賈兆武1  王寧芳1  劉乾文2

（1中國水電顧問集團西北勘測設計研究院 西安  710043）

（2東方陽光混凝土制品公司）

 

    堿骨料反應（AAR）是引起混凝土建筑物破壞的主要原因之一。而堿硅酸反應（ASR）又在堿骨料反應（AAR）中占有絕大比例，其引起的工程破壞已愈來愈引起國內外混凝土工程界的高度重視。

 

    目前預防ASR的工程措施主要是使用非活性骨料、控制水泥或混凝土中堿含量、控制混凝土環境濕度和混凝土中使用混合材料。其中使用混合材料是預防ASR最實用、最經濟和有效的方法，但目前我國尚缺少使用混合材預防ASR的標準和科學有效地評價混合材抑制ASR效能的方法。本文結合工程實際，采用ASTMC441法、砂漿棒快速法抑制、砂漿長度法抑制及混凝土棱柱體法抑制試驗，對粉煤灰抑制ASR的有效性進行了試驗研究。

 

    ASTMC441法是目前評價混合材抑制ASR有效性和篩選不同混合材抑制ASR的唯一標準方法，該方法采用硬質玻璃作為標準活性骨料，混合材摻合料（粉煤灰、礦渣）取代25％水泥（體積百分比），按ASTMC227方法（即水工混凝土砂石骨料試驗規程堿骨料試驗的砂漿長度法）制備和養護試件。評判標準為：（1）當用摻合料取代25%（體積比）水泥時，若14d齡期的砂漿膨脹率降低率Re不小于75％，并且56d的膨脹率小于0.05％，則認為所摻的摻合料或外加劑及其相應的摻量具有抑制堿骨料反應的效能。（2）對工程所選用的水泥制作的對比試件，除滿足14d齡期砂漿膨脹率降低率Re不小于75％要求外，對比試件14d齡期膨脹率還不得大于0.02％，才能認為該水泥不會產生有害堿骨料膨脹。經工程實踐檢驗，該方法所用骨料（硬玻璃）、判據和可靠性受到廣泛質疑，僅適用于特定骨料和配合比條件下砂漿和混凝土的判定。但由于該方法是目前評價混合材的唯一標準方法，為許多國家所采用，我國水工混凝土砂石骨料試驗規程DL/T5151—2001也基本完全參照該方法。

 

    以硬質玻璃作為標準活性骨料，摻加粉煤灰采用ASTMC441法進行抑制效能試驗。試驗結果見表1。

表1 粉煤灰抑制骨料堿活性測試結果

編號	摻合料品種	粉煤灰摻量（％）		不同齡期砂漿試件膨脹率（％）		14d膨脹率降低率Re(%)
		體積比	質量比	14d	56d
1	——	0	0	0.395	0.485	——
2	平涼粉煤灰	15	10.4	0.238	0.314	40
3	平涼粉煤灰	20	13.8	0.211	0.309	47
4	平涼粉煤灰	25	17.3	0.206	0.291	48
5	平涼粉煤灰	30	20.7	0.193	0.253	51
6	平涼粉煤灰	40	27.6	0.137	0.192	65
7	平涼粉煤灰	50	34.5	0.108	0.143	73

 

    從試驗結果可見，在高活性玻璃骨料砂漿中，用25％平涼粉煤灰取代水泥后，14d齡期膨脹率降低率Re僅為48％遠小于75％，56d齡期膨脹率為0.29％遠大于0.05％的判定值。而且14d膨脹率達到0.206％遠大于0.02％的允許值。因此，按抑制效能方法評價，認為所摻粉煤灰不具有抑制堿骨料反應的效能。

 

    針對其工程所選用的天然骨料為活性骨料的實際情況，在前述抑制效能試驗的同時，采用砂漿棒快速法進行堿活性抑制試驗。粉煤灰采用平涼Ⅱ級粉煤灰，其抑制試驗結果見表2。表中粉煤灰摻量為質量比。

表2 砂漿棒快速法抑制試驗測試結果

料場	試件編號	骨料品種	粉煤灰摻量（％）	不同齡期砂漿膨脹率（％）				14 d膨脹率降低率Re(%)
				3d	7d	14d	28d
1	1	1＃天然砂	0	0.092	0.137	0.232	0.364	——
	2	1＃天然砂	15	0.038	0.058	0.076	0.095	67
	3	1＃天然砂	20	0.019	0.028	0.035	0.048	85
	4	1＃天然砂	25	0.006	0.012	0.020	0.028	92
2	5	3＃混合石	0	0.037	0.142	0.259	0.357	——
	6	3＃混合石	15	0.013	0.025	0.046	0.068	82
	7	3＃混合石	20	0.010	0.021	0.033	0.040	87
	8	3＃混合石	25	0.005	0.009	0.014	0.023	95

 

    從測試結果可見：（1）摻入粉煤灰對骨料堿活性具有明顯的抑制效果，摻量越大其砂漿膨脹率降低率愈大，粉煤灰抑制效果越明顯。（2）1^＃料場天然砂中摻入15％～25％粉煤灰后，14d膨脹率降低率為67％～92％；2^＃料場混合石試件摻入15％～25％粉煤灰后14d膨脹率降低率為82％～95％，且當粉煤灰摻量25％以上時，14d齡期試件的膨脹率小于等于0.02％。

 

    砂漿長度法抑制試驗結果見表3。試件制做及養護同骨料堿活性鑒定時的砂漿長度法。

表3 砂漿長度法抑制試驗測試結果

料場	試件編號	粉煤灰摻量（％）	不同齡期砂漿試件膨脹率（％）							180d膨脹率降低率Re(%)
			14d	30d	60d	90d	120d	150d	180d
1	1	0	0.015	0.019	0.022	0.023	0.025	0.025	0.026	——
	2	15	0.011	0.015	0.015	0.016	0.016	0.017	0.018	30
	3	20	0.010	0.012	0.013	0.013	0.014	0.015	0.017	35
	4	25	0.007	0.011	0.012	0.013	0.013	0.014	0.015	41
2	5	0	0.014	0.017	0.019	0.022	0.023	0.024	0.024	——
	6	15	0.006	0.010	0.011	0.013	0.014	0.016	0.018	25
	7	20	0.004	0.009	0.011	0.012	0.013	0.013	0.015	36
	8	25	0.004	0.009	0.010	0.011	0.011	0.011	0.013	44

 

    從測試結果可知，當摻入平涼粉煤灰15％，兩個料場砂漿試件半年膨脹率降低率為25％～30％；摻入20％時，降低率為35％左右；摻入25％時，降低率為41％～44％。說明摻入粉煤灰后具有明顯的抑制膨脹作用。

 

    混凝土棱柱體法抑制試驗所用骨料為兩個料場骨料的混合料，試件制做及養護同骨料堿活性鑒定時的混凝土棱柱體法，抑制混合材為平涼Ⅱ級粉煤灰，測試結果見表4。

表4    棱柱法抑制試驗測試結果

試件編號	粉煤灰摻量%	不同齡期混凝土試件膨脹率（％）										360d膨脹率降低率Re(%)
		14d	30d	60d	90d	120d	150d	180d	210d	270d	360d
1	0	0.010	0.014	0.022	0.026	0.029	0.033	0.034	0.035	0.038	0.041	——
2	15	0.008	0.013	0.021	0.025	0.026	0.027	0.028	0.029	0.031	0.034	16
3	20	0.007	0.012	0.020	0.023	0.025	0.027	0.027	0.028	0.029	0.029	36
4	25	0.006	0.012	0.018	0.022	0.023	0.025	0.025	0.025	0.026	0.026	52

 

    從測試結果可見，不摻粉煤灰時，天然骨料混凝土棱柱體試件一年齡期膨脹率為0.041％，超過骨料堿活性鑒定的判定值，可以認為該骨料為潛在危害性的活性骨料；摻入粉煤灰后，混凝土棱柱體試件的膨脹率明顯降低，并且隨粉煤灰摻量增多其降幅越大，一年齡期25％摻量時膨脹降低率為52％。

 

    混凝土中ASR及其膨脹的發生、發展可分為兩個階段：孔溶液中的堿與骨料活性組分之間發生化學反應生成堿硅凝膠和凝膠的吸水腫脹。粉煤灰對ASR的抑制作用表現為對混凝土中堿和Ca（OH）­₂的作用，可概括為粉煤灰對堿的物理稀釋、吸附，與Ca（OH）­₂的火山灰反應減少甚至消除體系中的Ca（OH）₂以及火山灰反應生成的低Ca/Si比產物對堿的吸附、滯留和對體系的致密化作用。可以看出，粉煤灰對ASR的抑制是全過程的綜合作用。

 

    從以上抑制試驗成果分析可見，按照標準的抑制骨料堿活性效能試驗判定，平涼Ⅱ級灰即使摻量達到50％（體積比），也不具有明顯的堿活性抑制作用。但采用“砂漿棒快速法”，“砂漿長度法”，“混凝土棱柱法”抑制骨料堿活性試驗成果表明，對鑒定為活性的骨料摻入粉煤灰后可顯著降低試件的膨脹率。當粉煤灰的摻量為25％（質量比）時，砂漿棒快速法抑制試驗的膨脹率降低率不小于90％，遠大于75%的標準要求，而且14d齡期的膨脹率不大于0.02％。說明粉煤灰具有明顯的抑制效果。

 

    從上述試驗還可看出，目前評價混合材抑制骨料堿活性有效性的方法均以檢測骨料ASR活性的方法為基礎，比較摻加不同混合材或同一混合材不同摻量后試件膨脹率的變化。理論上，任何一種以測長為基礎的檢測骨料活性的方法均可以用來比較混合材抑制ASR的能力。但由于檢測骨料活性的方法各參數條件的選擇大多是加速ASR進行的，并不能完全表征實際混凝土，尤其是摻加混合材后的情況。因此，用檢測骨料活性的方法評價混合材，只能相對比較混合材的抑制能力，或最嚴酷條件下抑制ASR膨脹所需的最小混合材的摻量。并不能回答具體工程中特定骨料和配合比摻加多少混合材即能保證工程安全又不影響混凝土的其它性能。

 

[1]《重點工程混凝土耐久性的研究與工程應用》中國建材工業出版社

[2]《關于制定預防混凝土堿—集料反應技術規程的建議》王福川、賈兆武《混凝土標準規范及應用》2005年

[3]《黃河拉西瓦水電站骨料堿活性試驗研究》賈兆武、王寧芳《西北水電》  2006年第2期

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)