如何有效抑制混凝土碱活性.pdf

2 0 1 5年第4期( 总 2 0 4期l 安徽建筑 I lI I = 一 建 筑 材 料 DOI ： 1 0 1 6 3 3 0 I c n k i 1 0 0 7 7 3 5 92 01 5 0 3 0 8 2 何有效抑制混凝土碱活性 H o w t o I n h i b i t E ffe c t i v e l y i n Al k a l i Ac t iv i t y o f Co n c r e t e 张秀军 ， 郑碧水 ( 安 徽 水 利， 安 徽 蚌 埠 2 3 3 0 0 0 ) 摘要 ： 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 K2 0) 与骨料 中的 活性 成分在混凝 土浇筑成型后 若干年( 数年 至二 、 三 十年 ) 后 发生的反应 ， 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 ， 特 别是 关 系国计 民生的水利 工程 将会为社会带来不可估量的损失。文章所要解决的技术问题是提供一 种操作简单、 成本低廉、 抑制效果好的抑制水泥混凝土碱活性的方法。 关键词 ： 碱活性； 损失； 抑制方法； 粉煤灰； 抑制率； 效果评价 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 1 8 2 D 2 0 前言 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 ： O) 与骨料中的活性成分在混凝土浇筑成型后若干年( 数 年至二、 三十年) 后发生的反应， 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， 特别是关 系国计民生的水利工程， 将会为社会带来不可估量的损失。 目前， 在混凝土中掺人适量的含有活性 S i O ： 的矿物细掺料 能够使混凝土中的碱骨料反应完全得到抑制， 常用的矿物细掺 料为硅粉 、 沸石粉 、 矿渣粉、 磷矿粉、 外加剂等 ， 硅粉掺入量为 5 1 0 时， 混凝土膨胀量可降低 1 0 2 0 ； 磨细粉掺入量大 于 6 0 时， 混凝土膨胀量可降低 7 5 ， 但是混凝土膨胀量还是 难以满足有些建筑工程的抑制需要。 1 抑制碱活性的方法探讨 本文所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低 廉、 抑制效果好的抑制水泥混凝土碱活性的方法。 为解决上述技术问题， 提供一种抑制水泥混凝土碱活性的 方法： 在水泥混凝土搅拌时， 加人粉煤灰均匀搅拌， 所述粉煤灰 的质量占粉煤灰与水泥质量之和的2 0 一 3 0 。 采用上述方法， 使用粉煤灰代替原有的矿物细掺料 ， 不仅 降低成本 ， 而且粉煤灰方便获取 ， 按照粉煤灰的质量 占粉煤灰 与水泥质量之和的 2 0 一 3 0 情况下搅拌成型的水泥混凝土， 具有很好的骨料碱活性抑制效果 ， 抑制率在 9 0 以上。 安 2 判断原材料碱活性 采用试验法进行判断， 主要采取试验方法有砂浆棒快速检 测法及混凝土棱柱体法，其中砂浆棒快速检测法实验周期为 2 8 d ， 混凝土棱柱体法周期为 1 年。 实际操作过程中可先期采用 砂浆棒法检测碱活性膨胀量并提出初步抑制措施 ， 然后根据混 凝土棱柱体法进行验证并提出修正措施， 确保工程质量。 2 1 砂浆棒快速检测法 准备实验用原材料，制作砂浆试件 ( 规格为 2 5 4 m m 2 5 4 mm X 2 8 5 m m) ， 砂浆试件成型后标准养护 2 4 h ， 拆模 ， 测量初 始读数并在 1 m o 1 L N a O H溶液的养护盒中外加 8 0 的烘箱中 养护 2 4 h ； 然后测量测量试件的基准长度、 养护时的长度 ， 分别 测出 3 d 、 7 d 、 1 4 d龄期时( 从测基长后算起) 观测长度的变化， 根 据规范 水工混凝土试验规程 ( s L 3 5 2 2 0 0 6 ) 中骨料碱活性检 验( 砂浆棒快速法) 的规定： 砂浆试件 1 4 d 膨胀率小于 0 1 ， 则 骨料为非活性的； 砂浆试件 1 4 d膨胀率大于 0 2 ， 则骨料为具 有潜在危害性反应的活性骨料；砂浆试件 1 4 d膨胀率在 0 1 - 0 2 之间的， 需采用多种辅助方法， 并延长观测龄期至 2 8 d 等进行综合评定。 2 2混凝土棱柱体法 准备实验用原材料， 制作混凝土棱柱体试件( 尺寸规格为 7 5 mm7 5 ra m 2 7 5 m m) ，养护 2 4 h拆模，测量试件的基准长 度； 3 8 的混凝土( 水泥 ) 养护箱 中继续养护 ， 至 1周 、 2周 、 4 周、 8周、 l 3周、 1 8周、 2 6周、 3 9周和 5 2周龄期时( 从测基长后 算起) 分别取出观测长度的变化。 根据 水工混凝土砂石骨料试验规程 ( D L T 5 1 5 1 2 0 0 1 ) 中关于骨料碱活性检验( 混凝土棱柱体试验方法 ) 的规定： 当试 件 1 年的膨胀率大于或等于0 0 4 时， 则判定为具有潜在危害 性反应的活性骨料 ； 膨胀率小于 0 0 4 则判定为非活性骨料。 3 掺加不同配置的粉煤灰 ， 控制膨胀量 ， 抑制 碱活性情况 下面结合具体实施方式来介绍抑制水泥混凝土碱活性的 方法 。 砂浆棒快速法测试水泥混凝土的碱活性抑制率 表1 注： 为粉煤灰 的质量 ， C为水泥的质 量， 为 水的质量o 3 1砂浆棒快速检测法测试碱活性抑制情况 使用砂浆棒快速检测法， 粉煤灰相对粉煤灰和水泥的掺量 为 0 、 2 0 、 2 5 、 3 0 抑制混凝土碱活性， 并以第 1组为参照， 各组的抑制率见表 1 。 由上述试验中我们发现， 粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质 筑 _ 安徽建筑 2 0 1 5年第 4期 总 2 0 4期 ) 骨料样品混凝土棱柱体 试验法碱活性检 测及抑 制试验 结果 表 2 注： F粉煤灰 的质量 ， C水泥的质量 量之和的比值越小 ， 抑制水泥混凝土的碱活性效果越差； 在一 定范围内粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的比值越大， 抑制水泥混凝土的碱活性效果越好。 3 2混凝土棱柱体 法测试碱活性抑制情况 分别在某工程项 目地的坝肩和采石场两个地方采集砂石 作为水泥混凝土的骨料见表 2 ， 并将上述两个地方的砂石分别 均匀分成 4组， 分别为坝肩 一 0 、 坝肩 一 2 0 、 坝肩 一 2 5 、 坝肩 一 3 0 、 采石场 一 O 、 采石场 一 2 0 、 采石场 一 2 5和采石场 一 3 0 。 由试验结果可以得出：由坝肩 一 0和采石场 一 0 2种骨料样 品制成的混凝土棱柱体 1 年( 5 2 w ) 的膨胀率分别为 0 1 0 0 和 0 0 8 6 ， 达到 0 0 4 的评价界线 ， 因此评定坝肩和采石场两种 骨料样品均为具有潜在害性反应的活性骨料 ； 分别在坝肩和采 石场两种骨料样品掺人适量粉煤灰后， 可起抑制骨料碱活性的 作用， 且抑制效果非常显著。 3 3混凝土掺加粉煤灰与强度之间的关系 选取相同的水泥混凝土原料并配合不同掺量的粉煤灰， 制 得 7组水泥混凝土试样 ， 并检测试样的抗压强度， 粉煤灰掺量 与混凝土抗压强度的关系试验结果见表 3 。 表 3 注： 为粉煤灰的质量 ， C为水泥的质量 ， W 为水的质量 由上述试验中我们发现， 粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质 量之和的比值越小 ， 短期内水泥混凝土强度越大， 但是抑制水 泥混凝土的碱活性效果越差； 在一定范围内粉煤灰的质量占粉 煤灰与水泥质量之和的比值越大 ，短期内水泥混凝土强度越 小 ， 但是抑制水泥混凝土的碱活性效果越好。 实验得出在粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的 2 0 一3 0 的范围内， 既能满足对水泥混凝土抗压强度的要求 又能保证抑制水泥混凝土碱活性的效果， 而且随着粉煤灰掺量 的增加 ， 混凝土成型后一段时间( 1 年后) 强度增长应很明显。 一 般情况下 ， 粉煤灰较其他矿物掺合料普遍， 价格便宜 ， 运 输费用低。 水泥混凝土掺人粉煤灰， 减少了水泥用量， 降低了工 程成本。 合理选择粉煤灰掺量有利于改善或提高混凝土的和易 性 、 水化热温升、 后期强度、 耐久性以及抗裂性等性能。 上述粉煤灰都为市售的二级粉煤灰。 4 效 果评价及其他 4 1目标实现情况 分别混凝土配合比中掺入 2 0 和 3 0 的粉煤灰后 ， 可起抑 制骨料碱活性的作用 ， 且抑制效果非常显著。 4 2经济效益 单以某水电站大坝枢纽工程 2 0 0 9 年 1 2月至 2 0 1 2年 2月 浇筑完成的混凝土 1 3万 m 。 计算经济效益： 材料节省 2 0 水泥 用量为 2 0 X 2 2 0 k g m X 1 3 0 0 0 0 m X f 水泥单价 0 4 5 0元 一粉 煤灰单价 0 1 0 0元) = 2 0 0 2 万元。 另外， 通过掺加粉煤灰抑制的混凝土碱活量， 大大降低了 大坝因内部应力作用发生质量事故的可能性， 效果十分显著。 4 3无形收获 合理选择粉煤灰掺量有利于改善或提高混凝土的和易性、 水化热温升、 后期强度、 耐久性以及抗裂性等性能。 4 4巩固措施及标准化 加强工程质量策划工作， 每项工程开工前应针对不同工程 用原材料、 骨料进行必要的化学分析 ， 发现有潜在碱活性危害 时， 需结合当地情况掺加一定抑制碱活物质， 确保每项工程构 筑物安 全。 结合不同工程特点， 制订新的工艺流程， 明确施工方式。 建立混凝土碱活性“ 档案库” ， 绘制不同工程碱活性发生机 率， 提出不同的抑制措施。 参考文献 【 1 重庆中坝子水库电站混凝土配合比及性能试验研究成果报告【 R 】 【 2 】2 D L T 5 1 5 1 2 0 o l ， 水 工混凝土砂石骨料试验规程 s 北京 ： 中国电 力 出版社 ， 2 0 0 1 【 3 】 S L 3 5 2 2 0 0 6 ， 水工混凝土试验规程【 s 】 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 6 4 专利号 2 0 1 4 1 0 2 0 9 8 9 ： 抑制水泥混凝土碱活性的方法 P I I II I I= l 建 筑 材 料 安 徽 建 筑 _