山嶺地區(qū)板巖在混凝土中的技術(shù)研究

吳洪建

摘? ? 要：本文重點針對我國某地區(qū)一段高速公路沿線地材以變質(zhì)板巖為主，該類巖石具有堿活性的礦物成分展開的分析和研究，分別采用巖相法、快速砂漿棒法對板巖骨料堿活性進(jìn)行試驗鑒定。分析了其引起的原因。在混凝土中摻入一定量的粉煤灰等均可有效地抑制其堿集料反應(yīng)。滿足混凝土質(zhì)量及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。

關(guān)鍵詞：堿集料反應(yīng);堿含量;快速砂漿棒法;堿集料抑制

1? 原材料的要求

1.1? 集料

在選擇混凝土集料料場時，首先對擬采用加工集料的巖石進(jìn)行物理力學(xué)指標(biāo)檢驗，檢測合格后再進(jìn)行堿活性以及有關(guān)性能檢驗，滿足本辦法要求的巖石方可用于加工混凝土集料。

1.2? 堿活性試驗

采用JTG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》中“T 0324—1994 集料堿活性檢驗（巖相法）”進(jìn)行巖相分析，巖相分析應(yīng)明確集料中 ASR活性組分（含蛋白石、玉髓、微晶石英、隱晶石英、鱗石英、方石英、應(yīng)變石英和中酸性玻璃體等）和 ACR 活性組分（含白云石）的分布與含量。

1.3? 堿活性判定

（1）當(dāng)TB/T 2922.5—2002砂漿試件14d膨脹率小于0.10%，或者當(dāng)CECS48—93在3個（水泥：集料）砂漿試件 6h 最大膨脹率小于 0.10%，滿足任何一種或同時滿足兩種情況，可判定集料不具有 ASR 活性。

（2）只有當(dāng)TB/T 2922.5—2002快速砂漿棒法14d膨脹率大于 0.10%、CECS48—93壓蒸快速法6h最大膨脹率大于0.10%中兩種情況滿足任何一種檢測結(jié)果表明集料具有ASR活性時，則綜合判定集料具有ASR活性。

1.4? 水泥

（1）水泥應(yīng)符合GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定。

（2）水泥堿含量（按 Na2O+0.658K2O計算）不應(yīng)大于 0.6%。

（3）應(yīng)采用42.5級水泥，不得采用32.5級水泥。

（4）應(yīng)采用旋窯或新型干法窯生產(chǎn)的水泥，不得采用立窯生產(chǎn)的水泥。

1.5? 外加劑

（1）應(yīng)采用聚羧酸系高性能減水劑，產(chǎn)品應(yīng)符合JG/T 223—2007《聚羧酸系高性能減水劑》的規(guī)定。

（2）速凝劑應(yīng)符合JC/T 477—2005《噴射混凝土用速凝劑》的規(guī)定，速凝劑堿含量宜不大于1.0%。

1.6? 粉煤灰

（1）粉煤灰應(yīng)符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的規(guī)定。

（2）應(yīng)采用 GB/T 1596—2005中F類 II 級灰及以上的規(guī)定，采用GB/T 50733—2011堿含量宜不大于3.0%，CaO含量宜不大于 10.0%;應(yīng)采用 F 類粉煤灰，不得采用 C 類粉煤灰。

1.7? 水

（1）混凝土用水應(yīng)符合JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

（2）采用 JGJ 63—2006混凝土用水的堿含量不應(yīng)大于 1500mg/L。

2? 原材料的試驗

在沿線附近10多個料場進(jìn)行了現(xiàn)場考察，并從料場開不同采面和成品料堆上不同位置采集了塊石、碎石和砂樣品。根據(jù)考察情況，選取了料場的塊石、碎石和砂進(jìn)行了堿活性檢測。

2.1? 試驗內(nèi)容

檢驗依據(jù)主要為JTGE 42—2005《公路工程集料法驗規(guī)程》、TB/T 2922.5 —2002《鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法（快速砂漿棒法）》。CECS 48—93《砂石堿活性快速試驗方法》和DLT 5151—2014《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》中”減骨料反應(yīng)抑制有效性試驗（砂漿棒快速法）”。巖石的化學(xué)組成分析按照GB/T 176—2017《水泥化學(xué)分析方法》進(jìn)行，巖石的礦物組成按照J(rèn)Y/T 009—1996 《轉(zhuǎn)靶多晶體X射線衍射方法透則》進(jìn)行。

2.2? 塊石的組成

鐮刀青料場塊石LDW1. LDW2和LDW3主要由SiO2和Al2O3組成。鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3主要由石英、鈉長石和云母組成。

2.3? 塊石的堿活性

鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3含有5%-6%微晶石英，需要進(jìn)行堿硅酸反應(yīng)膨脹性試驗，以確定塊石的堿硅酸反應(yīng)活性;鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3不含白云石，不會具有堿碳酸鹽反應(yīng)活性。

2.4? 水泥

華新P.042.5水泥主要由CaO和SiO2和組成，含量分別為56.33%和23.05%，MgO含量為2.92%，SO3含量為1.86%，堿含量為0.54%。

2.5? 粉煤灰

黔東粉煤灰主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3組成，含量為41.56%、24.25%和13.17%， CaO含量為9.81%，SO3含量為1.33%，燒失量為4.87%，f-CaO含 量為0.24%，堿含量為1.89%。

2.6? 外加劑

高效減水劑和速凝劑的堿含量按照GB/T 8077—2016進(jìn)行測定，高效減水劑的堿含量為0.64%，無堿速凝劑的堿含量為0.21%，低堿速凝劑的堿含量為12.01%。

3? 混凝土堿硅酸反應(yīng)抑制措施

概述：當(dāng)混凝土使用具有堿硅酸反應(yīng)活性的集料時，一般通過控制混凝土堿含量或摻加摻合料對混凝土堿硅酸反應(yīng)進(jìn)行預(yù)防。

一種做法就是采用ASTM C1567砂漿棒快速法或ASTM C1293混凝土棱柱體法等對摻合料抑制堿硅酸反應(yīng)的有效性進(jìn)行試驗評定。另一種方法是根據(jù)集料的堿硅酸反應(yīng)活性大小、混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境條件、混凝土結(jié)構(gòu)的重要等級、服役壽命等條件來確定混凝土的堿含量控制值或者摻合料最小摻量。

堿硅酸反應(yīng)膨脹性TB/T 2922.5—2002快速砂漿棒法，所用水泥為黎平華新水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，其等當(dāng)量Na：O含量為0.57%。TB/T 2922.5—2002規(guī)定，當(dāng)砂漿試件14d腳脹率小于0.10%時，可判定集料無潛在危害。

由鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3配制的砂漿試件14d的膨脹率為0.124%0.151%，均大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.10%的限定值，因此均被判定為具有堿硅酸反應(yīng)活性。

堿硅酸反應(yīng)腳脹性 CECS 48砂石堿活性快速試驗方法，試驗按CECS 48—93《砂石堿活性快速試驗方法》進(jìn)行.所用水泥為黎平華新水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5級普通硅酸鹽水泥，其等當(dāng)量Na2O含量為0.57%。CECS 48—93規(guī)定，當(dāng)砂漿試件6h最大腳脹率大于等于0.10%時，集料被判定具有堿硅酸反應(yīng)活性。

由鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3配制的砂漿試件最大腳脹車為0.069%～0.088%，均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.10%的限定值，因此鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3均被判定為不具有堿硅酸反應(yīng)活性

鐮刀灣料場塊石5%～6%微晶石英，不含白云石。TB/T 2922.5—2002 砂漿棒快速法的結(jié)果表明，鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3具有堿硅酸反應(yīng)活性; CECS 48砂石堿活性快速試驗方法的結(jié)果表明，鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3不具有堿硅酸反應(yīng)活性。綜合判定鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3具有堿硅酸反應(yīng)活性。由鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3配制的TB/T 2922.5砂漿棒快速法試件14d 膨脹率為0.124%～0.151%， CECS 48砂石堿活性快速法試件最大膨脹率為0.069%～0.088%。 因不含白云石，鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3不具有堿碳酸鹽反應(yīng)活性。

試驗按照DL/T 5151—2014《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》中“堿骨料反應(yīng)抑制有效性試驗（砂漿棒快速法）”進(jìn)行。DL/T 5151—2014規(guī)定，當(dāng)砂漿試件28d膨脹率小于0.10%時，粉煤灰對堿硅酸反應(yīng)危害抑制效果被評定為有效，否則為無效。

結(jié)果表明，粉煤灰摻量為15%和20%時，砂漿試件28d膨脹率分別為0.035%和0.030%，均小于0.10%，因此15%和20%粉煤灰對塊石LDWI的堿硅酸反應(yīng)抑制有效。

鐮刀灣料場塊石LDW1、LDW2和LDW3含有5%～6%微晶石英，不含白云石，不具有堿碳酸鹽反應(yīng)活性。鐮刀灣料場塊石LDW1、 LDW2 和LDW3的TB/T 2922.5砂漿棒快速法試件14d 膨脹率為0.124%～0.151%， CECS 48砂石堿活性快速法試件 最大膨脹率為0.069%～0.088%。實驗結(jié)果膨脹率不大于0.30%，此料場的巖石可用于混凝土的骨料。

當(dāng)黔東Ⅱ級粉煤灰摻為15%和20%時，由華新P.042.5水泥與鐮刀灣料場塊石LDWI配制的砂漿試件28d膨脹率分別為0.035%和0.030%，均小于0.10%，表明15%和20%的黔東II級粉煤灰能有效抑制鐮刀灣料場塊石LDW1的堿硅酸反應(yīng)膨脹。

4? 結(jié)束語

隨著優(yōu)質(zhì)灰?guī)r集料的逐漸消耗減少，將來絕大部分工程必須面對的是使用可采取技術(shù)手段進(jìn)行抑制的堿硅酸反應(yīng)活性的集料，因此本研究成果將具有廣闊的應(yīng)用前景。通過研究，提出科學(xué)合理的技術(shù)措施，有助于保證工程結(jié)構(gòu)的耐久性，減少工程建設(shè)對水泥和集料等本來就匱乏的自然資源的破壞和大量消耗，減少了棄渣場造成現(xiàn)有山林生態(tài)的破壞，保護(hù)了自然環(huán)境，達(dá)到國家倡導(dǎo)的綠水青山就是金山、銀山的綠色發(fā)展理念。