如何有效抑制混凝土碱活性

张秀军，郑碧水 （安徽水利，安徽 蚌埠 233000）

0 前 言

混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱（Na2O或K2O）与骨料中的活性成分在混凝土浇筑成型后若干年（数年至二、三十年）后发生的反应，反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力，膨胀开裂、导致混凝土失去设计性能，特别是关系国计民生的水利工程，将会为社会带来不可估量的损失。

目前，在混凝土中掺入适量的含有活性SiO2的矿物细掺料能够使混凝土中的碱骨料反应完全得到抑制，常用的矿物细掺料为硅粉、沸石粉、矿渣粉、磷矿粉、外加剂等，硅粉掺入量为5%～10%时，混凝土膨胀量可降低10%～20%；磨细粉掺入量大于60%时，混凝土膨胀量可降低75%，但是混凝土膨胀量还是难以满足有些建筑工程的抑制需要。

1 抑制碱活性的方法探讨

本文所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低廉、抑制效果好的抑制水泥混凝土碱活性的方法。

为解决上述技术问题，提供一种抑制水泥混凝土碱活性的方法：在水泥混凝土搅拌时，加入粉煤灰均匀搅拌，所述粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的20%～30%。

采用上述方法，使用粉煤灰代替原有的矿物细掺料，不仅降低成本，而且粉煤灰方便获取，按照粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的20%～30%情况下搅拌成型的水泥混凝土，具有很好的骨料碱活性抑制效果，抑制率在90%以上。

2 判断原材料碱活性

采用试验法进行判断，主要采取试验方法有砂浆棒快速检测法及混凝土棱柱体法，其中砂浆棒快速检测法实验周期为28d，混凝土棱柱体法周期为1年。实际操作过程中可先期采用砂浆棒法检测碱活性膨胀量并提出初步抑制措施，然后根据混凝土棱柱体法进行验证并提出修正措施，确保工程质量。

2.1 砂浆棒快速检测法

准备实验用原材料,制作砂浆试件（规格为25.4mm×25.4mm×285mm）,砂浆试件成型后标准养护24h,拆模，测量初始读数并在1mol/L NaOH溶液的养护盒中外加80℃的烘箱中养护24h；然后测量测量试件的基准长度、养护时的长度，分别测出3d、7d、14d龄期时（从测基长后算起）观测长度的变化，根据规范《水工混凝土试验规程》（SL 352-2006）中骨料碱活性检验（砂浆棒快速法）的规定：砂浆试件14d膨胀率小于0.1%，则骨料为非活性的；砂浆试件14d膨胀率大于0.2%，则骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料；砂浆试件14d膨胀率在0.1%～0.2%之间的，需采用多种辅助方法，并延长观测龄期至28d等进行综合评定。

2.2 混凝土棱柱体法

准备实验用原材料，制作混凝土棱柱体试件（尺寸规格为75mm×75mm×275mm），养护24h拆模，测量试件的基准长度；38℃的混凝土（水泥）养护箱中继续养护，至1周、2周、4周、8周、13周、18周、26周、39周和52周龄期时（从测基长后算起）分别取出观测长度的变化。

根据《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151－2001）中关于骨料碱活性检验（混凝土棱柱体试验方法）的规定：当试件1年的膨胀率大于或等于0.04%时，则判定为具有潜在危害性反应的活性骨料；膨胀率小于0.04%则判定为非活性骨料。

3 掺加不同配量的粉煤灰，控制膨胀量，抑制碱活性情况

下面结合具体实施方式来介绍抑制水泥混凝土碱活性的方法。

砂浆棒快速法测试水泥混凝土的碱活性抑制率 表1

3.1 砂浆棒快速检测法测试碱活性抑制情况

使用砂浆棒快速检测法，粉煤灰相对粉煤灰和水泥的掺量为0%、20%、25%、30%抑制混凝土碱活性,并以第1组为参照，各组的抑制率见表1。

由上述试验中我们发现，粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的比值越小，抑制水泥混凝土的碱活性效果越差；在一定范围内粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的比值越大，抑制水泥混凝土的碱活性效果越好。

骨料样品混凝土棱柱体试验法碱活性检测及抑制试验结果 表2

3.2 混凝土棱柱体法测试碱活性抑制情况

分别在某工程项目地的坝肩和采石场两个地方采集砂石作为水泥混凝土的骨料见表2，并将上述两个地方的砂石分别均匀分成4组,分别为坝肩-0、坝肩-20、坝肩-25、坝肩-30、采石场-0、采石场-20、采石场-25和采石场-30。

由试验结果可以得出：由坝肩-0和采石场-02种骨料样品制成的混凝土棱柱体1年（52w）的膨胀率分别为0.100%和0.086%，达到0.04%的评价界线，因此评定坝肩和采石场两种骨料样品均为具有潜在害性反应的活性骨料；分别在坝肩和采石场两种骨料样品掺入适量粉煤灰后，可起抑制骨料碱活性的作用，且抑制效果非常显著。

3.3 混凝土掺加粉煤灰与强度之间的关系

选取相同的水泥混凝土原料并配合不同掺量的粉煤灰，制得7组水泥混凝土试样，并检测试样的抗压强度，粉煤灰掺量与混凝土抗压强度的关系试验结果见表3。

表3

由上述试验中我们发现，粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的比值越小，短期内水泥混凝土强度越大，但是抑制水泥混凝土的碱活性效果越差；在一定范围内粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的比值越大，短期内水泥混凝土强度越小，但是抑制水泥混凝土的碱活性效果越好。

实验得出在粉煤灰的质量占粉煤灰与水泥质量之和的20%～30%的范围内,既能满足对水泥混凝土抗压强度的要求又能保证抑制水泥混凝土碱活性的效果，而且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土成型后一段时间（1年后）强度增长应很明显。

一般情况下，粉煤灰较其他矿物掺合料普遍，价格便宜，运输费用低。水泥混凝土掺入粉煤灰，减少了水泥用量，降低了工程成本。合理选择粉煤灰掺量有利于改善或提高混凝土的和易性、水化热温升、后期强度、耐久性以及抗裂性等性能。

上述粉煤灰都为市售的二级粉煤灰。

4 效果评价及其他

4.1 目标实现情况

分别混凝土配合比中掺入20%和30%的粉煤灰后，可起抑制骨料碱活性的作用，且抑制效果非常显著。

4.2 经济效益

单以某水电站大坝枢纽工程2009年12月至2012年2月浇筑完成的混凝土13万m3计算经济效益：材料节省20%水泥用量为20%×220kg/m3×130000 m3×(水泥单价0.450元-粉煤灰单价0.100元)=200.2万元。

另外，通过掺加粉煤灰抑制的混凝土碱活量，大大降低了大坝因内部应力作用发生质量事故的可能性，效果十分显著。

4.3 无形收获

合理选择粉煤灰掺量有利于改善或提高混凝土的和易性、水化热温升、后期强度、耐久性以及抗裂性等性能。

4.4 巩固措施及标准化

加强工程质量策划工作，每项工程开工前应针对不同工程用原材料、骨料进行必要的化学分析，发现有潜在碱活性危害时，需结合当地情况掺加一定抑制碱活物质，确保每项工程构筑物安全。

结合不同工程特点，制订新的工艺流程，明确施工方式。

建立混凝土碱活性“档案库”，绘制不同工程碱活性发生机率，提出不同的抑制措施。

[1]重庆中坝子水库电站混凝土配合比及性能试验研究成果报告[R].

[2]DL/T 5151－2001，水工混凝土砂石骨料试验规程[S].北京：中国电力出版社，2001.

[3]SL 352-2006,水工混凝土试验规程[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

[4]专利号2014102098.9：抑制水泥混凝土碱活性的方法[P].