基于混凝土抗凍性的堿活性骨料抑制試驗研究

楊冬鵬1,2

(1.東北大學(xué)，遼寧 沈陽110819；2.遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧 沈陽110006)

【摘要】大型水利工程中，具有潛在堿骨料反應(yīng)的活性骨料若要應(yīng)用于工程中必須進(jìn)行抑制試驗。抑制試驗表明：隨著摻和料粉煤灰的增加，對堿骨料反應(yīng)的抑制效果逐漸明顯。而同時隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的抗凍性減弱。綜合考慮，在粉煤灰摻量為25%～30%時，需研究粉煤灰對活性骨料的抑制作用和混凝土抗凍性能兩方面的要求。

【關(guān)鍵詞】堿骨料；抑制試驗；粉煤灰

中圖分類號：TU528.041

Alkali reactive aggregate inhibition test study based on concrete

frost resistance

YANG Dongpeng

(1.NortheasternUniversity,Shenyang110006,China;

2.InvestigationandDesignInstituteofWaterResourcesandHydropowerLiaoningProvince,Shenyang

110006,China)

Abstract:Reactive aggregate with potential alkali aggregate reaction must undergo inhibition test if it should be applied to large-scale water conservancy project. Inhibition test shows that the inhibitory effect of alkali aggregate reaction becomes gradually apparent with the increase of fly ash admixture. However, the frost resistance of concrete is weakened with the increase of fly ash at the same time. Comprehensively considering various aspects, requirements on inhibitory effect of fly ash on reactive aggregate and concrete frost resistance performance should be studied when the fly ash content is 25% to 30%.

Key words: alkali-aggregate; inhibition test; fly ash

堿骨料反應(yīng)是混凝土原料中的堿與骨料中的活性成分發(fā)生反應(yīng)，使混凝土內(nèi)應(yīng)力增加，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。應(yīng)用砂漿棒快速法對某大型水利工程附近料場骨料進(jìn)行檢驗，砂漿試件14d的膨脹率大于0.2%，是屬于具有潛在堿骨料反應(yīng)的活性骨料。為降低工程成本，并保證工程質(zhì)量，應(yīng)進(jìn)行該骨料的活性控制以及混凝土耐久性研究。

防止混凝土堿骨料反應(yīng)的常用措施有：使用非活性骨料；控制混凝土中的堿含量；采用摻和料抑制堿骨料反應(yīng)[1-2]。工程中常用的方法為摻和料抑制法，為抑制堿骨料反應(yīng)，采用優(yōu)化粉煤灰摻量進(jìn)行研究，而工程對混凝土抗凍性有一定要求，抗凍性是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要指標(biāo)，粉煤灰摻量將影響混凝土的抗凍性。因此，既滿足對活性骨料的抑制性能又滿足抗凍性要求的合理摻量粉煤灰是保證混凝土質(zhì)量的重點(diǎn)。

1試驗方案設(shè)計

粉煤灰抑制混凝土堿骨料反應(yīng)試驗采用快速砂漿棒法，粉煤灰對混凝土抗凍性影響采用快凍法試驗研究。試驗不同粉煤灰摻量對堿骨料反應(yīng)的抑制規(guī)律和對混凝土抗凍性的影響規(guī)律。結(jié)合以上兩個規(guī)律得出活性骨料符合活性和抗凍性要求所需的粉煤灰摻量。

2試驗原材料

水泥采用基準(zhǔn)水泥，基準(zhǔn)水泥化學(xué)成分見表1，部分物理性能檢測結(jié)果見表2。

表1　基準(zhǔn)水泥化學(xué)成分

表2　部分基準(zhǔn)水泥物理性能結(jié)果

試驗采用符合《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)2.37節(jié)中要求的NaOH溶液，即1mol/L的分析純NaOH溶液。

粉煤灰出自料場附近電廠，檢驗符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T 1596—2005)中F類Ⅱ級粉煤灰技術(shù)要求。粉煤灰具體化學(xué)成分和技術(shù)指標(biāo)見表3、表4。

表3　粉煤灰化學(xué)成分

表4　粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

骨料按照表5的級配組合進(jìn)行砂漿棒快速法試驗，骨料堿活性試驗結(jié)果見表6，可以看出14d膨脹率為0.255%，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)[3]，該骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料。

表5　骨料級配

表6　骨料堿活性試驗結(jié)果

3粉煤灰對堿骨料反應(yīng)的抑制試驗

粉煤灰分別按替代水泥質(zhì)量的0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%進(jìn)行對堿骨料反應(yīng)的抑制試驗，試驗過程依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL 352—2006)2.37節(jié)進(jìn)行。試驗結(jié)果見表7、圖1、圖2。

表7　不同摻量下粉煤灰對堿骨料反應(yīng)的抑制效果

圖1　骨料堿活性試驗樣品

圖2　14d膨脹率與粉煤灰摻量

a.粉煤灰對堿骨料反應(yīng)有明顯的抑制效果，隨著粉煤灰摻量的增加，砂漿棒膨脹率減小。

b.粉煤灰摻量為10%、15%時，14d砂漿棒膨脹率分別為0.127%和0.090%，欲保證14d砂漿棒膨脹率小于0.1%，粉煤灰摻量應(yīng)大于10%。

c.粉煤灰摻量超過25%時，隨粉煤灰摻量增加膨脹率增大的趨勢放緩，此時砂漿棒膨脹率為0.036%，同未加粉煤灰膨脹率相比，降低率為84%。

4粉煤灰對混凝土抗凍性影響試驗

韓躍紅等人已進(jìn)行了摻入粉煤灰對混凝土抗凍性影響的研究[4-7]，然而研究結(jié)果并不一致。陸建飛[6]的研究表明粉煤灰摻量的增加使混凝土的抗凍性降低，而嚴(yán)捍東[7]的研究結(jié)果相反。試驗材料的差異性降低了粉煤灰對混凝土抗凍性影響的規(guī)律性，為確定摻入粉煤灰的混凝土抗凍性變化規(guī)律，特進(jìn)行了下列凍融循環(huán)試驗。

試驗應(yīng)用粉煤灰分別替代水泥質(zhì)量的0、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%，進(jìn)行混凝土抗凍性試驗。原材料同堿骨料反應(yīng)試驗，試驗結(jié)果見表8、圖3、圖4、圖5。

圖3　相對動彈模隨凍融循環(huán)次數(shù)變化情況

從試驗結(jié)果可以看出，不同粉煤灰摻量下混凝土凍融循環(huán)次數(shù)與相對動彈模和質(zhì)量損失之間存在以下關(guān)系：

表8　不同粉煤灰摻量下混凝土抗凍性試驗

圖4　質(zhì)量損失隨凍融循環(huán)次數(shù)變化情況

圖5　凍融試驗樣品

a.隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，相對動彈模逐漸降低，且隨粉煤灰摻量的增加，相對動彈模降低速度加快。當(dāng)粉煤灰摻量為40%、凍融循環(huán)250次時相對動彈模降至初始時的55.4%。

b.隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，質(zhì)量損失逐漸增加，且隨著粉煤灰摻量的增加質(zhì)量損失速度加快。當(dāng)粉煤灰為35%、40%時，凍融循環(huán)250次時質(zhì)量損失率分別為7.5%和8.6%。

c.粉煤灰對混凝土抗凍性有不利影響，粉煤灰摻量越多其不利影響越明顯。欲保證混凝土滿足250次凍融循環(huán)要求，該種骨料粉煤灰摻量不應(yīng)高于30%。

5結(jié)論

試驗研究表明：粉煤灰能夠有效抑制堿骨料反應(yīng)，且粉煤灰摻量越多，抑制效果越明顯。但粉煤灰摻量對混凝土抗凍性有不利影響，粉煤灰摻量越多混凝土抗凍性越差。綜合兩種試驗規(guī)律，欲保證該骨料混凝土滿足堿活性和抗凍等級250的要求，粉煤灰摻量應(yīng)控制在25%～30%，此時14d砂漿棒膨脹率在0.026%～0.036%之間，同未摻加粉煤灰相比膨脹率降低84%～88%，250次凍融循環(huán)相對動彈模為62.1%～65.3%，質(zhì)量損失為4.3%～6.1%，滿足設(shè)計要求。該試驗結(jié)果可供采用具有

參考文獻(xiàn)

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