山岭地区板岩在混凝土中的技术研究

吴洪建

摘    要：本文重点针对我国某地区一段高速公路沿线地材以变质板岩为主，该类岩石具有碱活性的矿物成分展开的分析和研究，分别采用岩相法、快速砂浆棒法对板岩骨料碱活性进行试验鉴定。分析了其引起的原因。在混凝土中掺入一定量的粉煤灰等均可有效地抑制其碱集料反应。满足混凝土质量及混凝土结构的耐久性和安全性。

关键词：碱集料反应;碱含量;快速砂浆棒法;碱集料抑制

1  原材料的要求

1.1  集料

在选择混凝土集料料场时，首先对拟采用加工集料的岩石进行物理力学指标检验，检测合格后再进行碱活性以及有关性能检验，满足本办法要求的岩石方可用于加工混凝土集料。

1.2  碱活性试验

采用JTG E42—2005《公路工程集料试验规程》中“T 0324—1994 集料碱活性检验（岩相法）”进行岩相分析，岩相分析应明确集料中 ASR活性组分（含蛋白石、玉髓、微晶石英、隐晶石英、鳞石英、方石英、应变石英和中酸性玻璃体等）和 ACR 活性组分（含白云石）的分布与含量。

1.3  碱活性判定

（1）当TB/T 2922.5—2002砂浆试件14d膨胀率小于0.10%，或者当CECS48—93在3个（水泥：集料）砂浆试件 6h 最大膨胀率小于 0.10%，满足任何一种或同时满足两种情况，可判定集料不具有 ASR 活性。

（2）只有当TB/T 2922.5—2002快速砂浆棒法14d膨胀率大于 0.10%、CECS48—93压蒸快速法6h最大膨胀率大于0.10%中两种情况满足任何一种检测结果表明集料具有ASR活性时，则综合判定集料具有ASR活性。

1.4  水泥

（1）水泥应符合GB175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定。

（2）水泥碱含量（按 Na2O+0.658K2O计算）不应大于 0.6%。

（3）应采用42.5级水泥，不得采用32.5级水泥。

（4）应采用旋窑或新型干法窑生产的水泥，不得采用立窑生产的水泥。

1.5  外加剂

（1）应采用聚羧酸系高性能减水剂，产品应符合JG/T 223—2007《聚羧酸系高性能减水剂》的规定。

（2）速凝剂应符合JC/T 477—2005《喷射混凝土用速凝剂》的规定，速凝剂碱含量宜不大于1.0%。

1.6  粉煤灰

（1）粉煤灰应符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。

（2）应采用 GB/T 1596—2005中F类 II 级灰及以上的规定，采用GB/T 50733—2011碱含量宜不大于3.0%，CaO含量宜不大于 10.0%;应采用 F 类粉煤灰，不得采用 C 类粉煤灰。

1.7  水

（1）混凝土用水应符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的规定。

（2）采用 JGJ 63—2006混凝土用水的碱含量不应大于 1500mg/L。

2  原材料的试验

在沿线附近10多个料场进行了现场考察，并从料场开不同采面和成品料堆上不同位置采集了块石、碎石和砂样品。根据考察情况，选取了料场的块石、碎石和砂进行了碱活性检测。

2.1  试验内容

检验依据主要为JTGE 42—2005《公路工程集料法验规程》、TB/T 2922.5 —2002《铁路混凝土用骨料碱活性试验方法（快速砂浆棒法）》。CECS 48—93《砂石碱活性快速试验方法》和DLT 5151—2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》中”减骨料反应抑制有效性试验（砂浆棒快速法）”。岩石的化学组成分析按照GB/T 176—2017《水泥化学分析方法》进行，岩石的矿物组成按照JY/T 009—1996 《转靶多晶体X射线衍射方法透则》进行。

2.2  块石的组成

镰刀青料场块石LDW1. LDW2和LDW3主要由SiO2和Al2O3组成。镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3主要由石英、钠长石和云母组成。

2.3  块石的碱活性

镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3含有5%-6%微晶石英，需要进行碱硅酸反应膨胀性试验，以确定块石的碱硅酸反应活性;镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3不含白云石，不会具有碱碳酸盐反应活性。

2.4  水泥

华新P.042.5水泥主要由CaO和SiO2和组成，含量分别为56.33%和23.05%，MgO含量为2.92%，SO3含量为1.86%，碱含量为0.54%。

2.5  粉煤灰

黔東粉煤灰主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3组成，含量为41.56%、24.25%和13.17%， CaO含量为9.81%，SO3含量为1.33%，烧失量为4.87%，f-CaO含 量为0.24%，碱含量为1.89%。

2.6  外加剂

高效减水剂和速凝剂的碱含量按照GB/T 8077—2016进行测定，高效减水剂的碱含量为0.64%，无碱速凝剂的碱含量为0.21%，低碱速凝剂的碱含量为12.01%。

3  混凝土碱硅酸反应抑制措施

概述：当混凝土使用具有碱硅酸反应活性的集料时，一般通过控制混凝土碱含量或掺加掺合料对混凝土碱硅酸反应进行预防。

一种做法就是采用ASTM C1567砂浆棒快速法或ASTM C1293混凝土棱柱体法等对掺合料抑制碱硅酸反应的有效性进行试验评定。另一种方法是根据集料的碱硅酸反应活性大小、混凝土结构所处环境条件、混凝土结构的重要等级、服役寿命等条件来确定混凝土的碱含量控制值或者掺合料最小掺量。

碱硅酸反应膨胀性TB/T 2922.5—2002快速砂浆棒法，所用水泥为黎平华新水泥有限公司生产的P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，其等当量Na：O含量为0.57%。TB/T 2922.5—2002规定，当砂浆试件14d脚胀率小于0.10%时，可判定集料无潜在危害。

由镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3配制的砂浆试件14d的膨胀率为0.124%0.151%，均大于标准规定的0.10%的限定值，因此均被判定为具有碱硅酸反应活性。

碱硅酸反应脚胀性 CECS 48砂石碱活性快速试验方法，试验按CECS 48—93《砂石碱活性快速试验方法》进行.所用水泥为黎平华新水泥有限公司生产的P.O42.5级普通硅酸盐水泥，其等当量Na2O含量为0.57%。CECS 48—93规定，当砂浆试件6h最大脚胀率大于等于0.10%时，集料被判定具有碱硅酸反应活性。

由镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3配制的砂浆试件最大脚胀车为0.069%～0.088%，均小于标准规定的0.10%的限定值，因此镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3均被判定为不具有碱硅酸反应活性

镰刀湾料场块石5%～6%微晶石英，不含白云石。TB/T 2922.5—2002 砂浆棒快速法的结果表明，镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3具有碱硅酸反应活性; CECS 48砂石碱活性快速试验方法的结果表明，镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3不具有碱硅酸反应活性。综合判定镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3具有碱硅酸反应活性。由镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3配制的TB/T 2922.5砂浆棒快速法试件14d 膨胀率为0.124%～0.151%， CECS 48砂石碱活性快速法试件最大膨胀率为0.069%～0.088%。 因不含白云石，镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3不具有碱碳酸盐反应活性。

试验按照DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》中“碱骨料反应抑制有效性试验（砂浆棒快速法）”进行。DL/T 5151—2014规定，当砂浆试件28d膨胀率小于0.10%时，粉煤灰对碱硅酸反应危害抑制效果被评定为有效，否则为无效。

结果表明，粉煤灰掺量为15%和20%时，砂浆试件28d膨胀率分别为0.035%和0.030%，均小于0.10%，因此15%和20%粉煤灰对块石LDWI的碱硅酸反應抑制有效。

镰刀湾料场块石LDW1、LDW2和LDW3含有5%～6%微晶石英，不含白云石，不具有碱碳酸盐反应活性。镰刀湾料场块石LDW1、 LDW2 和LDW3的TB/T 2922.5砂浆棒快速法试件14d 膨胀率为0.124%～0.151%， CECS 48砂石碱活性快速法试件 最大膨胀率为0.069%～0.088%。实验结果膨胀率不大于0.30%，此料场的岩石可用于混凝土的骨料。

当黔东Ⅱ级粉煤灰掺为15%和20%时，由华新P.042.5水泥与镰刀湾料场块石LDWI配制的砂浆试件28d膨胀率分别为0.035%和0.030%，均小于0.10%，表明15%和20%的黔东II级粉煤灰能有效抑制镰刀湾料场块石LDW1的碱硅酸反应膨胀。

4  结束语

随着优质灰岩集料的逐渐消耗减少，将来绝大部分工程必须面对的是使用可采取技术手段进行抑制的碱硅酸反应活性的集料，因此本研究成果将具有广阔的应用前景。通过研究，提出科学合理的技术措施，有助于保证工程结构的耐久性，减少工程建设对水泥和集料等本来就匮乏的自然资源的破坏和大量消耗，减少了弃渣场造成现有山林生态的破坏，保护了自然环境，达到国家倡导的绿水青山就是金山、银山的绿色发展理念。