混凝土碱骨料反应的发生和预防及工程运行实例.pdf

2 0 1 1年第2期 ( 第 3 9卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y N o ． 2 ． 2 0l l ( T o d a l N o ． 3 9 ) 文章编号： 1 0 0 7— 7 5 9 6 ( 2 0 1 1 ) 0 2— 0 0 6 9— 0 2 混凝 土碱 骨料反应 的发 生和 预防及 工程运行 实例 董 丽 ( 嫩 江县水务局， 黑龙江 嫩江 1 6 1 4 0 0 ) 摘 要 ： ／ E 尔基水库大坝属于土石坝坝型， 其中泄洪建筑物、 河床式水电站厂房和灌溉引水建筑物等为混凝土建筑物。由于该工程 混凝土骨料中含有部分流纹岩、 安山岩等活性岩类 ， 容易发生混凝土碱骨料反应， 进而导致混凝土酥松、 膨胀开裂。为了避 免碱骨料反应带来的危害， 对混凝土碱骨料反应机理进行了分析， 结合北方工程实际采取了相应措施， 并在工程运行过程 中密切关注、 加强监测 。尼尔基水利枢纽工程 2 0 0 5年 9月 1 1 13 下 闸蓄水 ， 至今 已运行近5 a ， 工程质 量 良好 ， 说 明抑制 混凝 土碱骨料反应的措施是成功的。 关键词 ： 混凝土； 碱骨料反应； 预防措施； 监测； 尼尔基水利枢纽 中图分类号： T V 4 2 ． 2 文献标识码 ： B 1 引 言 尼尔基水利枢纽位于黑龙江省与内蒙古 自治区交界 的 嫩江干流上， 是国家十五计划批准修建的大型水利工程项 目， 也是国家实施西部大开发战略的标志性工程之一， 具有 防洪、 工农业供水 、 发电、 航运、 环境保护、 鱼苇养殖等综合效 益， 是嫩江流域水资源开发、 防止水旱灾害的控制性工程。 尼 尔 基 水 库 总 库 容 8 6 ． 1 亿 m ，多 年 平 均 发 电 量 6 ． 3 8 7亿 K w h 。 水库枢纽工程主要 由主坝、 左右副坝、 溢洪道、 发电厂 房、 左岸灌溉管和右岸灌溉洞组成， 大坝总长7 2 6 5 ． 5 5 in ， 最 大坝高4 O ． 5 5 m， 其中主坝为沥青混凝土心墙土石坝 ， 副坝为 黏土心墙土石坝 ， 泄洪建筑物为开敞式岸坡溢洪道， 设 1 1个 泄流孔 ， 发电厂房为河床式厂房 ， 装有 4台水轮发电机组， 单 机容量为6 ． 2 5万 k W。 2碱骨料反应发生机理及预防措施 2 ． 1 发生机理 碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、 外加剂、 混合材 和水中的碱( N a 2 0或 K 2 O) 与骨料中的活性成分反应 ， 在混 凝土浇筑成型后若干年逐渐反应 ， 反应生成物吸水膨胀， 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。 由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布， 所 以一旦发生碱 骨料反应， 混凝土内各部分均产生膨胀应力 ， 将混凝土 自身 膨胀 ， 发展严重的只能拆除 ， 无法补救， 后果非常严重。 2 ． 2 碱骨料反应的一般分类 目前碱骨料反应一般可分为 3类 ： 碱硅酸反应 、 碱碳酸 反应、 碱硅酸盐反应。能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有 蛋白石， 玉髓 、 鳞石英、 方英石、 火山玻璃及结 晶有缺欠 的石 英以及微晶、 隐晶石英等， 而这些活性矿物广泛存在于多种 岩石中， 迄今为止 ， 世界各国发生的碱骨料反应绝大多数为 碱硅酸反应。 尼尔基水利枢纽工程混凝土骨料 ( 河卵石) 中含有部分 流纹岩、 安山岩等活性岩类 ， 容易导致混凝土发生碱骨料反 应。因为活性骨料 中的火山玻璃质、 隐晶质硅酸盐、 应变石 英、 鳞石英等矿物组分长期在潮湿环境中会与水泥、 外加剂 中的碱发生化学反应， 生成硅酸盐凝胶并吸水产生膨胀 ， 进 而导致混凝土骨料界面发生开裂破坏。因此尼尔基工程在 开工前对骨料进行碱活性检验 ， 并采取积极措施预防碱骨料 反应的发生 。 2 ． 3 发生反应破坏的条件 混凝土发生碱骨料反应破坏必须同时具备 3个条件 ： ① 凝土用骨料中有相当数量活性成分 ； ②混凝土中含有一定数 量的碱 ； ③混凝土建筑物在潮湿环境中运行。 2 ． 4 预防反应破坏的技术措施 [ 收稿 日期】 2 0 1 1— 0 3—1 0 [ 作者简介] 董丽( 1 9 6 9一 ) ， 女 ， 黑龙江嫩江人 ， 工程师， 从事水利工程勘测设计及施工工作。 一 6 9 — 2 0 1 1年第 2期 ( 第 3 9卷) 黑龙江水利科技 He i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No ． 2 ．2 0ll ( T o d a l N o ． 3 9 ) 针对混凝土发生碱骨料反应破坏必须 同时具备的 3个 条件， 防止混凝土发生碱骨料反应破坏的技术措施如下： 2 ． 4 ． 1 混凝土骨料采用非活性骨料 活性骨料的存在是发生碱骨料反应的根源 ， 如果不采用 活性骨料 ， 则可以从根本上避免碱骨料反应。因此， 在工程 初步设计阶段 ， 需要对工程混凝土选用骨料进行详细的勘探 试验 ， 选择储量丰富的非活性骨料作为混凝土骨料场。若经 检测为活性骨料， 则不能使用 ， 或经与非活性骨料按一定 比 例混合后 ， 经试验对工程无损害时， 方可按试验的比例混合 使用。 2 ． 4 ． 2 控制混凝土中的碱含量 碱骨料反应是否发生和发生的程度主要取决于混凝土 中的碱含量。对于某些具体的水利工程而言， 当地质勘探资 料显示确实没有储量丰富的非活性骨料作为混凝土骨料使 用 ， 必须采用碱活性骨料作为混凝土骨料的情况下， 应控制 混凝土中的水泥 、 掺合料、 外加剂等的碱含量。为此， 需要使 用低碱水泥( 碱含量 < 0 ． 6 ％) 、 掺合料( 碱含量 1 0 ％ ～1 5 ％ ， 粉煤灰掺量应 >3 0 ％， 矿渣掺量应 > 5 0 ％， 实际掺量应根据骨料的活性和混合材的品质并通过试 验确定。 2 ． 4 ． 4 在混凝土建筑物表面设置防潮阻水层 如果条件允许， 在混凝土构筑物表面涂刷封闭材料( 如 聚脲涂层) ， 也可以防止水分渗透至混凝土内部 ， 进而防止混 凝土发生碱骨料反应。 3 工程施工中预防施工混凝土碱骨料反应措施 尼尔基水利枢纽工程施工过程中， 为了预防混凝土碱骨 料反应， 首先采用岩相法对工程所用骨料进行磨 片鉴定 ， 然 后采用快速碱 一硅酸反应法检验骨料是否存在活性， 并根据 工程施工用混凝土配合比计算各部位混凝土中的碱含量， 分 一 7 0 一 析发生混凝土碱骨料破坏的可能性。 根据实验结果综合考虑 ， 对于工程中混凝土主要集中部 位厂房和溢洪道 ， 常年运行在水中的混凝土基本上采用了低 碱的中热硅酸盐水泥( 碱含量为 0 ． 5 6 ％) ， 因而控制了混凝土 中的碱含量， 外加剂采用 G R—Y Q一3引气型高效减水剂和 S K引气型减水剂， 混凝土中没有掺合料。 4 工程运行中的监测数据分析 为了监测厂房和溢洪道混凝土结构的运行状况， 在厂房 重要工程部位蜗壳及闸墩布设有双向应变计组 ， 在溢洪道的 核心控制工程部位闸墩布设有三向平 面应变计组。以下是 厂房和溢洪道的监测数据分析： 4 ． 1 厂房混凝土应变监测数据分析-2 机组蜗壳、 左边墩 根据 2 机组蜗壳、 左边墩应变计观测数据分析， 该部位 混凝土处于受压状态， 混凝土应变与气温温度相关性较强， 与气温温度正相关 ， 随季节周期性变化， 说明混凝土整体性 较好 ， 未发 生碱 骨料反应 。 4 ． 2 溢洪道混凝土应变监测数据分析 根据 1 0 闸墩应变计观测数据分析， 该部位混凝土处于 受压状态， 混凝土应变与气温温度相关性较强， 与气温温度 正相关， 随季节周期性变化， 说明混凝土整体性较好， 未发生 碱骨料反应。 5 结语 混凝土碱骨料反应的潜在危害非常大， 应该在设计 、 施 工中给予高度重视， 避免因为麻痹大意致使工程混凝土发生 碱骨料反应， 导致混凝土开裂 ， 以致使混凝 土结构崩溃 的险 情 ， 在工程设计阶段就采取可能做到的各种措施， 预防碱骨 料反应对工程的损害。实践证明尼尔基水利枢纽在预防混 凝 土碱骨料方面所做 的措施是有 效 的， 但是碱 骨料 反应 的时 问是很长的， 还需进一步通过更长的时间来验证。我们会在 工作中给予密切的关注， 通过巡视检查和仪器观测掌握其运 行规律， 为其他枢纽提供借鉴。 参考文献 ： [ 1 ] 胡馄 ， 王红梅 ， 王永 明 ．碱集 料反应对混 凝土耐 久性影 响的研 究 [ J ] ．黑龙江水专学报 ， 2 0 0 5 ， 3 2 ( 0 4 ) ： 5 3—5 5 ． [ 2 ] 刘兴元， 赵中华 ． 碱骨料反应快速测试和抑制方法试验[ J ] ． 黑龙江水专学报 ， 2 0 0 3， 3 0 ( 0 2 ) ： 4 6— 4 8 ．