混凝土中正长岩与砂岩的不同比例组合对骨料碱活性的影响

何惠英

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)05—0064—03

混凝土中正长岩与砂岩的不同比例组合对骨料碱活性的影响

何惠英

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

采用岩相法、砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法对比研究了砂岩、正长岩以及砂岩与正长岩2种不同比例组合骨料对骨料碱活性的影响。试验结果表明：砂岩为活性骨料，以砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料的骨料组合也为活性骨料，以正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料的骨料组合有疑似碱活性，正长岩为非活性骨料。掺入20%以上粉煤灰均可有效抑制其碱活性反应。

正长岩；砂岩；碱活性；粉煤灰；抑制试验

鲁地拉水电站工程位于云南省大理州宾川县与丽江地区永胜县交界的金沙江中游河段上，是金沙江中游河段规划8个梯级电站中的第7级电站。鲁地拉水电站工程是以发电为主，兼顾灌溉等综合利用的Ⅰ等大型工程。枢纽主要建筑物由拦河坝和地下厂房两大部分组成。电站总装机容量2 160 MW，主坝采用碾压混凝土重力坝，最大坝高140 m，主体工程混凝土量约为285万m3，碾压混凝土为154万m3。

目前碱硅酸反应在碱骨料反应中占有绝大部分比例，已有不少国家出现碱-骨料反应破坏的工程实例[1]。现在用于工程中的许多骨料中都含有一定数量的可引起碱硅酸反应的骨料。因此，结合工程实际对鲁地拉水电站所用的砂岩、正长岩和砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料以及正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料的不同骨料组合方案，进行岩相法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法对比试验研究，并通过掺入不同比例的粉煤灰对其骨料碱活性进行抑制试验研究，为鲁地拉水电站料源选择提供基础资料。

1 试验原材料

对于碱活性试验及其抑制试验关心的是水泥和粉煤灰碱含量，因为快速法及其抑制试验要求水泥的碱含量为0.9%±0.1%，低于此值需掺加10%的氢氧化钠。棱柱体法水泥的碱含量要求为1.25%，低于此值需掺加10%的氢氧化钠。粉煤灰在抑制试验中有效的碱含量按照实测值的15%计。因此原材料性能只需给出水泥和粉煤灰的碱含量值，对于其它物理、力学指标可不给出。骨料的性能也可不用列出。

(1) 水泥：水泥采用云南丽江永保水泥股份有限公司生产的中热42.5水泥，其碱含量为0.43%。

(2) 粉煤灰：粉煤灰为昆明二电厂粉煤灰，其碱含量为0.76%。

(3) 骨料：骨料采用傈傈族沟料场的砂岩和下坝址正长岩。

(4) NaOH:分析纯试剂。

2 试验研究结果对比分析

2.1 岩相法

(1) 砂岩骨料岩相鉴定

根据岩石薄片鉴定结果，砂岩为钙质细粒长石砂岩，矿物成分主要为石英，含量60%，长石含量<30%，云母含量1%，其它矿物含量约4%，晶体填充物含量<25%，因此，砂岩骨料中存在一定量的活性组分，在水泥中碱含量较高时，可能发生碱-骨料反应。

(2) 正长岩骨料岩相鉴定

正长岩骨料在显微镜下可以看出，岩石绝大部分由条纹长石组成，占85%～90%，含有少量的角闪石，占3%～5%。还含有极少量的黑云母<1%，基本不含活性组分。

2.2 砂浆棒快速法

砂浆棒快速法是适合于检验反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料，并能在16 d内检测出骨料在砂浆中的潜在有害的碱-硅酸反应。本次试验结合工程中砂岩和正长岩分别作为粗细骨料的2种组合方案，按常规的砂率范围选细骨料占30%、粗骨料占70%来考虑砂岩和正长岩在砂浆棒快速法试验中所占的比例，快速法所用骨料均为细骨料，混凝土棱柱体粗骨料含粗细骨料。对2种骨料及其骨料组合运用砂浆棒快速法进行了碱-硅酸反应试验，测试结果见表1。其砂浆膨胀率随龄期变化见图1。

表1 骨料碱活性砂浆棒快速法测试结果表

由表1可知，砂岩14 d砂浆膨胀率为0.267%，大于0.2%为活性骨料；以砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料的组合14 d砂浆膨胀率为0.238%，大于0.2%也为活性骨料；以正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料的组合14 d砂浆膨胀率为0.194%，介于0.1%～0.2%之间为疑似活性骨料，需结合其他方法综合判定；正长岩14 d砂浆膨胀率为0.009%，小于0.1%为非活性骨料。

图1 不同骨料组合砂浆试件膨胀率随龄期增长对比图

2.3 混凝土棱柱体法

混凝土棱柱体法是评定混凝土试件在升温及潮湿条件养护下，水泥中的碱与骨料反应所引起的膨胀是否具有潜在危害的试验方法。2种骨料及其组合的混凝土棱柱体试验结果见表2。其混凝土膨胀率随龄期变化见图2。

表2 混凝土棱柱体法试验结果表

图2 不同骨料组合混凝土试件膨胀率随龄期增长对比图

由表2可知，砂岩混凝土试件1 a的膨胀率为0.061%，大于0.04%的指标要求，故砂岩为活性骨料。以砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料的组合1 a混凝土试件膨胀率为0.045%，大于0.04%也为活性骨料。以正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料的组合1 a混凝土试件膨胀率为0.028%，小于0.04%为非活性骨料。分析其主要原因是：当组合骨料中活性砂岩骨料作粗骨料时，其活性骨料所占的比例较大，因而其膨胀率也较大；反之，当组合骨料中活性砂岩骨料作细骨料时，其活性骨料所占的比例较小，因而其膨胀率也相对较小。正长岩混凝土试件1 a的膨胀率为0.022%，小于0.04%的指标要求，故正长岩为非活性骨料。

综上所述，通过对砂岩、正长岩及其不同组合的骨料进行的岩相法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法对比试验，综合判定砂岩为活性骨料；砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料也为活性骨料；正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料具有疑似碱活性；正长岩为非活性骨料。对活性骨料需掺入粉煤灰对其进行抑制试验。

2.4 砂浆棒快速法抑制试验

碱骨料反应是引起混凝土耐久性下降的原因之一，使用非碱活性骨料是防止发生碱骨料反应的有效措施。对活性骨料掺入优质粉煤灰可有效地抑制碱活性[2]。针对鲁地拉水电站所用的砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料以及正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料的2种不同骨料组合方案，均不同程度的具有碱活性。因此，对其进行了不同粉煤灰掺量的砂浆棒抑制试验，试验结果见表3。

表3 砂浆棒快速法抑制试验结果表

砂浆棒快速法抑制试验结果表明：2种不同骨料组合的砂浆试件掺20%以上粉煤灰，其14 d和28 d的膨胀率均小于0.1%；当掺入20%粉煤灰后，14 d砂浆棒的膨胀率较不掺粉煤灰降低了80%以上；掺入40%的粉煤灰后，14 d砂浆棒的膨胀率降低了90%以上，这说明粉煤灰对危害性的碱-骨料反应有显著的抑制作用。

2.5 混凝土棱柱体法抑制试验

为了研究粉煤灰对不同骨料组合混凝土膨胀率的影响，采用混凝土棱柱体法进行了不同粉煤灰掺量的对比试验。试验结果见表4。

表4 混凝土棱柱体法抑制试验结果表

2种不同骨料组合的混凝土棱柱体试件掺入20%～50%粉煤灰后，砂岩作粗骨料、正长岩作细骨料的混凝土棱柱体试件360 d膨胀率降低率为64%～87%；正长岩作粗骨料、砂岩作细骨料的混凝土棱柱体360 d试件膨胀率降低率为71%～89%。由此可见，摻入20%以上粉煤灰后能够有效抑制碱活性反应。

综上所述，通过上述对比试验可以得出，2种不同的骨料组合均不同程度具有碱活性，掺入粉煤灰能明显降低砂浆和混凝土棱柱体的膨胀率，对骨料碱活性有抑制作用，粉煤灰掺量在20%以上能够有效抑制碱活性反应。

3 结 语

通过对鲁地拉水电站混凝土所用砂岩、正长岩和砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料以及正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料的不同骨料组合方案进行岩相法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法对比试验研究，可以得出以下几点结论：① 砂岩为活性骨料，砂岩作为粗骨料、正长岩为细骨料也为活性骨料，正长岩作为粗骨料、砂岩为细骨料具有疑似碱活性，正长岩为非活性骨料。② 对含有不同程度碱活性的砂岩及砂岩与正长岩组合的骨料掺入20%以上粉煤灰均可有效抑制其碱活性。

[1] 姜立纲,陈旭.混凝土骨料碱活性试验及控制措施[J].吉林水利,2009,(3):11-12.

[2] 吕鹏飞,许继洲.不同粉煤灰掺量对人工骨料碱活性抑制影响试验研究[J].四川水力发电,2011,(2):84-86.

[3] 何惠英,毕亚丽,李晓玲.不同岩石室内破碎及性能试验对比分析[J].西北水电,2013,(5)：78-80.

[4] 易永军.不同程度骨料碱活性抑制试验方案的确定[J].西北水电,2014,(1)：91-94.

Influence on Alkali Activity by Different Proportion of Syenite and Sand Stone in Concrete

HE Hui-ying

(POWERCHINA Northwest Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065，China)

Influence on the alkali activity by two different proportions of sand stone, syenite and sand stone & syenite in concrete aggregate are studied by application of petrographic method, mortar bar method and concrete prism methods. The tests show that the sand stone is the active aggregate. The combined aggregate consisting of sand stone as coarse aggregate and syenite as fine aggregate is also of the active aggregate. The combined aggregate consisting of syenite as coarse aggregate and sand stone as fine aggregate seems with alkali activity. Syenite is of the non-active aggregate. With mixture of above 20% flyash, their alkali active reaction can be restrained. Key words:syenite; sand stone; alkali activity; flyash; restraining test

2015-08-12

何惠英(1965- )，女，安徽省安庆市人，高级工程师，主要从事混凝土材料试验工作.

TV41；TU521.1

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.019