天然火山灰抑制碱硅酸反应的研究

天然火山灰抑制碱硅酸反应的研究

摘要:选用某工程附件两处天然火山灰料,经过研磨加工后进行不同掺量抑制骨料碱活性效能试验研究。试验结果表明,抑制骨料碱活性效能跟天然火山灰掺量有关,掺量越高,抑制效能越好;并且当掺量高于35%时,天然火山灰能有效抑制混凝土中活性骨料的碱硅酸反应。

关键词:天然火山灰抑制碱硅酸反应掺量

在非洲和一些工业不发达的国家,粉煤灰、矿渣和硅粉等一些人工火山灰质掺合料产量非常小或国内根本不生产,而在工程中的混凝土又不得不使用一些活性骨料,如果长距离运输或进口能抑制碱硅酸反应的掺合料不仅会增加工程成本,也会带来居多不确定因素,因此,寻找一种价格低廉,有一定活性并且能抑制碱硅酸反应的掺合料显得尤为重要。根据国内外一些文献和资料,大多数天然火山灰中含有无定型的活性SiO2和Al2O3,活性比较高,可以直接开发利用作为混凝土掺合料,并且在世界各地分布较为广泛。因此,本文选用某国外工程附近两处天然火山灰料作为抑制骨料碱活性效能的研究试验,并通过调整天然火山灰掺量对骨料碱活性效能进行研究试验。

1 试验原材料

1.1 水泥

选用国外某工程的普通硅酸盐水泥,该水泥的碱含量为0.61%。水泥物理性能检测成果见表1、化学性能检测成果见表2。

1.2 天然火山灰

选用国外某工程附件两处天然火山灰毛料,研磨加工成火山灰质材料微粉,其物理性能见表3,化学成分见表4。

2 活性骨料

试验选用某工程砂岩骨料,采用岩相法和砂浆棒快速法对其碱活性进行检验。通过砂浆棒快速法检测,其14d的砂浆膨胀率为0.16%,大于0.1%小于0.2%,又通过岩相法检测骨料含有7.0%的燧石、2.0%的片状火山岩和 5.0%的硅质粘土岩,因此,判定骨料具有潜在的碱硅酸反应,其岩相分析结果见表5。

3 试验方法

按照《水工混凝土砂石骨料试验规程(DL/T5151-2001)》抑制骨料碱活性效能试验法进行天然火山灰抑制骨料碱硅酸反应试验。对比样中天然火山灰掺量为等体积取代,试验用水泥的碱含量为0.61%,通过外加10%的NaOH溶液,使试验用水泥碱含量达到1.0%。为了研究天然火山灰掺量与骨料碱硅酸反应的关系,选用天然火山灰掺量为20%,25%,30%,35%和40%进行砂浆棒试验。

4 试验结果

用具有碱活性的砂岩骨料和高碱含量的水泥制作标准试件,用相同的骨料、相同的水泥和掺入为20%、25%、30%、35%、40%火山灰(火山灰掺量按体积计)制作对比试件,试验龄期均为14 d和56 d。砂浆膨胀率降低率为掺入一定比例的火山灰后与未掺火山灰的砂浆膨胀率降低的比例,规范要求对活性骨料有抑制作用的掺和料14 d砂浆膨胀率降低率不小于75%,56 d砂浆膨胀率小于0.05%,试验检测成果见表6,砂浆膨胀率见图1。

从表5和图1的试验结果可以看出,掺有天然火山灰的砂浆棒对比试件的砂浆膨胀率都有显著减小,并且随着掺量的增加,砂浆膨胀率有减小的趋势;当天然火山灰掺量在20%或以上时,14 d砂浆膨胀率降低率都大于75%,随着掺量的增加,膨胀率降低率增大。从56 d砂浆膨胀率来看,只有当天然火山灰掺量在35%和40%时,才能达到砂浆膨胀率小于0.05%,满足规范对抑制碱骨料反应掺合料的要求。

天然火山灰样品1的碱含量为2.73%,样品2的碱含量为6.05%,通过砂浆棒膨胀率和降低率试验可以看出,掺有两种不同的天然火山灰对试验结果无较大影响,说明天然火山灰本身的碱含量不会影响骨料的碱硅酸反应。

5 结论

根据研究的试验结果,可以得出以下结论。

(1)天然火山灰具有抑制碱骨料反应的效能,并且随着掺量的增加,

抑制效能更加明显。

(2)当使用碱活性骨料时,35%以上的天然火山灰作掺合料能有效地抑制碱骨料反应。

(3)天然火山灰本身的碱含量的高低,不会对碱硅酸抑制效能产生较大影响。

参考文献

[1]DL/T5151-2001,水工混凝土砂石骨料试验规程[S].中国电力出版社,2001:74-76.

[2]董芸.天然火山灰质材料对骨料碱活性的抑制研究[J].混凝土,2011:77-79.