混凝土骨料碱活性试验和碱-骨料反应抑制试验研究

乐仁杰

(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 昌吉 831100)

1 碱骨料反应检验方法

目前普遍采用岩相法、砂浆棒快速法两种方法进行骨料碱活性检验。因岩相法对选择合适的检测方法具有重要指导作用，一直是作为骨料碱活性鉴定的首选方法，它是通过显微镜观察来鉴定骨料的种类和成分，以此来判断其是否存在碱活性，但其缺点是得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系。砂浆棒快速法能在14天内检测出骨料在砂浆中潜在有害的碱-硅酸反应，尤其适合检验反应缓慢或只有后期反应产生膨胀的骨料，这种方法被认为是比较精确可靠的。由于碱-骨料反应的复杂性，本次试验对骨料碱活性采用岩相法、砂浆棒快速法进行综合评定。评定标准为当14天膨胀率小于0.1%时，则骨料为非活性骨料；当14天膨胀率大于0.2%时，则骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料；当14天膨胀率在0.1%～0.2%之间时，对这种骨料应结合现场记录、岩相分析、其他必要的辅助试验及将试件观测的时间延至28天后的测试结果等来进行综合评定。本文通过对5处料场的粗细骨料进行碱活性试验和碱骨料反应抑制试验，为工程避免碱骨料破坏提供科学依据。

2 原材料来源及性能检测

a.水泥。本次碱-骨料反应试验采用的水泥由该工程项目地质专业项目组指定公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥。由检测结果(见表1、表2)可知，所检测项目符合《通用硅酸盐水泥》(GB 175—2007)技术(质量)要求[1]，标准稠度用水量、密度、碱含量为实测值。

表1 P·O42.5普通硅酸盐水泥物理力学性能检测成果

表2 P·O42.5普通硅酸盐水泥化学性能检测成果

b.粉煤灰。抑制碱活性有效性试验采用由该工程项目地质专业项目组指定的粉煤灰厂生产的Ⅱ级粉煤灰。由检测结果(见表3、表4)可知，所检测项目符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2017)中Ⅱ级粉煤灰的技术(质量)要求[2]，碱含量为实测值。

表3 粉煤灰物理力学性能检测成果

表4 粉煤灰化学性能检测成果

3 混凝土骨料场碱骨料试验成果

3.1 岩相法检验结果

LC8-TK4：主要由褐灰色碎裂黑云片状千枚岩、白色方解石大理岩、白色硅质钙质糜棱岩、红褐色蚀变珍珠状英安岩等岩石组成，细骨料主要由凝灰岩、灰岩、玄武岩、绢云千枚岩、黑云石英片岩、绿帘石英岩等组成，骨料中含有一定量的碱活性矿物成分。

KC1-TK3：主要由白色粗晶灰岩、灰黑色方解石英千枚岩 、灰绿色透闪片岩、灰白色碎裂岩化中细粒花岗岩等岩石组成，细骨料主要由凝灰岩、安山岩、霏细岩、英安岩、玄武岩、泥质板岩、绢云板状千枚岩、绢云石英千枚岩、变质粉砂岩、灰岩等组成，骨料中含有一定量的碱活性矿物成分。

KC2-TK1：主要由灰色黑云接触石英岩、灰色黑云千枚状片岩 、灰绿色全蚀变安山岩等岩石组成，细骨料主要由凝灰岩、板岩、绢云板状千枚岩、灰岩等组成，骨料中含有一定量的碱活性矿物成分。

KC3-TK4：主要由灰绿色碎裂细砂岩、灰白色钠闪花岗斑岩、深灰色黑云角岩、绿灰色全蚀变玄武岩等岩石组成，细骨料主要由石英岩、硅质岩、凝灰岩、板岩、绢云千枚岩、绢云千枚状板岩、变质粉砂岩、石英绿帘岩、灰岩等组成，骨料中含有一定量的碱活性矿物成分。

KC4-TK5：主要由灰色葡萄透闪石化岩、灰白色碎裂岩化中细粒花岗岩、褐灰色钙质粉砂岩、灰色黑云角岩等岩石组成，细骨料主要由凝灰岩、变质粉砂岩、板岩、灰岩、白云岩等组成，骨料中含有一定量的碱活性矿物成分。

3.2 砂浆棒快速法试验成果

本次碱活性试验对所选的5组混凝土粗、细骨料分别用指定公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥进行了砂浆棒快速法试验，成果见表5。

由试验结果可知，LC8-TK4混凝土粗、细骨料砂浆试件14天的膨胀率分别为0.075%和0.093%，膨胀率小于0.1%。则LC8-TK4混凝土粗、细骨料为非活性骨料。

KC1-TK3混凝土粗、细骨料砂浆试件14天的膨胀率分别为0.121%和0.151%，膨胀率在0.1%～0.2%，试验延长至28天，膨胀率分别为0.228%和0.281%，膨胀率大于0.2%。则KC1-TK3混凝土粗、细为具有潜在危害性反应的活性骨料。

KC2-TK1混凝土粗、细骨料砂浆试件14天的膨胀率分别为0.133%和0.137%，膨胀率在0.1%～0.2%，试验延长至28天，膨胀率分别为0.254%和0.247%，膨胀率大于0.2%。则KC2-TK1混凝土粗、细为具有潜在危害性反应的活性骨料。

KC3-TK4混凝土粗、细骨料砂浆试件14天的膨胀率分别为0.136%和0.252%，细骨料膨胀率大于0.2%，粗骨料膨胀率为0.136%，膨胀率在0.1%～0.2%，试验延长至28天，膨胀率为0.239%，膨胀率大于0.2%。则KC3-TK4混凝土粗、细为具有潜在危害性反应的活性骨料。

KC4-TK5混凝土粗、细骨料砂浆试件14天的膨胀率分别为0.143%和0.155%，膨胀率在0.1%～0.2%，试验延长至28天，膨胀率分别为0.239%和0.276%，膨胀率大于0.2%。则KC4-TK5混凝土粗、细为具有潜在危害性反应的活性骨料。

3.3 骨料碱活性抑制试验

料场骨料中均含有一定量的碱活性矿物成分，为了验证骨料是否具有潜在的有害碱-硅酸反应，通过砂浆棒快速法试验进一步验证。本次采用新疆乌鲁木齐天山粉煤灰厂生产的Ⅱ级粉煤灰进行砂浆棒快速法抑制试验，粉煤灰掺量按10%、15%、20%掺入结果见表6和图1。

图1 骨料抑制试验膨胀率与龄期关系曲线

碱骨料反应抑制有效性试验(砂浆棒快速法)结果表明：

KC1-TK3试件：掺入10%的Ⅱ级粉煤灰后，粗、细骨料试件28天的膨胀率分别为0.115%和0.122%，均大于0.10%；掺入15%、20%的Ⅱ级粉煤灰后，粗细骨料试件28天的膨胀率分别为0.051%和0.055%、0.030%和0.032%，均小于0.10%。

KC2-TK1试件：掺入10%的Ⅱ级粉煤灰后，粗、细骨料试件28天的膨胀率分别为0.130%和0.120%，均大于0.10%；掺入15%、20%的Ⅱ级粉煤灰后，粗、细骨料试件28天的膨胀率分别为0.060%和0.058%、0.029%和0.025%，均小于0.10%。

KC3-TK4试件：掺入10%的Ⅱ级粉煤灰后，粗、细骨料试件28天的膨胀率分别为0.123%和0.142%，均大于0.10%；掺入15%的Ⅱ级粉煤灰后，粗、细骨料试件28天的膨胀率分别为0.050%和0.075%，均小于0.10%。

KC4-TK5试件：掺入10%的Ⅱ级粉煤灰后，粗、细骨料试件28天的膨胀率分别为0.110%和0.125%，均大于0.10%；掺入15%的Ⅱ级粉煤灰后，粗、细骨料试件28天的膨胀率分别为0.049%和0.051%，均小于0.10%。

4 结 论

通过岩相法初步测定5组粗、细骨料中均含有一定量的碱活性矿物成分。通过骨料砂浆棒快速法进一步测定骨料碱活性，除了LC8-TK4粗、细骨料为非活性骨料，其余4组粗、细骨料均为具有潜在危害性反应的活性骨料。碱性骨料危害抑制试验结果表明：粉煤灰掺量为10%的5组粗、细骨料试件，28天的膨胀率均大于0.10%，因此掺10%粉煤灰不能有效抑制碱骨料反应；粉煤灰掺量为15%、20%的5组粗、细骨料试件，28天的膨胀率均小于0.10%，因此，掺15%、20%粉煤灰能有效抑制碱骨料反应。