1	——	0	0	0.395	0.485	——
2	平?jīng)龇勖夯?/DIV>	15	10.4	0.238	0.314	40
3	平?jīng)龇勖夯?/DIV>	20	13.8	0.211	0.309	47
4	平?jīng)龇勖夯?/DIV>	25	17.3	0.206	0.291	48
5	平?jīng)龇勖夯?/DIV>	30	20.7	0.193	0.253	51
6	平?jīng)龇勖夯?/DIV>	40	27.6	0.137	0.192	65
7	平?jīng)龇勖夯?/DIV>	50	34.5	0.108	0.143	73

 

    從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，在高活性玻璃骨料砂漿中，用25％平?jīng)龇勖夯胰〈�水泥后�?4d齡期膨脹率降低率Re僅為48％遠(yuǎn)小于75％，56d齡期膨脹率為0.29％遠(yuǎn)大于0.05％的判定值。而且14d膨脹率達(dá)到0.206％遠(yuǎn)大于0.02％的允許值。因此，按抑制效能方法評(píng)價(jià)，認(rèn)為所摻粉煤灰不具有抑制堿骨料反應(yīng)的效能。

 

    針對(duì)其工程所選用的天然骨料為活性骨料的實(shí)際情況，在前述抑制效能試驗(yàn)的同時(shí)，采用砂漿棒快速法進(jìn)行堿活性抑制試驗(yàn)。粉煤灰采用平?jīng)觫蚣?jí)粉煤灰，其抑制試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表中粉煤灰摻量為質(zhì)量比。

表2 砂漿棒快速法抑制試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

料場(chǎng)	試件編號(hào)	骨料品種	粉煤灰摻量（％）	不同齡期砂漿膨脹率（％）				14 d膨脹率降低率Re(%)
				3d	7d	14d	28d
1	1	1＃天然砂	0	0.092	0.137	0.232	0.364	——
	2	1＃天然砂	15	0.038	0.058	0.076	0.095	67
	3	1＃天然砂	20	0.019	0.028	0.035	0.048	85
	4	1＃天然砂	25	0.006	0.012	0.020	0.028	92
2	5	3＃混合石	0	0.037	0.142	0.259	0.357	——
	6	3＃混合石	15	0.013	0.025	0.046	0.068	82
	7	3＃混合石	20	0.010	0.021	0.033	0.040	87
	8	3＃混合石	25	0.005	0.009	0.014	0.023	95

 

    從測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)：（1）摻入粉煤灰對(duì)骨料堿活性具有明顯的抑制效果，摻量越大其砂漿膨脹率降低率愈大，粉煤灰抑制效果越明顯。（2）1^＃料場(chǎng)天然砂中摻入15％～25％粉煤灰后，14d膨脹率降低率為67％～92％；2^＃料場(chǎng)混合石試件摻入15％～25％粉煤灰后14d膨脹率降低率為82％～95％，且當(dāng)粉煤灰摻量25％以上時(shí)，14d齡期試件的膨脹率小于等于0.02％。

 

    砂漿長(zhǎng)度法抑制試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。試件制做及養(yǎng)護(hù)同骨料堿活性鑒定時(shí)的砂漿長(zhǎng)度法。

表3 砂漿長(zhǎng)度法抑制試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

料場(chǎng)	試件編號(hào)	粉煤灰摻量（％）	不同齡期砂漿試件膨脹率（％）							180d膨脹率降低率Re(%)
			14d	30d	60d	90d	120d	150d	180d
1	1	0	0.015	0.019	0.022	0.023	0.025	0.025	0.026	——
	2	15	0.011	0.015	0.015	0.016	0.016	0.017	0.018	30
	3	20	0.010	0.012	0.013	0.013	0.014	0.015	0.017	35
	4	25	0.007	0.011	0.012	0.013	0.013	0.014	0.015	41
2	5	0	0.014	0.017	0.019	0.022	0.023	0.024	0.024	——
	6	15	0.006	0.010	0.011	0.013	0.014	0.016	0.018	25
	7	20	0.004	0.009	0.011	0.012	0.013	0.013	0.015	36
	8	25	0.004	0.009	0.010	0.011	0.011	0.011	0.013	44

 

    從測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)摻入平?jīng)龇勖夯?5％，兩個(gè)料場(chǎng)砂漿試件半年膨脹率降低率為25％～30％；摻入20％時(shí)，降低率為35％左右；摻入25％時(shí)，降低率為41％～44％。說(shuō)明摻入粉煤灰后具有明顯的抑制膨脹作用。

 

    混凝土棱柱體法抑制試驗(yàn)所用骨料為兩個(gè)料場(chǎng)骨料的混合料，試件制做及養(yǎng)護(hù)同骨料堿活性鑒定時(shí)的混凝土棱柱體法，抑制混合材為平?jīng)觫蚣?jí)粉煤灰，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4    棱柱法抑制試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

試件編號(hào)	粉煤灰摻量%	不同齡期混凝土試件膨脹率（％）										360d膨脹率降低率Re(%)
		14d	30d	60d	90d	120d	150d	180d	210d	270d	360d
1	0	0.010	0.014	0.022	0.026	0.029	0.033	0.034	0.035	0.038	0.041	——
2	15	0.008	0.013	0.021	0.025	0.026	0.027	0.028	0.029	0.031	0.034	16
3	20	0.007	0.012	0.020	0.023	0.025	0.027	0.027	0.028	0.029	0.029	36
4	25	0.006	0.012	0.018	0.022	0.023	0.025	0.025	0.025	0.026	0.026	52

 

    從測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，不摻粉煤灰時(shí)，天然骨料混凝土棱柱體試件一年齡期膨脹率為0.041％，超過(guò)骨料堿活性鑒定的判定值，可以認(rèn)為該骨料為潛在危害性的活性骨料；摻入粉煤灰后，混凝土棱柱體試件的膨脹率明顯降低，并且隨粉煤灰摻量增多其降幅越大，一年齡期25％摻量時(shí)膨脹降低率為52％。

 

    混凝土中ASR及其膨脹的發(fā)生、發(fā)展可分為兩個(gè)階段：孔溶液中的堿與骨料活性組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成堿硅凝膠和凝膠的吸水腫脹。粉煤灰對(duì)ASR的抑制作用表現(xiàn)為對(duì)混凝土中堿和Ca（OH）­₂的作用，可概括為粉煤灰對(duì)堿的物理稀釋、吸附，與Ca（OH）­₂的火山灰反應(yīng)減少甚至消除體系中的Ca（OH）₂以及火山灰反應(yīng)生成的低Ca/Si比產(chǎn)物對(duì)堿的吸附、滯留和對(duì)體系的致密化作用。可以看出，粉煤灰對(duì)ASR的抑制是全過(guò)程的綜合作用。

 

    從以上抑制試驗(yàn)成果分析可見(jiàn)，按照標(biāo)準(zhǔn)的抑制骨料堿活性效能試驗(yàn)判定，平?jīng)觫蚣?jí)灰即使摻量達(dá)到50％（體積比），也不具有明顯的堿活性抑制作用。但采用“砂漿棒快速法”，“砂漿長(zhǎng)度法”，“混凝土棱柱法”抑制骨料堿活性試驗(yàn)成果表明，對(duì)鑒定為活性的骨料摻入粉煤灰后可顯著降低試件的膨脹率。當(dāng)粉煤灰的摻量為25％（質(zhì)量比）時(shí)，砂漿棒快速法抑制試驗(yàn)的膨脹率降低率不小于90％，遠(yuǎn)大于75%的標(biāo)準(zhǔn)要求，而且14d齡期的膨脹率不大于0.02％。說(shuō)明粉煤灰具有明顯的抑制效果。

 

    從上述試驗(yàn)還可看出，目前評(píng)價(jià)混合材抑制骨料堿活性有效性的方法均以檢測(cè)骨料ASR活性的方法為基礎(chǔ)，比較摻加不同混合材或同一混合材不同摻量后試件膨脹率的變化。理論上，任何一種以測(cè)長(zhǎng)為基礎(chǔ)的檢測(cè)骨料活性的方法均可以用來(lái)比較混合材抑制ASR的能力。但由于檢測(cè)骨料活性的方法各參數(shù)條件的選擇大多是加速ASR進(jìn)行的，并不能完全表征實(shí)際混凝土，尤其是摻加混合材后的情況。因此，用檢測(cè)骨料活性的方法評(píng)價(jià)混合材，只能相對(duì)比較混合材的抑制能力，或最嚴(yán)酷條件下抑制ASR膨脹所需的最小混合材的摻量。并不能回答具體工程中特定骨料和配合比摻加多少混合材即能保證工程安全又不影響混凝土的其它性能。

 

[1]《重點(diǎn)工程混凝土耐久性的研究與工程應(yīng)用》中國(guó)建材工業(yè)出版社

[2]《關(guān)于制定預(yù)防混凝土堿—集料反應(yīng)技術(shù)規(guī)程的建議》王福川、賈兆武《混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及應(yīng)用》2005年

[3]《黃河拉西瓦水電站骨料堿活性試驗(yàn)研究》賈兆武、王寧芳《西北水電》  2006年第2期

 

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)