矿物掺合料对碱骨料反应的抑制效果研究

李雯霞（酒泉职业技术学院，甘肃 酒泉 735000）

碱骨料反应是指混凝土原材料中的水泥、骨料、外加剂、混合料和拌合水中的碱性物质(Na2O或K2O)与骨料中碱活性矿物成分发生化学反应，生成膨胀物质(或吸水膨胀物质)，从而使混凝土在浇筑成型若干年后，内部逐渐产生自膨胀应力，造成混凝土从内向外延伸开裂的损毁现象[1]。由于碱骨料反应速度慢、潜伏期长、隐蔽性强，可降低混凝土结构物的强度和安全性；再者碱骨料反应一旦发生，难以控制和补救，严重影响结构物的耐久性，因此，混凝土碱骨料反应被喻为混凝土结构的“癌症”，也成为造成混凝土重大问题的原因之一。国内外相继开展了对碱-集料反应的研究，取得了一系列的成就，包括碱活性的鉴别方法、碱-集料反应的机理和抑制措施等[2-4]。国际上预防碱硅酸反应最实用、最有效的方法是在混凝土中掺入矿物掺合料，也是最经济的方法。本文采用快速砂浆棒法探索本地区商品混凝土中矿物掺合料对碱骨料反应的抑制效果。

1 试验材料与方法

本试验采用42.5级硅酸盐水泥，选用酒泉地区使用的有代表性的三种碱硅酸活性骨料，根据快速砂浆棒法的试验方法，使用采集于同一采样点的骨料，再加入粉煤灰、矿渣粉、沸石粉等掺和料分别以不取代水泥和不同取代率取代水泥，进行砂浆棒长度法检测，测定其14d、28d膨胀率，比较和分析在不同取代率下，掺合料对混凝土碱骨料反应的抑制效果。

原材料：本地区生产的42.5级硅酸盐水泥，II级粉煤灰，S95高炉矿渣粉及常用的符合要求的沸石粉，骨料是本地区三家企业提供的三种骨料，其中骨料A的活性物质含量最大，骨料B次之，活性物质含量较小的是骨料C。

2 粉煤灰抑制试验

粉煤灰选用本地区电厂生产的粉煤灰产品进行试验，分别以10%、20%、30%等量取代水泥，成型试件，按照快速砂浆棒法测定14d、28d膨胀率，试验结果如表1所示。

图1 粉煤灰抑制试验14d结果

表1 粉煤灰抑制试验结果

表2 沸石粉抑制试验结果

表3 矿渣粉抑制试验结果

图2 粉煤灰抑制试验28d结果

根据表1的试验数据可得粉煤灰抑制试验14d和28d的结果如图1和图2。从图中可看出骨料A的14d和28d的粉煤灰抑制碱骨料反应试验效果要较骨料B和骨料C明显，这是因为骨料A的活性物质含量大于骨料B和骨料C。图中显示出随着粉煤灰取代量的增加，砂浆膨胀率呈下降趋势，甚至出现不膨胀的现象；粉煤灰取代率为10%时，各骨料14d和28d的砂浆膨胀率均远大于0.02%，基本上起不到抑制作用，当粉煤灰取代率达到20%以上时，活性骨料的膨胀有明显的抑制效果。

3 沸石粉抑制试验

沸石粉选用本地区各搅拌站常用的活性物含量较高的产品。同样以10%、20%、30%等量取代水泥，成型试件，按照快速砂浆棒法测定14d、28d膨胀率，试验结果见表2所示。

图3 沸石粉抑制试验14d结果

图4 沸石粉抑制试验28d结果

根据表2的试验数据可分别得到沸石粉抑制碱骨料反应的14d和28d的试验结果图3和图4。从图中可看出骨料A的14d和28d的沸石粉抑制碱骨料反应试验效果较骨料B和骨料C明显，这也符合三种骨料中A的活性物质含量较骨料B和骨料C多的实际情况。图中显示出随着沸石粉取代量从10%增加到30%，砂浆膨胀率呈下降趋势，甚至出现不膨胀的现象，取代率为10%时，各骨料14d和28d的砂浆膨胀率还较大，基本上起不到抑制作用，当取代率达到20%以上时，活性骨料的膨胀有明显的抑制效果。这同粉煤灰抑制试验效果相同，即沸石粉掺量达到20%以上时，对碱骨料反应的抑制效果明显。

4 矿渣粉抑制试验

试验中参入本地钢厂生产的S95高炉矿渣粉，以40%、50%、70%等量取代水泥，成型试件，按照快速砂浆棒法测定14d、28d膨胀率，试验结果见表3所示。

图6 矿渣粉抑制试验28d结果

根据表3的试验数据可分别得到制碱骨矿渣粉料抑制碱骨料反应的14d和28d的试验结果图5和图6。从图中可看出随着矿渣粉取代量从40%增加到70%，砂浆膨胀率才呈下降趋势，取代率为40%时，各骨料14d和28d的砂浆膨胀率还较大，基本上起不到抑制作用，当取代率超过50%时，活性骨料的膨胀才有明显的抑制效果，说明矿渣粉对碱骨料反应的抑制效果没有粉煤灰和沸石粉的效果好，加量需较大。

5 结 语

用活性掺合料取代部分高碱水泥，不仅减少混凝土的有效含碱量，还能产生物理化学作用，抑制碱-骨料反应。这是因为矿物活性掺合料中含有大量的酸性氧化物，能与水泥水化产生的Ca(OH)2反应，同时高细度的掺合料微粒使K+、Na+、OH-富集在其表面，使骨料周围的碱离子减少，从而削弱了碱-骨料反应。掺合料对碱-骨料反应的抑制效果除取决于其品种外，还与其化学组成、细度、掺量、单位体积混凝土中的碱含量、活性骨料的类型等因素有关。应用时要根据工程实际进行试验，以确定掺合料的品种及取代水泥的数量。本地区预防混凝土碱硅酸反应各掺合料的适宜量为粉煤灰或沸石粉取代水泥20%以上，高炉矿渣粉取代水泥为50%以上就可以有效预防混凝土碱硅酸反应。

[1]苏凤莲,王萍,邵箐,等.混凝土碱骨料反应问题及预防措施[J].华北水利水电学院学报,2002(12):22-25

[2]唐明述.关于碱-骨料反应的几个理论问题[J].硅酸盐学报，1990，18（4）:365-373

[3]慕晓，许仲梓，唐明述.T.C.POWERS若干重要理论评述[J].硅酸盐通报，1995，1:27-31

[4]莫祥银，许仲梓，唐明述.国内外混凝土碱集料反应研究综述[J].材料科学与工程，2002，20（1）:128-132.