粉煤灰在抑制骨料碱活性中的应用

第17卷 第4期 中 国 水 运 Vol.17 No.4 2017年 4月 China Water Transport April 2017

收稿日期：2017-02-24

作者简介：郭雅丽（1984-），女，水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院工程师。

粉煤灰在抑制骨料碱活性中的应用

郭雅丽

（水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

摘 要：通过在骨料中掺入不同等级不同比例粉煤灰替代水泥制作成砂浆棒进行了抑制混凝土骨料碱活性的试验，研究结果表明：不同等级不同比例粉煤灰随着龄期的增长对碱骨料反应有显著的影响，因此在混凝土施工中，根据工程实际情况，掺入适宜的粉煤灰对抑制碱骨料反应是有效可行的。 关键词：碱骨料反应；粉煤灰；岩相法；砂浆棒快速法

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）04-0260-02

针对混凝土的癌症-碱骨料反应，根据新疆境内大量工程及骨料分布、成因、类型等特点，通过岩相法和砂浆棒快速法对2组混凝土原材料进行了试验，得出2组骨料具有碱活性。通过在骨料中掺入不同等级不同比例的粉煤灰替代水泥制作成砂浆棒进行了抑制混凝土骨料碱活性的试验，研究结果表明：不同等级不同比例粉煤灰随着龄期的增长对碱骨料反应有显著的影响，因此在混凝土施工中，根据工程实际情况，掺入适宜的粉煤灰对抑制碱骨料反应是有效可行的。

一、粉煤灰综述

粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收集下来的粉末，是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO 2、Al 2O 3、FeO、Fe 2O 3、CaO、TiO 2等，在混凝土中掺入粉煤灰代替部分水泥或细骨料，从而降低了混凝土的成本，减少了对环境的污染，而且还能与水泥互补短长，提高混凝土的和易性、不透水、气等一系列性能，降低混凝土的水化热，改善混凝土的耐高温性能等作用，因此在混凝土中掺加粉煤灰具有明显的技术经济效益。

二、碱骨料反应

碱骨料反应是指水泥中的碱性氧化物含量较高时，会与骨料中所含的二氧化硅发生化学反应 ，并在骨料表面生成碱－硅酸凝胶，吸水后会产生较大的体积膨胀，导致混凝土胀裂现象。碱－骨料反应，通常可分为两种类型，碱－硅酸反应（Alknli－Silica Reaction，简称“ASR”，包含碱－硅酸盐反应）和碱－碳酸盐反应（Alkali－Carbonate Reaction，简称“ACR”）。

碱骨料反应的必要条件：（1）每m 3混凝土中的水泥、掺合料、外加剂等原材料总碱量超过3kg；（2）有一定数量的能与碱反应的活性骨料；（3）潮湿环境，可以供应反应生成物吸水膨胀所需的水分。

三、岩相法

岩相分析是指通过肉眼和借助光学显微镜鉴定骨料不同岩相的矿物成分及其含量，以及矿物结晶程度和结构，初步判断骨料是否存在碱活性。

表1岩相鉴定结果表

从表1岩相鉴定知，2组混凝土骨料中均含有一定的碱活性矿物，为了验证是否会产生碱骨料反应，通过砂浆棒快速法试验进一步验证。

四、砂浆棒快速法

砂浆棒快速法是将骨料按一定的砂料级配同试验用水泥制备成砂浆棒试件，将试件浸泡在装有1mol/L NaOH 溶液中的养护筒中放入80℃ 2℃的恒温水浴箱进行养护。《水工混凝土试验规程》SL 352-2006中规定：当14d 膨胀率小于0.1%时，则骨料为非活性骨料；当14d 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14d 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、或将试件观测的时间延至28d 后的测试结果等来进行综合评定。本试验采用42.5普通硅酸盐水泥。

表2 快速碱—硅酸反应检测结果表

编号

骨料类型

试验龄期 3d

7d

14d

不同龄期下的试件膨胀率（％）

A

细骨料 0.020 0.095 0.236 粗骨料 0.025 0.113 0.258 （1：1混合）

0.022 0.098 0.240 B 细骨料 0.019 0.088 0.224 粗骨料 0.034 0.149 0.338 （1：1混合）

0.022

0.100

0.263 编号

取样深度（m）

矿物组成（%）

A

0.3～2.5

单矿物（斜长石3%、钾长石3%、石英2%）、岩屑成分（安山岩30%、砂岩12%、凝灰岩15%、硅质岩5%、灰岩5%、霏细岩10%、闪长岩15%）

B

0.3～2.5

单矿物（斜长石2%、钾长石少量、石英1%）、岩屑成分（花岗岩5%、

砂岩25%、凝灰岩25%、硅质岩5%、粉砂岩10%、安山岩15%、闪长岩

5%、玄武岩2%、霏细岩5%）

第4期 郭雅丽：粉煤灰在抑制骨料碱活性中的应用 261

图1 膨胀率与龄期关系曲线图

从表2和图1可以看出，A、B 两组骨料试件14d 的膨胀率均大于0.2%，为具有潜在碱－硅酸危害性反应的活性骨料。

五、粉煤灰抑制骨料碱活性试验

在混凝土中掺入足量矿物细掺料的目的是抑制混凝土中的碱—骨料反应的的危害，目前常见的矿物细掺料主要有硅粉、粉煤灰、沸石粉、矿渣粉、磷矿粉等。国内外对这些胶凝材料抑制碱—骨料反应有效进行了广泛的试验研究，掺入粉煤灰作为抑制和防止碱骨料反应也得到广泛应用。

按照《水工混凝土试验规程》SL 352－2006中抑制骨料碱活性效能试验的方法进行试验，本试验采用掺入不同等级粉煤灰作为抑制材料进行了抑制骨料碱活性效能试验。结果评定规定，对比试件除满足14d 龄期砂浆膨胀率降低率不小于75%的要求外，对比试件14d 龄期膨胀率还不得大于0.02%，才能认为有效抑制碱—骨料反应。

1．Ⅰ级粉煤灰抑制试验结果及分析

表3 Ⅰ级粉煤灰抑制试验表

编号

粉煤灰 （%） 试验龄期

膨胀率降低率

（%） 3d

7d

14d

不同龄期下的试件膨胀率（％） A

20

0.006 0.015 0.023 90.4 25 0.003 0.010 0.015 93.8 30 0.001 0.006 0.012 95.0 B

20

0.007 0.017 0.028 89.4 25 0.005 0.014 0.018 93.2 30

0.003

0.009

0.014

94.7

图2 Ⅰ级粉煤灰抑制试验膨胀率与龄期关系曲线图 从表3和图2可以看出，A、B 两组骨料掺入20%的Ⅰ级粉煤灰后，无法有效抑制；掺入25%和30%的Ⅰ级粉煤灰后，才能有效降低骨料碱活性膨胀反应。

2．Ⅱ级粉煤灰抑制试验结果及分析

表4 Ⅱ级粉煤灰抑制试验表

编号

粉煤灰（%）

试验龄期

膨胀率降低率

（%）

3d

7d

14d

不同龄期下的试件膨胀率（％） A

25

0.012 0.018 0.033 86.3 30 0.010 0.014 0.026 89.2 35 0.003 0.009 0.016 93.3 B 25

0.015 0.020 0.035 86.7 30 0.013 0.016 0.031 88.2 35

0.005

0.012

0.018

93.2

图3 Ⅱ级粉煤灰抑制试验膨胀率与龄期关系曲线图 从表4和图3可以看出，A、B 两组骨料掺入25%、30%的Ⅱ级粉煤灰后，无法有效抑制；掺入35%的Ⅱ级粉煤灰后，才能有效降低骨料碱活性膨胀反应。

六、结论

（1）A、B 两组骨料通过岩相法、砂浆棒快速法检验综合考虑判定为具有潜在碱－硅酸危害性反应的活性骨料。在骨料中掺入不同等级不同比例粉煤灰随着龄期的增长对碱骨料反应有显著的影响，从抑制情况看，Ⅰ级粉煤灰的抑制情况要显著好于Ⅱ级粉煤灰。

（2）新疆地区生产的水泥大部分是高碱水泥，由于混凝土中水泥用量的提高及含碱外加剂的普遍应用，从而增加了碱骨料反应破坏的潜在危险。在混凝土骨料中掺入粉煤灰可以明显改善混凝土内部孔隙结构，从而有效地起到抑制碱骨料反应的作用，同时也节约了混凝土原材料，减少了环境的污染。

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