不同品种的掺合料对骨料碱活性的抑制作用

刘 波 宋红军

1. 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司科学试验研究院 云南 昆明 650033

2. 承德宝通电力有限公司 河北 承德 067000

由于混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱（Na2O或K2O）会与骨料中的活性成分发生反应，使混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去设计性能。活性骨料经搅拌后呈均匀分布，所以一旦发生碱骨料反应，混凝土内各部分均会产生膨胀应力，使混凝土膨胀，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。因此在选择混凝土原材料时应该选择对骨料碱活性有抑制作用的材料。

1 碱骨料反应抑制措施有效性试验（砂浆棒快速法）

本试验采用ASTM C1567《Standard Test Method for Determining the Potential Alkali-Silica Reactivity of Combinations of Cementitious Materials and Aggregate（Accelerated Mortar-Bar Method）》规范进行试验。

1.1 试样制备

1）水泥：使用水凝性水泥。该水泥压蒸膨胀率应小于0.20%。根据水泥压蒸膨胀率和碱含量结果，本试验采用老挝甘蒙42.5级硅酸盐水泥。

2）掺合料：①罗勇粉煤灰，②气孔状玄武岩粉（45µm方孔筛筛余≤25%的细度加工磨细），③罗勇粉煤灰和气孔状玄武岩粉以5:5比例混合。

3）骨料：砂料可根据工程实际用砂。所有样品应洗净，烘干，分别贮存于密封的容器中。

4）砂浆配合比：胶凝材料与砂的质量比为1:2.25。一组三个试件，共需胶凝材料440g，砂990g，砂浆水灰比为0.47。掺合料掺量等质量取代部分水泥，掺量分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%。

1.2 试件评定标准

若14天龄期砂浆试件膨胀率小于0.10%，该掺量下掺合料的混凝土具有低风险会遭受危害性膨胀，则将该掺量下掺合料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效。

若14天龄期砂浆试件膨胀率大于0.10%，则表示该掺量下掺合料砂浆试件具有潜在危害性膨胀。但是，是否会发生潜在危害性反应应该通过ASTM C1293试验进行确认。

1.3 试验结果与分析

河道入口开挖区1号点第一组编号为H1-1的骨料样品，经砂浆棒快速法检测，14天龄期砂浆膨胀率为0.387%，大于0.2%，评定为具有潜在危害性反应的活性骨料（碱—硅酸反应），28天龄期砂浆膨胀率为0.573%，56天龄期砂浆膨胀率为0.758%。掺入10%的罗勇粉煤灰后，砂浆膨胀率降低，14天龄期砂浆膨胀率为0.228%，大于0.1%，故10%及以下掺量罗勇粉煤灰抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为无效，28天龄期砂浆膨胀率为0.391%，56天龄期砂浆膨胀率为0.565%；分别掺入20%、30%、40%、50%的罗勇粉煤灰后，14天龄期砂浆膨胀率在0.009%-0.016%之间，小于0.1%，20%及以上掺量罗勇粉煤灰抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效，28天龄期砂浆膨胀率在0.011-0.021%之间，56天龄期砂浆膨胀率在0.018-0.073%之间。分别掺入10%、20%、30%的玄武岩粉后，砂浆膨胀率降低，14天龄期砂浆膨胀率在0.151-0.228%之间，大于0.1%，故30%及以下掺量玄武岩粉抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为无效，28天龄期砂浆膨胀率在0.224-0.321%之间，56天龄期砂浆膨胀率在0.309-0.472%之间；掺入40%和50%的玄武岩粉后，14天龄期砂浆膨胀率分别为0.033%和0.018%，小于0.1%，40%及以上掺量玄武岩粉抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效，28天龄期砂浆膨胀率分别为0.069%和0.038%，56天龄期砂浆膨胀率分别为0.083%和0.048%。掺入10%的双掺料后，砂浆膨胀率降低，14天龄期砂浆膨胀率为0.277%，大于0.1%，故10%及以下掺量双掺料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为无效；分别掺入20%、30%、40%、50%的双掺料后，14天龄期砂浆膨胀率在0.013-0.032%之间，小于0.1%，20%及以上掺量双掺料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效。

河道入口开挖区1号点第二组编号为H1-2的骨料样品，经砂浆棒快速法检测，14天龄期砂浆膨胀率为0.372%，大于0.2%，评定为具有潜在危害性反应的活性骨料（碱—硅酸反应），28天龄期砂浆膨胀率为0.560%，56龄期砂浆膨胀率为0.734%。掺入10%的罗勇粉煤灰后，砂浆膨胀率降低，14天龄期砂浆膨胀率为0.225%，大于0.1%，故10%及以下掺量罗勇粉煤灰抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为无效，28天龄期砂浆膨胀率为0.378%，56天龄期砂浆膨胀率为0.533%；分别掺入20%、30%、40%、50%的罗勇粉煤灰后，14天龄期砂浆膨胀率在0.012-0.017%之间，小于0.1%，20%及以上掺量罗勇粉煤灰抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效。分别掺入10%、20%、30%的玄武岩粉后，砂浆膨胀率降低，14天龄期砂浆膨胀率在0.144～0.194%之间，大于0.1%，故30%及以下掺量玄武岩粉抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为无效，28天龄期砂浆膨胀率在0.218-0.380%之间，56天龄期砂浆膨胀率在0.293-0.528%之间；掺入40%和50%的玄武岩粉后，14天龄期砂浆膨胀率分别为0.075%和0.033%，小于0.1%，40%及以上掺量玄武岩粉抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效，28天龄期砂浆膨胀率分别为0.119%和0.101%，56天龄期砂浆膨胀率分别为0.146%和0.107%。掺入10%和20%的双掺料后，砂浆膨胀率降低，14天龄期砂浆膨胀率分别为0.248%和0.101%，大于0.1%，故20%及以下掺量双掺料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为无效，28天龄期砂浆膨胀率分别为0.415%和0.218%，56天龄期砂浆膨胀率分别为0.568%和0.345%；分别掺入30%、40%、50%的双掺料后，14天龄期砂浆膨胀率在0.016-0.019%之间，小于0.1%，20%及以上掺量双掺料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效，28天龄期砂浆膨胀率在0.031-0.052%之间，56天龄期砂浆膨胀率在0.047-0.110%之间。

2 碱骨料反应抑制措施有效性试验（混凝土棱柱体法）

本试验采用ASTM C1293《Standard Test Method for Determination of Length Change of Concrete Due to Alkali-Silica Reaction》规范进行试验。

2.1 试样制备

1）水泥：应使用Ⅰ型波特兰水泥，水泥含碱量宜为0.9%±0.1%（以Na2O计，即Na2O+0.658K2O）。通过外加10%NaOH溶液，使试验用水泥含碱量达到1.25%。本试验采用老挝甘蒙42.5级硅酸盐水泥[1]。

2）骨料：

a）如果试验用来评价细骨料的活性，则应用非活性的粗骨料。粗骨料的非活性也需通过试验确定。试验用细骨料细度模数为2.7±0.2；

b）如果试验用来评价粗骨料的活性，则应用非活性的细骨料。细骨料的非活性也需通过试验确定；

c）如果工程用的骨料为同一品种的材料，则试验用该粗、细骨料来评价活性；

d）试验用粗骨料为三种级配：19.0-12.5mm、12.5-9.5mm和9.5-4.75mm，各取1/3等量混合。

3）掺合料：①罗勇粉煤灰，②气孔状玄武岩粉（45µm方孔筛筛余≤25%的细度加工磨细），③罗勇粉煤灰和气孔状玄武岩粉以5:5比例混合。

4）混凝土配合比：

a）每立方米混凝土水泥用量为420kg±10kg；

b）水灰比为0.42-0.45；

c）干态的粗骨料占混凝土中骨料体积的0.70±0.02；

d）试验中除外加NaOH，使水泥含碱量达到1.25%外，不使用其他的外加剂。

2.2 试件评定标准

若2年龄期对比试件的膨胀率小于0.04%，则该掺量下抑制材料对骨料的碱—骨料反应危害抑制效果评定为有效，否则评定为无效。

2.3 试验结果与分析

河道入口开挖区1号点第一组编号为H1-1的骨料样品，经混凝土棱柱体法检测，1年龄期试件膨胀率为0.171%，大于0.04%，评定为具有潜在危害性反应的活性骨料，2年龄期试件膨胀率为0.290%。掺入10%的罗勇粉煤灰后，试件膨胀率有所降低，2年龄期试件膨胀率为0.067%，大于0.04%，故10%及以下掺量罗勇粉煤灰抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为无效；分别掺入20%、30%、40%、50%的罗勇粉煤灰后，2年龄期试件膨胀率在0.025-0.034%之间，小于0.04%，20%及以上掺量罗勇粉煤灰抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为有效[2-3]。分别掺入10%和20%的玄武岩粉后，试件膨胀率有所降低，2年龄期试件膨胀率分别为0.201%和0.051%，大于0.04%，故20%及以下掺量玄武岩粉抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为无效；分别掺入30%、40%、50%的玄武岩粉后，2年龄期试件膨胀率在0.029-0.039%之间，小于0.04%，30%及以上掺量玄武岩粉抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为有效。分别掺入10%和20%的双掺料后，试件膨胀率有所降低，2年龄期试件膨胀率分别为0.129%和0.041%，大于0.04%，故20%及以下掺量双掺料抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为无效；分别掺入30%、40%、50%的双掺料后，2年龄期试件膨胀率在0.031-0.036%之间，小于0.04%，30%及以上掺量双掺料抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为有效[4]。

河道入口开挖区1号点第二组编号为H1-2的骨料样品，经混凝土棱柱体法检测，1年龄期试件膨胀率为0.063%，大于0.04%，评定为具有潜在危害性反应的活性骨料，2年龄期试件膨胀率为0.253%。掺入10%的罗勇粉煤灰后，试件膨胀率有所降低，2年龄期试件膨胀率为0.092%，大于0.04%，故10%及以下掺量罗勇粉煤灰抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为无效；分别掺入20%、30%、40%、50%的罗勇粉煤灰后，2年龄期试件膨胀率在0.030-0.038%之间，小于0.04%，20%及以上掺量罗勇粉煤灰抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为有效。分别掺入10%、20%、30%的玄武岩粉后，试件膨胀率有所降低，2年龄期试件膨胀率在0.040-0.150%之间，不低于0.04%，故30%及以下掺量玄武岩粉抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为无效；分别掺入40%和50%的玄武岩粉后，2年龄期试件膨胀率分别为0.036%和0.035%，小于0.04%，40%及以上掺量玄武岩粉抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为有效。分别掺入10%和20%的双掺料后，试件膨胀率有所降低，2年龄期试件膨胀率分别为0.109%和0.043%，大于0.04%，故20%及以下掺量双掺料抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为无效；分别掺入30%、40%、50%的双掺料后，2年龄期试件膨胀率在0.034-0.039%之间，小于0.04%，30%及以上掺量双掺料抑制该种骨料的碱—骨料反应危害评定为有效。

3 结束语

（1）砂浆棒快速法

河道入口开挖区1号点编号分别为H1-1和H1-2的2组骨料样品，经砂浆棒快速法检测，评定为具有潜在危害性反应的活性骨料（碱—硅酸反应）。分别掺入10%、20%、30%、40%、50%的掺合料，其砂浆膨胀率均有所降低，掺合料掺量越高，砂浆膨胀率越低。20%及以上掺量罗勇粉煤灰抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效；40%及以上掺量玄武岩粉抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效；对于编号为H1-1的骨料样品，20%及以上掺量双掺料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效，对于编号为H1-2的骨料样品，30%及以上掺量双掺料抑制混凝土碱-骨料反应危害评定为有效。

（2）混凝土棱柱体法

河道入口开挖区1号点第一组编号为H1-1的骨料样品，经混凝土棱柱体法检测，评定为具有潜在危害性反应的活性骨料。分别掺入10%、20%、30%、40%、50%的掺合料，其试件膨胀率均有所降低，掺合料掺量越高，试件膨胀率越低。20%及以上掺量罗勇粉煤灰抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效；30%及以上掺量玄武岩粉抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效；30%及以上掺量双掺料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效。

河道入口开挖区1号点第二组编号为H1-2的骨料样品，经混凝土棱柱体法检测，评定为具有潜在危害性反应的活性骨料。分别掺入10%、20%、30%、40%、50%的掺合料，其试件膨胀率均有所降低，掺合料掺量越高，试件膨胀率越低。20%及以上掺量罗勇粉煤灰抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效；40%及以上掺量玄武岩粉抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效；30%及以上掺量双掺料抑制混凝土碱—骨料反应危害评定为有效。