基于混凝土抗冻性的碱活性骨料抑制试验研究

基于混凝土抗冻性的碱活性骨料抑制试验研究

杨冬鹏1,2

(1.东北大学，辽宁 沈阳110819；2.辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳110006)

【摘要】大型水利工程中，具有潜在碱骨料反应的活性骨料若要应用于工程中必须进行抑制试验。抑制试验表明：随着掺和料粉煤灰的增加，对碱骨料反应的抑制效果逐渐明显。而同时随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗冻性减弱。综合考虑，在粉煤灰掺量为25%～30%时，需研究粉煤灰对活性骨料的抑制作用和混凝土抗冻性能两方面的要求。

【关键词】碱骨料；抑制试验；粉煤灰

中图分类号：TU528.041

Alkali reactive aggregate inhibition test study based on concrete

frost resistance

YANG Dongpeng

(1.NortheasternUniversity,Shenyang110006,China;

2.InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerLiaoningProvince,Shenyang

110006,China)

Abstract:Reactive aggregate with potential alkali aggregate reaction must undergo inhibition test if it should be applied to large-scale water conservancy project. Inhibition test shows that the inhibitory effect of alkali aggregate reaction becomes gradually apparent with the increase of fly ash admixture. However, the frost resistance of concrete is weakened with the increase of fly ash at the same time. Comprehensively considering various aspects, requirements on inhibitory effect of fly ash on reactive aggregate and concrete frost resistance performance should be studied when the fly ash content is 25% to 30%.

Key words: alkali-aggregate; inhibition test; fly ash

碱骨料反应是混凝土原料中的碱与骨料中的活性成分发生反应，使混凝土内应力增加，严重影响混凝土的耐久性。应用砂浆棒快速法对某大型水利工程附近料场骨料进行检验，砂浆试件14d的膨胀率大于0.2%，是属于具有潜在碱骨料反应的活性骨料。为降低工程成本，并保证工程质量，应进行该骨料的活性控制以及混凝土耐久性研究。

防止混凝土碱骨料反应的常用措施有：使用非活性骨料；控制混凝土中的碱含量；采用掺和料抑制碱骨料反应[1-2]。工程中常用的方法为掺和料抑制法，为抑制碱骨料反应，采用优化粉煤灰掺量进行研究，而工程对混凝土抗冻性有一定要求，抗冻性是影响混凝土结构耐久性的重要指标，粉煤灰掺量将影响混凝土的抗冻性。因此，既满足对活性骨料的抑制性能又满足抗冻性要求的合理掺量粉煤灰是保证混凝土质量的重点。

1试验方案设计

粉煤灰抑制混凝土碱骨料反应试验采用快速砂浆棒法，粉煤灰对混凝土抗冻性影响采用快冻法试验研究。试验不同粉煤灰掺量对碱骨料反应的抑制规律和对混凝土抗冻性的影响规律。结合以上两个规律得出活性骨料符合活性和抗冻性要求所需的粉煤灰掺量。

2试验原材料

水泥采用基准水泥，基准水泥化学成分见表1，部分物理性能检测结果见表2。

表1　基准水泥化学成分

表2　部分基准水泥物理性能结果

试验采用符合《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)2.37节中要求的NaOH溶液，即1mol/L的分析纯NaOH溶液。

粉煤灰出自料场附近电厂，检验符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)中F类Ⅱ级粉煤灰技术要求。粉煤灰具体化学成分和技术指标见表3、表4。

表3　粉煤灰化学成分

表4　粉煤灰技术指标

骨料按照表5的级配组合进行砂浆棒快速法试验，骨料碱活性试验结果见表6，可以看出14d膨胀率为0.255%，依据《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)[3]，该骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料。

表5　骨料级配

表6　骨料碱活性试验结果

3粉煤灰对碱骨料反应的抑制试验

粉煤灰分别按替代水泥质量的0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%进行对碱骨料反应的抑制试验，试验过程依据《水工混凝土试验规程》(SL 352—2006)2.37节进行。试验结果见表7、图1、图2。

表7　不同掺量下粉煤灰对碱骨料反应的抑制效果

图1　骨料碱活性试验样品

图2　14d膨胀率与粉煤灰掺量

a.粉煤灰对碱骨料反应有明显的抑制效果，随着粉煤灰掺量的增加，砂浆棒膨胀率减小。

b.粉煤灰掺量为10%、15%时，14d砂浆棒膨胀率分别为0.127%和0.090%，欲保证14d砂浆棒膨胀率小于0.1%，粉煤灰掺量应大于10%。

c.粉煤灰掺量超过25%时，随粉煤灰掺量增加膨胀率增大的趋势放缓，此时砂浆棒膨胀率为0.036%，同未加粉煤灰膨胀率相比，降低率为84%。

4粉煤灰对混凝土抗冻性影响试验

韩跃红等人已进行了掺入粉煤灰对混凝土抗冻性影响的研究[4-7]，然而研究结果并不一致。陆建飞[6]的研究表明粉煤灰掺量的增加使混凝土的抗冻性降低，而严捍东[7]的研究结果相反。试验材料的差异性降低了粉煤灰对混凝土抗冻性影响的规律性，为确定掺入粉煤灰的混凝土抗冻性变化规律，特进行了下列冻融循环试验。

试验应用粉煤灰分别替代水泥质量的0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，进行混凝土抗冻性试验。原材料同碱骨料反应试验，试验结果见表8、图3、图4、图5。

图3　相对动弹模随冻融循环次数变化情况

从试验结果可以看出，不同粉煤灰掺量下混凝土冻融循环次数与相对动弹模和质量损失之间存在以下关系：

表8　不同粉煤灰掺量下混凝土抗冻性试验

图4　质量损失随冻融循环次数变化情况

图5　冻融试验样品

a.随着冻融循环次数的增加，相对动弹模逐渐降低，且随粉煤灰掺量的增加，相对动弹模降低速度加快。当粉煤灰掺量为40%、冻融循环250次时相对动弹模降至初始时的55.4%。

b.随着冻融循环次数的增加，质量损失逐渐增加，且随着粉煤灰掺量的增加质量损失速度加快。当粉煤灰为35%、40%时，冻融循环250次时质量损失率分别为7.5%和8.6%。

c.粉煤灰对混凝土抗冻性有不利影响，粉煤灰掺量越多其不利影响越明显。欲保证混凝土满足250次冻融循环要求，该种骨料粉煤灰掺量不应高于30%。

5结论

试验研究表明：粉煤灰能够有效抑制碱骨料反应，且粉煤灰掺量越多，抑制效果越明显。但粉煤灰掺量对混凝土抗冻性有不利影响，粉煤灰掺量越多混凝土抗冻性越差。综合两种试验规律，欲保证该骨料混凝土满足碱活性和抗冻等级250的要求，粉煤灰掺量应控制在25%～30%，此时14d砂浆棒膨胀率在0.026%～0.036%之间，同未掺加粉煤灰相比膨胀率降低84%～88%，250次冻融循环相对动弹模为62.1%～65.3%，质量损失为4.3%～6.1%，满足设计要求。该试验结果可供采用具有

参考文献

[1]吴定燕,王海峰,饶美娟.混凝土骨料碱活性及掺粉煤灰抑制效果研究[J].混凝土,2008(1):69-72.

[2]吕鹏飞,许继刚.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(S2):84-86,137.

[3]SL 352—2006水工混凝土试验规程[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

[4]邢振贤,吴本陵.粉煤灰对碾压混凝土抗冻性影响的试验研究[J].华北水利水电学院学报,1995(4):9-13.

[5]习国华.大掺量粉煤灰混凝土的试验研究[J].江西建材,1997(1):28-30.

[6]陆建飞.大掺量粉煤灰混凝土冻融循环作用下的力学性能研究[D].西北农林科技大学,2011.

[7]严捍东,孙伟,李钢.大掺量粉煤灰水工混凝土的气泡参数和抗冻性研究[J].工业建筑,2001(8):46-48,73.

[8]韩跃红,缪群,蔡鹿.大掺量粉煤灰混凝土的特性与应用[J].工程质量,2001(12):5-7.