谈变质岩碱骨料反应抑制技术

夏 怡

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550008)

1 概述

贵州省黔东南地区盛产变质岩，作为混凝土骨料，变质岩的抗风化及强度是满足要求的，变质岩中含有大量碱活性物质，由于碱骨料反应速度比较慢，其工程危害在多年以后甚至二十多年才体现。在基础建设项目中为了避免碱骨料反应的危害一般不采用变质岩作为骨料，尤其针对贵州的工程项目，都是舍近求远采用其他的骨料，增加了工程造价及施工工期。由此，变质岩碱骨料反应的抑制技术研究对工程项目使用变质岩具有现实意义。

2 碱骨料反应的抑制思路

1)混凝土中的总碱量。混凝土中碱含量的多少是抑制碱骨料反应的重要因素。在混凝土配合比设计阶段应将总碱量进行合理控制，避免使用高碱水泥、粉煤灰和外加剂等，控制总碱含量在合理范围内。2)粉煤灰或矿物掺合料的增掺。混凝土强度达到设计等级的情况下可提高粉煤灰的使用量，可降低混凝土的单位用水量，并对碱反应有很好的抑制效果。3)砂石的石粉含量。为进一步对碱骨料反应发生的条件、空间和几率加以限制，应有效降低砂石中的石粉含量。4)减水剂的选用。采用低碱含量的高效减水剂不仅可减少总碱含量，通过降低水灰比，提高混凝土强度和密实度，进一步抑制碱骨料的反应。5)掺加碱骨料反应抑制剂技术。对高标号混凝土，可考虑掺入碱骨料反应的抑制剂LiOH(国外有应用，成本较高，高标号或重要部位可考虑试验)。

3 碱骨料反应的抑制试验方案

根据碱骨料反应的抑制技术思路，本项目设计了以下试验方案，研究探讨有效的变质岩碱骨料反应抑制技术。

3.1 粉煤灰抑制技术方案

在C20，C30 基准配合比的基础上，进行粉煤灰掺量对抑制碱骨料反应及对其他性能影响的对比优化试验，测试坍落度、含气量、容重、观察混凝土状态、测试混凝土3 d，7 d，28 d 强度，通过高温养护下测砂浆试件快速膨胀率和混凝土棱柱体法测试粉煤灰掺量对碱骨料反应的抑制效果。该组试验每个强度等级配合比均需拌合5 组混凝土，按每组15 L 准备相应原材料。砂浆膨胀率试验按每组1 L 准备原材料。

3.2 石粉含量抑制技术方案

在C20，C30 基准配合比的基础上，通过调整机制砂中的石粉含量进行抑制碱骨料反应及对其他性能影响的对比优化试验，测试坍落度、含气量、容重、观察混凝土状态、测试混凝土3 d，7 d，28 d 强度，通过高温养护下测砂浆试件膨胀率和混凝土棱柱体法测试控制石粉含量对碱骨料反应的抑制效果。该组试验每个强度等级配合比均需拌合5 组混凝土，按每组15 L 准备相应原材料(如做混凝土棱柱体法检测，按每个配合比做3 个棱柱体试块则按拌制混凝土时每组20 L 准备相应原材料)。砂浆膨胀率试验按每组1 L 准备原材料。

3.3 高碱环境下抑制效果技术方案

在C20，C30 的基准配合比基础上，通过添加NaOH 溶液将水泥的碱含量提高到1%，考察在使用高碱含量水泥的条件下各种碱骨料反应的抑制措施对碱骨料反应的抑制效果。该组试验每个强度等级配合比均需拌合5 组混凝土，按每组15 L 准备相应原材料(如做混凝土棱柱体法检测，按每个配合比做3 个棱柱体试块则按拌制混凝土时每组20 L 准备相应原材料)。砂浆膨胀率试验按每组1 L 准备原材料。

4 变质岩碱骨料反应抑制情况

4.1 粉煤灰抑制试验

在设计强度为C30，C20 两种级配的混凝土配合比中分别掺入0，20%，30%，40%Ⅱ级粉煤灰，按超量系数1.4 超量替代水泥。掺入粉煤灰后，混凝土工作性能大大改善，和易性得以提高;从28 d 强度来看，C30 混凝土随着粉煤灰掺量的增加而降低;C20混凝土随着粉煤灰掺量的增加强度先有提高而后降低。

4.2 石粉含量抑制试验

石粉含量抑制试验中，从混凝土的和易性看，石粉含量为10%的和易性最好，混凝土强度中石粉含量为0 的强度最高。

4.3 高碱环境下抑制效果技术试验

在高碱水泥环境下，原本膨胀率较小的C30 混凝土膨胀率有所增加，从试验结果来看，通过砂浆棒膨胀率显示的碱骨料抑制效应与低碱水泥条件下一致。表现为粉煤灰掺量越高，砂浆棒膨胀率越低;石粉含量越高，砂浆棒膨胀率越高。而掺入粉煤灰的碱骨料抑制效应是相当明显的。通过掺入粉煤灰和控制石粉含量两种手段复合后，C20 混凝土砂浆棒膨胀率最低仅为基准混凝土砂浆棒膨胀率的3%。

5 结语

从前期采用工程项目沿线的原材料，开展的系列验证试验结果分析，可以得到如下结论:1)从抑制混凝土碱骨料反应角度出发，采取大掺量粉煤灰，同时优化配合比参数，设计的低标号变质岩机制砂混凝土配合比可满足各等级的混凝土强度设计要求。2)大掺量掺入粉煤灰，可抑制低标号混凝土中碱骨料反应。3)粉煤灰的掺入对高速公路现场变质岩机制砂石所配制的混凝土的碱骨料反应有抑制效应，且掺量越大，抑制效果越显著。4)混凝土碱骨料反应中变质岩的石粉含量对其有较大的影响，应考虑在高速公路施工配合比中机制砂的石粉含量不高于10%。5)变质岩机制砂混凝土的碱骨料反应长期效果应进一步试验测定、观察与验证，并与混凝土棱柱体试验方法的测试结果进行比较验证。另外，不同类型的矿物掺合料与来源，造成试验结果也不一致，应进一步验证、优选。6)对高速公路沿线变质岩机制砂混凝土工程，应从骨料活性、混凝土工程等级、应用环境、混凝土强度等级及类型对混凝土进行分类，采取不同的碱骨料反应预防与抑制方法及技术，可以有效控制变质岩机制砂混凝土的碱骨料反应，从而满足高速公路工程的需求。

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