粉煤灰抑制骨料碱活性试验在鄂北工程中的应用

陈雁鸣，刘 俊，熊治明

（鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），430071，武汉）

粉煤灰抑制骨料碱活性试验在鄂北工程中的应用

陈雁鸣，刘 俊，熊治明

（鄂北地区水资源配置工程建设与管理局（筹），430071，武汉）

采用砂浆棒快速法对鄂北地区水资源配置工程2016年第2标段七方（罗家）明渠—七方（园林）明渠施工中不同掺量的粉煤灰抑制骨料碱活性效果进行试验。试验选取3组不同骨料，通过掺入不同量的粉煤灰，检测其抑制碱骨料反应效果。结果表明，当粉煤灰掺量为20%时，能有效抑制碱骨料反应，保障混凝土施工质量。

鄂北地区水资源配置工程；粉煤灰；骨料碱活性；砂浆棒快速法

鄂北工程线路总长269.67 km，主要建筑物由取水建筑物、输水明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽、节制闸、分水闸、检修闸、退水闸、排洪建筑物及王家冲水库扩建工程等组成，施工中需要采用大量的混凝土，然而由于水泥、外加剂、掺合料、骨料以及水和环境介质中往往含有一定量的碱，很容易发生碱骨料反应。

碱骨料反应是指水泥中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应，导致在混凝土内部产生膨胀应力，到一定程度后引起混凝土开裂的现象。碱骨料反应产生的大量微裂纹不仅降低了混凝土的力学性能，更重要的是给水、腐蚀离子提供了进入混凝土内部的通道，从而导致钢筋锈蚀、冻融破坏等协同效应，从而严重影响混凝土的耐久性。

一、碱骨料反应的抑制措施

①使用非碱活性骨料。这是最安全可靠的措施，但鄂北工程所在地骨科多为碱活性，因此含碱活性骨料的使用在所难免。

②控制水泥碱含量。水泥含量低于0.6%氧化钠当量作为预防发生碱骨料反应的安全界限已为世界多数国家所接受，有20多个国家将此安全界限列入国家标准或规范。

③控制混凝土中总碱含量。由于混凝土中碱的来源不仅是从水泥，而且从混合材料、外加剂、水甚至从骨料（例如海砂）中来，因此控制混凝土各种原材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更重要。当使用碱活性骨料时，世界各国的标准均对混凝土的总碱含量予以控制，基本在2.0～3.5 kg/m3范围内，《水工混凝土施工规范》（SL 677—2014）中规定：使用碱活性骨料时，应采取抑制措施并专门论证，混凝土总碱含量最大允许值不应超过3.0 kg/m3。

④控制混凝土湿度。水是碱骨料反应的必要条件，因此隔绝水源很重要，但是大多数时候难以实现。

⑤采用掺合料。采用硅粉、粉煤灰、火山灰或者磨细矿渣微粉取代水泥拌制混凝土。根据各国试验资料，掺5%～10%的硅粉可以有效抑制碱骨料反应。另外掺粉煤灰也很有效，粉煤灰的含碱量不同，经试验，即使是含碱量高的粉煤灰，如果取代30%的水泥，也可有效抑制碱骨料反应。

上述几种方法均对抑制碱骨料反应有效果，从工程实际条件和经济角度出发，选取添加掺合料作为抑制碱骨料反应的方法是合适的，也最容易实现。本文着重研究不同掺量粉煤灰对抑制碱骨料反应的影响。

二、粉煤灰掺量对抑制碱骨料反应的影响

1.试验地点及试样来源情况

本试验选取鄂北工程2016年第2标段七方（罗家）明渠—七方（园林）明渠施工工程，通过采用砂浆棒快速法对掺粉煤灰抑制骨料碱活性效果进行试验。本试验中骨料样品共3组，分别来自湖北省枣阳市耿集碎石、流首余家河卵石以及双沟河砂，均为项目所在地附近料场。经过检测，3组骨料样品14 d膨胀率均大于0.2%，因此可以判定本样品骨料为碱活性骨料，本试验所采用的粉煤灰来自国电长源荆门发电有限公司Ⅱ级灰。

2.试验方法

试验采用 《水工混凝土试验规程》（SL352—2006）中 2.37 骨料碱活性检验（砂浆棒快速法）不同掺量粉煤灰对抑制碱骨料反应的影响进行试验。

试验中粉煤灰掺量分别为20%、25%，对3组骨料样品采用砂浆棒快速法进行试验， 其 3 d、7 d、14 d、56 d的试验结果见表1，不同掺量粉煤灰对抑制骨料碱活性的影响见图1、图2、图 3所示。

表1 骨料不同掺量3 d、7 d、14 d、56 d膨胀率及膨胀率降低率汇总表

图1 粉煤灰掺量对抑制砂碱活性的影响

图1 粉煤灰掺量对抑制碎石碱活性的影响

从表 1和图 1、2、3可以看出：当粉煤灰掺量为20%时，砂14 d、56 d龄期砂浆膨胀率分别降低为90.9%、90.8%，碎石14 d、56 d龄期砂浆膨胀率分别降低为91.1%、90.6%，卵石14 d、56 d龄期砂浆膨胀率分别降低为85.6%、87.5%；当粉煤灰掺量为25%时，砂14 d、56 d龄期砂浆膨胀率分别降低为 95.0%、93.7%，碎石 14d、56 d龄期砂浆膨胀率分别降低为94.3%、92.0%，卵石14 d、56 d龄期砂浆膨胀率分别降低为91.1%、90.0%。

3.粉煤灰抑制碱活性评估

对本工程采用的混凝土原材料进行不同掺量粉煤灰抑制骨料碱活性试验，与原材料活性骨料进行比较，从而对粉煤灰抑制骨料碱活性的有效性进行评估。

当粉煤灰掺量达到20%时，骨料14 d、56 d龄期砂浆膨胀率降低率均不小于75%，且56 d龄期砂浆膨胀率均小于0.05%，表明掺量20%粉煤灰可以有效抑制碱骨料反应。

图3 粉煤灰掺量对抑制卵石碱活性的影响

三、混凝土总碱含量计算

《水工混凝土施工规范》中（低）热硅酸盐水泥混凝土碱含量计算公式：

混凝土碱含量（kg/m3）=中（低）热硅酸盐水泥碱含量 （%）×水泥用量（kg/m3）+0.2×粉煤灰碱含量（%）×粉煤灰用量（kg/m3）+外加剂碱含量（%）×外加剂用量+水碱含量（%）×用水量（kg/m3）。

依据以上公式求得经审批的配合比总碱量均小于3 kg/m3，满足《水工混凝土施工规范》要求，可在工程中使用。在日常施工过程中，要密切关注混凝土中各材料的相关情况，当混凝土中材料发生变化时，要重新检测材料中碱含量并进行总碱量的重新计算，确保混凝土总碱量满足规范要求，方可在工程中使用。

四、结 论

通过上述试验得知：粉煤灰掺量不小于20%时，能有效抑制骨料碱活性。根据鄂北工程枣随段实际混凝土原材料的情况，通过设计合理的混凝土配合比，掺入一定量粉煤灰，可以有效抑制混凝土的碱骨料反应，同时也使得混凝土的密实性、和易性和抗渗性得到改善。在经过试验检测和实际工程应用检验，掺入一定量的粉煤灰对抑制碱骨料反应效果良好，这对于预防鄂北工程混凝土骨料碱活性反应、保障混凝土施工质量具有指导和推广意义。

Adoption of inhibitory tests on alkali activity of aggregate with admixing of coal ashes for Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province

Chen Yanming,Liu Jun,Xiong Zhiming

Rapid mortar-bar method had been adopted to test the results of aggregate alkali activity with different mixing amounts during the construction of No.2 bidding section of 2016—Qifang Open Canal for Luojia and Qifang Open Canal for Yuanlin of Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province.Three types of aggregates were selected for experiment,so as to get the results of controlling aggregate alkali activity through mixing various amounts of coal ashes.The results shows that aggregate alkali activity can be controlled when 20%of coal ashes are added that can ensure quality of concrete construction.

Water Resources Allocation Scheme in North Hubei Province;coal ashes;alkali activity of aggregate;rapid mortar-bar method

TV68+TV421.8

B

1000-1123（2017）22-0031-03

2017-10-11

陈雁鸣，高级工程师。

责任编辑 韦凤年