粉煤灰对碱骨料反应的抑制试验研究

(沈阳兴禹水利建设工程质量检测有限公司，辽宁 沈阳 110000)

1 概 述

在水利工程或其他建筑工程中，碱活性骨料反应一旦发生破坏性膨胀，会直接危害混凝土的耐久性以及建筑物的安全性。骨料本身具有离散性，一般情况下除了在使用骨料之前进行碱活性骨料试验外，无其他有效方法治理，如果遇料源骨料为活性骨料或者疑似活性骨料就必须加以抑制，以保证建筑物的安全性。结合各类资料文献，可以抑制碱活性骨料的试验研究与方法较多，建议工程中使用低碱水泥。除了要注意水泥的碱含量外，还可考虑掺入聚羧酸高性能减水剂或硅灰、粉煤灰以抑制骨料碱活性，使伸长率控制在安全值的范围内，为工程的安全性提供及时有效的依据。本文采用快速砂浆棒法，使用F类Ⅰ级粉煤灰进行试验。

2 试验目的

在骨料碱活性检验中，考虑抑制效果最好而且方便、节约成本，加入不同掺和量的粉煤灰制成砂浆棒，对其14d膨胀率进行比较。

3 试验仪器及材料

3.1 试验仪器

骨料筛：4.75mm、2.5mm、0.63mm、0.315mm、0.16mm；

水泥砂浆搅拌机、摇筛机、量筒、秒表、刮刀、脱模剂；

天平：1kg；

试模以及侧头：金属试模规格为25mm×25mm×285mm,试模两端需要有小洞，用于侧头埋砂浆；侧头规格为2mm，由不锈钢制成;

养护筒：内设试验支架，不透水，耐碱;

比长仪：测量精度0.01mm,测量范围275～300mm；

碱活性骨料养护箱：80℃。

3.2 试验所需材料

水泥：采用P.O42.5低碱水泥;

粉煤灰：采用F类Ⅰ级粉煤灰;

养护溶液：浓度为4%的氢氧化钠溶液(分析纯);

砂子：来自采石场。

4 试验方法及方案

试验参照《预防混凝土碱骨料反应技术规范》(GB/T 50733—2011)附录A抑制骨料碱-硅酸反应活性有效性试验方法进行操作。水泥与粉煤灰检测结果见表1、表2。

为了比对砂浆棒间不同的粉煤灰掺量对碱骨料抑制的影响，所有配合比中水灰比均为0.47，胶凝材料与砂的质量比为1∶2.25，一组试件需胶凝材料440g、砂990g。具体配合比数据见表3。

表1 试验用水泥物理及化学指标检测结果

表2试验用粉煤灰(F类Ⅰ级)物理及化学指标检测结果

物 理 指 标 检 测 结 果项 目细度需水量比含水量安定性(雷式夹)强度活性指数单 位%%%mm%检测结果6.0880.31.580化 学 指 标 检 测 结 果项 目烧失量三氧化硫碱含量氯离子游离氧化钙单 位%%%%%检测结果0.90.62.00.0080.1

表3 碱骨料抑制试验用料配比

4.1 基准砂浆棒试验

为保证试验结果精准度，在做抑制试验之前进行不掺粉煤灰的基准样品试验，以便对比。采用3组平行试样作为基准数据分别测定3d、7d、14d的膨胀率。试验依据《建设用砂》(GB/T 14684—2011)的方法进行。

4.2 F类Ⅰ级粉煤灰对碱活性骨料反应的抑制试验结果

以F类Ⅰ级粉煤灰掺量分别为5%、10%、15%、20%制成砂浆棒，分别测定3d、7d、10d、14d的体积膨胀率。具体试验数据见表4。

表4 碱活性骨料试验结果

5 试验结果分析

由于该试验骨料具有一定碱活性，基准砂浆棒14d的膨胀率已经超过0.10%，因此，在工程中必须采取措施进行有效抑制。抑制试验表明F类Ⅰ级粉煤灰对碱骨料反应具有一定的抑制效能，在试验过程中粉煤灰吸收了部分混凝土中的碱，从而降低了混凝土中的碱含量，使之控制在安全值以下，使养护环境不具备发生碱骨料发生反应的条件。

由试验数据可以看出,3d的膨胀率变化不大，从7d开始迅速膨胀，三个试件14d膨胀率的平均值小于0.03%时，可判定抑制骨料碱—硅酸反应活性有效。其中掺量5%和10%均有抑制效果，但效果一般，掺量15%和掺量20%达到标准抑制要求。但是从方便、节约的角度考虑，确定硬混凝土配合比中的粉煤灰掺量为15%。由于快速砂浆棒法是在80℃的环境下进行试验的，根据作者多年的工作经验，有时会将非活性骨料误判成疑似活性骨料或者活性骨料，因此，作者认为，如果工程时间允许，采用砂浆棒法(180d膨胀率)来判定骨料的活性更为准确。

在测试试件的过程中，读数的时间必须严格控制在15s内，试验室内的温湿度必须严格按照规程规定执行，尽量减少砂浆棒体的水分蒸发与热胀冷缩给试验数据带来的误差。

砂浆棒养护筒与养护架由于长时间使用会有少量氢氧化钠附着在筒壁与养护架上，难以清洗。根据作者多年试验经验，应使用弱酸性溶液(建议使用食用白醋)将其清洗干净后，再用肥皂水冲洗中和掉养护筒内附着的酸性溶液，最后用蒸馏水冲洗晾干，使筒与架完全处于中性状态后方可进行试验，如不清洗干净，会直接影响砂浆棒的基准读数，造成数据不准确。

此次试验证实F类Ⅰ级粉煤灰对骨料碱活性具有一定的抑制作用。但如果抑制试验掺量与混凝土配合比掺量有所冲突，在工程中也建议使用聚羧酸高性能减水剂或者硅灰作为抑制掺和料。

6 结 语

在一般大中型水利工程或其他建筑工程中，骨料的碱活性对建筑物具有一定的危害，但并不意味着工程中不允许使用活性骨料或者疑似活性骨料，考虑到工程预算与成本，在无法取得非活性骨料或者不易取得非活性骨料的时候，可以通过抑制碱活性骨料来节约成本和保证建筑物的安全。