贵州板岩集料碱集料反应试验成果总结报告

唐明英

贵州省公路工程集团有限责任公司

1 概述

厦蓉高速开始承建，面临大量的板岩将被使用在C30 以下混凝土中的问题，虽然这些板岩在岩相分析中被判为有潜在的碱硅反应，快速法碱集试验中部分也被判为有潜在的碱活性反应。但在榕江周边的项目上使用板岩的实体工程调查中并未发现混凝土碱集料反应现象。为了进一步了解板岩在混凝土中的碱集反应情况，使工程质量得到保证，我集团总公司检测中心分别用快速法、砂浆棒长度法、混凝土棱柱体法做了大量的标准试验、对比试验、验证试验。现把试验结果分析总结如下。

2 试验的目的

检测板岩集料在不同石粉含量时碱集反映的情况；检测不同掺量的水泥在板岩集料里碱集料反应的发展趋势；检测加入外加剂后的混凝土碱集料反映的情况；检测加入不同掺量的粉煤灰后碱集料反映的情况；检验板岩在高水泥用量时（C30以上的混凝土），碱集料反应情况；检测在38℃+2℃水中浸泡养护 碱集反应情况；检测常用的几种品牌水泥（剑江、畅达、险峰、广西鱼峰）和高晒料场集料（相对碱活性较大）的碱集反应情况；比较快速法试验、标准法试验、棱柱体法试验结果。

3 试验的方法

快速法试验、标准砂浆棒长度法试验、混凝土棱柱体法试验

4 试验结果分析

4.1 快速法试验

快速法试验是以标准水泥含碱量在1.2%时,在规定的条件下成型、在80℃+2℃条件下养护，14天的膨胀率来表示。

4.1.1 在快速法试验中砂子的石粉含量对碱集反应的影响情况

石粉含量增加，膨胀量也相应增加，石粉含量为8%时，14天膨胀量增加12%；石粉含量为12%时，14 天膨胀量增加15.4%；石粉含量为16%，试件膨胀量减少12.2%，因为石粉含量太高，砂浆棒产生的收缩量大于碱集反应的膨胀量。

4.1.2 用普硅水泥及其掺粉煤灰25%的试验结果

从高晒料场、星宇料场、乌细沟料场的试验可以看出当用标准水泥外加氢氧化钠使其碱含量到1.2时的试验结果，其14天膨胀率均大于0.2%，其中膨胀率最大的是高晒料场，其膨胀率为0.377%，各料场均判为有潜在的碱活性反应集料。当使用普硅水泥（不外加碱）试验时，其14 天膨胀量均小于0.2%，不能判为有潜在的碱硅反应。当在普硅水泥里掺入25%的粉煤时，其14天膨胀率小于0.1%，判为无碱硅反应。

4.1.3 不同粉煤灰掺量的试验结果

在畅达水泥、险峰水泥中掺入不同掺量的粉煤灰，从14天和28 天、90 天的膨胀率看出，随着粉煤灰的增加，其膨胀率降低。当粉煤灰掺量为水泥用量的30%时，其膨胀率最小，并且到了90天其膨胀率为负值

当粉煤灰掺量为35%时，其膨胀率反而增加。说明粉煤灰掺量在30%时对碱硅反应的抑制效果最佳。

4.1.4 外加剂对碱硅反应的影响

从表四的试验数据看出，膨胀率与外加剂的品种有关，加入聚羧酸类外加剂后其膨胀率可降低9%～25%。加入萘系外加剂其膨胀率不一定降低

4.1.5 快速试验结果总结

在快速法试验中，各料场的材料有潜在的碱活性反应。也证实了水泥里的碱对碱集料反应起主要作用，也证实了粉煤灰对碱集反应有较好的抑制作用、外加剂品种对碱集反应有一定的影响。进一步证实了砂子里的石粉含量对碱集反应也有影响。从各个方面的发展规律都能看出此集料存在碱集反应现象。

4.2 砂浆棒长度法试验结果分析

砂浆棒长度法试验是以水泥碱含量高于0.8%，按规范要求成型，在38℃+2℃，湿度大于95%的条件下养护，3个月或半年的膨胀率来表示。

4.2.1 使用标准水泥试验结果

使用标准水泥（外加氢氧化钠将碱增加到1.2%），砂子冲洗干净按级配要求配制，水泥与砂的质量之比1:2.25，流动度为105mm～120mm范围内时试验得出，各料场的半年的膨胀率均为负值，也就是没有膨胀，是收缩。半年膨胀率完全小于标准GB/T14685—2001《建筑用卵石碎石》规定的0.1%，各料场的集料均判为非活性集料。

4.2.2 掺入石粉后的试验结果

使用标准水泥（外加氢氧化钠将碱增加到1.2%）,高晒料场的砂子里掺入0.075 以下相同材料的石粉，根据掺量不同，其膨胀率不同，与标准试验结果相比较，当掺入8%的石粉时，其6个月膨胀率为-0.014%，当掺入石粉12%和石粉16%时，其6 个月膨胀率分别为-0.045%、-0.043%。石粉含量为12%时，其早期收缩与掺量为8%时大致相同，后期收缩相对增大。当石粉含量在16%时，其混凝土早期收缩大。

各组试验结果均为负值，小于标准规定的0.1%，可以认为砂子里含一定量的石粉，对碱集反应影响不大(没碱集反应)。根据孔隙率原理，当掺入8%以下的石粉时，不是因为碱集料反应导致的膨胀，是因为加入石粉后，石粉填充砂子与水泥之间间断的这部分孔隙使砂浆更密实，减少了高温养护时的收缩。

4.2.3 掺入粉煤灰的试验结果

使用标准水泥，掺入25%、30%的粉煤灰其膨胀率与标准试验(不掺粉煤灰)数据相近，当掺入35%时其膨胀率成增加趋势。在这个试验上看不出粉煤灰能抑制碱集反应，或者说此集料根本就不会发生碱集反应。

从贵州大学试验的数据可以看出:最不利的高晒料场也没发生碱集料反应。

4.2.4 同时掺入外加剂和粉煤灰的试验

当只掺外加剂，不加粉煤灰时，其6个月膨胀率比标准试验的膨胀率偏小，当同时掺入外加剂和掺入25%、30%、35%的粉煤灰时，三组试验的6个月膨胀率相等，当只掺粉煤灰不加外加剂时与双掺和不掺的结果相近。

各种情况下3 个月、6 个月膨胀率均为负值，少于标准规定半年小于0.1%，说明此集料为非活性集料。

4.2.5 采用标准水泥与普硅水泥试验结果比较

用高晒料场、凉水井料场、星宇料场、起点料场的砂，分别用与标准水泥及普硅水泥进行比较试验，在快速试验法中14天膨胀率为高晒料场0.377% 、起点料场0.359%。在砂浆棒长度法中，用标准水泥试验时,其6 个月膨胀率为-0.038%/-0.035%，用普通硅酸盐水泥试验时，其6个月膨胀率为-0.041%-0.037%，标准水泥碱含量为1.2%,普硅剑江水泥为0.49%，试验结果均为负值。说明各料场的集料使用碱含量为1.2%的水泥都不会发生碱集反应。

4.3 混凝土棱柱体法试验

混凝土棱柱体法是:每立方混凝土水泥用量为420+10kg，砂石比例为4:6，水灰比为0.42～0.45 时成型的试件,在温度38℃及潮湿养护条件下，测定水泥中的碱（碱含量1.25%）与集料反应所引起的膨胀是否具有潜在危害。

用标准硅酸盐水泥试验时，水泥的碱含量调为1.25%，用普硅水泥试验时，水泥没有外加碱，其碱含量就是水泥本身的碱含量，其中剑江水泥0.49%，险峰水泥为0.63% ，畅达水泥0.95%。每种水泥进行了水泥用量为290kg/m3、353kg/m3、430kg/m3、470kg/m3498kg/m3、520kg/m36 个不同的水泥用量，各组试验的结果（一年膨胀率）均为负值，小于SL 352—2006《水工混凝土试验规程》规定的0.04%，判为非活性材料。

使用高晒料场的砂和碎石，标准水泥（碱含量为1.25%）进行标准试验，从不同龄期的膨胀率发现，混凝土开始收缩，到第8周收缩最大，8周后开始膨胀，但一年的膨胀率还是负值（收缩），小于标准规定的0.04%，说明此集料为非活性集料。

使用标准水泥（碱含量1.25%）与普硅水泥(碱含量小于0.95%)进行比较试验，发现标准水泥与普硅水泥试验的结果没可比性.因为普硅水泥有掺合料。

用标准水泥、畅达水泥、险峰水泥分别使用不同的水泥用量的试验结果进行比较（数据见表十一），在保持用水量不变的情况下，混凝土膨胀率随水泥用量增大而减小的趋势。混凝土的收缩随水泥用量的增大而增大。畅达水泥与险峰水泥的比较试验中,水泥用量大于430kg/m3的情况下，畅达水泥的膨胀率要大于险峰水泥，因为畅达水泥碱含量高于险峰水泥，提高水泥用量（470kg/m3、490kg/m3、520kg/m3）的各组试验一年的膨胀率均为负值,说明此集料完全能用于高标号混凝土。

加入不同掺量的粉煤灰，灰胶比保证不变的情况下，各龄期的膨胀率均为负值，最大收缩也在4～8 周内发生，以后开始膨胀，但一年膨胀率均为负值。加入粉煤灰与不加粉煤灰的混凝土比较，加入粉煤灰后其膨胀率增大，收缩减小。

5 综合结论

5.1 板岩集料在不同石粉含量时碱集反映的情况

与不掺石粉的试验结果比较，当掺入石粉8%时，快速法与砂浆棒长度法两种试验均存在相对膨胀，当掺入12%时，快速法是相对膨胀，砂浆棒长度法中前3 个月是相对膨胀，6 个月相对收缩。当掺入石粉16%时，均为收缩。砂浆棒长度法中6 个月膨胀率均为负值，没发生碱集反应产生的膨胀。从这个试验中，可以看出在混凝土中掺12%以内的石粉能控制混凝土早期收缩产生的裂纹，当掺入8%以内的石粉对混凝土早期及后期收缩均有控制作用。但混凝土中石粉含量大于12%以后，会产生早期收缩裂纹。

5.2 不同掺量的水泥在板岩集料里碱集料反应的发展趋势

混凝土的早期及后期膨胀率均随水泥用量的增加而减小，反之混凝土的收缩率随水泥用量的增大而增大。没有碱集反应的发展规律，说明这些集料为非碱活性集料，均可用于大于C30的混凝土中。

5.3 加入外加剂后的混凝土碱集料反映的情况

加入外加剂后因水灰比减少，混凝土早期收缩相对较大，最大收缩发生在2-4周（不加外加剂的混凝土最大收缩发生在4～8周），4周后开始膨胀，当水灰比大于0.36时各组混凝土一年膨胀率均为负值，当掺入粉煤灰并且水胶比小于0.36时，混凝土一年膨胀率有的为正值，但一年膨胀率均小于标准规定的0.04%，没碱集反应发生。

加入外加剂后混凝土相对膨胀，不是收缩，是因为加入外加后增加了混凝土的密实性，收缩减小。

5.4 加入不同掺量的粉煤灰后碱集料反映的情况

从三种试验方法均能得出一个结论，当掺入粉煤灰为胶结材料的30%时其收缩最大，当粉煤灰掺量为35%，其膨胀率相对增大。从混凝土棱柱体法中体现的是，加入粉煤灰与不加粉煤灰的混凝土比较，加入粉煤灰后其膨胀率增大,收缩减小。在快速法试验中体现的是，随着粉煤灰的增加，其膨胀率减少。两种方法的结论是矛盾。按规范要求应以混凝土棱柱体法为准，说明加入粉煤灰后增加了混凝土的密实，收缩减小。

5.5 板岩在高水泥用量中（C30以上的混凝土），碱集料反应情况

在混凝土棱柱体法中，每立方混凝土提高水泥用量及总灰用量达到470kg/m3、490kg/m3、520kg/m3各组试验的一年膨胀率均为负值,说明各种集料完全能用于C30 以上的高标号混凝土中，不会发生碱集反应所产生的有害膨胀。

5.6 常用的几种品牌水泥（剑江、畅达、险峰、广西鱼峰）和高晒料场集料（相对碱活性较大）的碱集料反应情况

用以上几种水泥在砂浆棒长度法试验中及混凝土棱柱体法试验中，各组试验的膨胀率均为负值，没碱集料反应所产生的膨胀。

5.7 检测在38℃+2℃水中浸泡养护 碱集反应情况

用砂浆棒长度法进行了星宇料场、高晒料场，剑江水泥、畅达水泥（碱含量最高0.95%）、险峰水泥，加不同量的粉煤灰或不加粉煤灰共20组试验均浸泡在38℃+2℃的水中养护，半年膨胀率最高的是用畅达水泥+高晒料场的砂试验所得的膨胀率0.044%，均小于标准规定的0.1%，说明这两种集料可用于长期浸泡在水中的混凝土构件中。

6 结语

在快速法试验中，各料场集料判为有潜在碱活性的集料。在砂浆棒长度法中和混凝土棱柱体法中试验，均判为非碱活性试验，在这种矛盾的结果中，规范规定是以混凝土棱柱体法的试验结果为准。从混凝土棱柱体法的试验结果中说明了高晒料场、乌细沟料场的集料均为非碱活性集料，可以使用在各种等级混凝土中，也可用于长期浸泡在水中的混凝土构件中。