评定混凝土骨料碱－硅酸活性反应抑制措施有效性的方法

摘要

一种评定混凝土骨料碱－硅酸活性反应抑制措施有效性的方法，其用实际工程活性骨料与有效碱Na2O含量小于或等于0.60％的低碱水泥或有效碱Na2O含量为0.90％±0.1％的高碱水泥掺粉煤灰成型砂浆试件，并确定：如果成型的是低碱水泥砂浆试件，则砂浆试件的14d膨胀率等于或小于0.040％，则该抑制措施有效；如果成型的是高碱水泥掺粉煤灰砂浆试件，则砂浆试件的14d膨胀率等于或小于0.050％，则该抑制措施有效。这样就可快速测定用实际工程活性骨料成型的砂浆试件膨胀率，并检验和评定混凝土碱骨料反应的抑制措施有效性，以满足工程建设的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土骨料碱-硅酸活性反应抑制措施，特别涉及评定混凝土骨料碱-硅酸活性反应抑制措施有效性的方法。

背景技术

目前，我国有向家坝水电站、三板溪水电站、锦屏水电站等多项水电工程先后开展了预防混凝土碱-骨料反应试验研究工作。试验研究成果显示：采取使用低碱水泥(有效碱Na₂O含量≤0.60％)、在混凝土中掺能够消耗混凝土中有效碱的掺合料等多种控制混凝土总碱量的措施均可明显抑制骨料碱-硅酸活性反应。

混凝土骨料碱-硅酸活性反应对混凝土耐久性的影响主要表现为碱-骨料反应产物产生危害性膨胀而导致混凝土开裂。预防活性骨料混凝土遭受碱-硅酸反应破坏的办法就是采取安全有效的措施抑制骨料碱活性反应的发生，将混凝土的膨胀率控制在安全范围值以内。

随着我国工程建设事业的不断发展，越来越多的混凝土工程将会遇到具有潜在危害性反应的活性骨料。为了降低工程造价，越来越多的工程将会采用有效抑制骨料碱活性反应这条技术路线，在采取预防措施的前提下使用工程附近具有碱-硅酸活性反应的混凝土骨料。骨料碱-硅酸活性反应对混凝土工程造成破坏的现象，一般要在工程建成几十年以后才表现出来。

水工混凝土工程事关百年大计，工程必须高标准、严要求，做到万无一失。一旦出现破坏现象将严重威胁到国家和人民的生命财产安全、给工程造成巨大的经济损失。如何通过试验手段检验工程所采用的抑制措施是安全有效的，目前世界各国均在研究之中。

现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中的抑制骨料碱活性效能试验方法，是以高活性的石英玻璃砂与高碱水泥(含碱量1.0％)制成砂浆试件(即标准试件)，与掺与抑制材料的砂浆试件(即对比试件)，同时放入40℃水蒸气养护室里养护，进行同一龄期膨胀率比较，以衡量抑制用材料的抑制效能。其评定标准是：

——对掺与掺合料(75％为标准试件所用的水泥，25％为掺合料)或外加剂的对比试件，若14d(天)龄期砂浆膨胀率降低率Re不小于75％，并且56d(天)的膨胀率小于0.05％，则认为所掺的掺合料或外加剂及其相应的掺量具有抑制骨料碱活性反应的效能；

——对工程上所选用的水泥制作的对比试件，除满足14d(天)龄期砂浆膨胀率降低率Re不小于75％要求外，对比试件14d(天)龄期膨胀率还不得大于0.02％，才能认为该水泥不会产生有害的碱-骨料膨胀。

该评定标准的局限性主要表现在下列2个方面：

(1)该方法检验的是某一种抑制材料(掺合料或外加剂或水泥)的抑制效能，使用的是同一种高活性骨料(石英玻璃砂)、同一砂浆的原材料配比，与工程使用的活性骨料没有联系起来；

(2)在实际工程中，不同品种的活性骨料其活性高低不同，砂浆或混凝土其原材料配比不同，达到安全有效抑制效果所需要的抑制材料的数量也不可能会完全相同，采用25％掺量的掺合料来评定它的抑制效能亦是不完善的，有些混凝土不允许掺25％的掺合料，该如何评定它的抑制效能？

基于上述情况，当今国际上抑制骨料碱活性反应有效性研究的普遍试验方法是进行工程混凝土试件膨胀率的测定，该方法试验龄期长，一般要2～3年。这对于一般工程来说，在时间上难以满足。因此，迫切需要一种用实际工程活性骨料进行的快速试验方法测定的膨胀率，与实际工程活性骨料混凝土试件长龄期测定的膨胀率进行比较，来检验和评定混凝土碱骨料反应的抑制措施有效性，以满足工程建设的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种评定混凝土骨料碱-硅酸活性反应抑制措施有效性的方法，使得能参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验之砂浆棒快速法进行骨料碱-硅酸活性反应抑制措施的有效性检验，确定一组该快速检验方法的评定值来评定混凝土骨料碱-硅酸活性反应抑制措施的有效性，以替代实际工程混凝土试件长龄期膨胀率测定的骨料碱-活性反应抑制措施有效性检验方法，以满足工程建设的需要。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种评定混凝土骨料碱-硅酸活性反应抑制措施有效性的方法，其包括下列步骤：

①用实际工程活性骨料与有效碱Na₂O含量小于或等于0.60％的低碱水泥或有效碱Na₂O含量为0.90％±0.1％的高碱水泥掺粉煤灰成型砂浆试件；

②将砂浆试件放置于80℃水中浸泡24小时测定基长；

③如果是与有效碱Na₂O含量小于或等于0.60％的低碱水泥成型的砂浆试件，则将砂浆试件浸泡在温度为摄氏80℃且浓度与砂浆试件孔溶液碱浓度相同的NaOH溶液中进行养护，测定砂浆试件的14d膨胀率，如果14d膨胀率大于0.040％，则该抑制措施无效；如果14d膨胀率等于或小于0.040％，则该抑制措施有效；

④如果是与有效碱Na₂O含量为0.90％±0.1％的高碱水泥掺粉煤灰成型的砂浆试件，则将砂浆试件浸泡在温度为摄氏80℃且浓度为1mol/L的NaOH溶液中进行养护，测定该砂浆试件的14d膨胀率，如果14d膨胀率大于0.050％，则该抑制措施无效；如果14d膨胀率等于或小于0.050％，则该抑制措施有效。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验的砂浆棒快速法(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)，用实际工程活性骨料成型低碱水泥和高碱水泥掺粉煤灰砂浆试件，并确定：如果成型的是低碱水泥砂浆试件，则将砂浆试件浸泡在温度为摄氏80℃且浓度与砂浆试件孔溶液碱浓度相同的NaOH溶液中进行养护，测定砂浆试件的14d膨胀率，如果14d膨胀率大于0.040％，则该抑制措施无效；如果14d膨胀率等于或小于0.040％，则该抑制措施有效；如果成型的是高碱水泥掺粉煤灰砂浆试件，则将砂浆试件浸泡在温度为摄氏80℃且浓度为1mol/L的NaOH溶液中进行养护，测定该砂浆试件的14d膨胀率，如果14d膨胀率大于0.050％，则该抑制措施无效；如果14d膨胀率等于或小于0.050％，则该抑制措施有效。这样就可快速测定用实际工程活性骨料成型的砂浆试件膨胀率，并检验和评定混凝土碱骨料反应的抑制措施有效性，以满足工程建设的需要。

具体实施方式

实施例1：参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验的砂浆棒快速法(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)，用三板溪水电站砂岩人工砂与低碱水泥(有效碱Na2O含量≤0.60％)成型砂浆棒快速法试件，将试件放置于80℃水中浸泡24小时测定基长，然后将试件浸泡于温度为摄氏80℃且与砂浆试件孔溶液碱浓度(NaOH浓度≤0.41mol/L)相同的NaOH溶液中浸泡养护，按不同龄期分别测定试件的膨胀率。

同时，参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验的砂浆棒快速法(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)，用三板溪水电站砂岩人工砂与高碱水泥(有效碱Na2O含量＝0.90％±0.1％)掺粉煤灰(此实施例中采用凯里灰)成型砂浆棒快速法试件，将试件放置于80℃水中浸泡24小时测定基长，然后将试件浸泡于温度为摄氏80℃且浓度为1mol/L的NaOH溶液中浸泡养护，按不同龄期分别测定试件的膨胀率。

上述使用低碱水泥或高碱水泥掺粉煤灰与三板溪水电站砂岩人工砂成型的五级配砂砂浆试件膨胀率测定结果见表1。

表1三板溪水电站五级配砂砂浆试件膨胀率测定结果

从表1可知：

——在使用低碱水泥(有效碱Na₂O含量≤0.60％)的情况下，该砂岩砂浆棒快速法试件(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)在温度为摄氏80℃的砂浆试件孔溶液(NaOH浓度为0.41mol/L)浸泡养护条件下的14d膨胀率为0.017％，且通过对该试件的微观结构分析发现，该混凝土内部没有发生危害性的碱骨料反应，即该抑制措施安全有效；

——在高碱水泥(有效碱Na₂O含量＝0.90％±0.1％)中掺20％粉煤灰时，该砂岩砂浆棒快速法试件在温度为摄氏80℃且浓度为1mol/LNaOH溶液浸泡养护条件下的14d膨胀率为0.042％，且通过对该试件的微观结构分析发现，该混凝土内部没有发生危害性的碱骨料反应，即该抑制措施安全有效。

实施例2：参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验的砂浆棒快速法(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)，用五强溪水电站砂岩人工砂与低碱水泥(有效碱Na2O含量≤0.60％)成型砂浆棒快速法试件，将试件放置于80℃水中浸泡24小时测定基长，然后将试件浸泡于温度为摄氏80℃且与砂浆试件孔溶液碱浓度(NaOH浓度≤0.41mol/L)相同的NaOH溶液中浸泡养护，按不同龄期分别测定试件的膨胀率。

同时，参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验的砂浆棒快速法(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)，用五强溪水电站砂岩人工砂与高碱水泥(有效碱Na2O含量＝0.90％±0.1％)掺粉煤灰(此实施例中采用株洲灰和凯里灰)成型砂浆棒快速法试件，将试件放置于80℃水中浸泡24小时测定基长，然后将试件浸泡于温度为摄氏80℃且浓度为1mol/L的NaOH溶液中浸泡养护，按不同龄期分别测定试件的膨胀率。

上述使用低碱水泥或高碱水泥掺粉煤灰与五强溪水电站砂岩人工砂成型的五级配砂砂浆试件膨胀率测定结果见表2。

表2五强溪水电站五级配砂砂浆试件膨胀率测定结果

从表2可知：

——在使用低碱水泥(有效碱Na₂O含量≤0.60％)的情况下，五强溪砂岩砂浆棒快速法试件在温度为摄氏80℃且砂浆孔溶液(NaOH浓度≤0.41mol/L)中浸泡养护条件下的14d膨胀率为0.017％～0.018％，且通过对该试件的微观结构分析发现，该混凝土内部没有发生危害性的碱骨料反应，即该抑制措施安全有效；

——在高碱水泥(有效碱Na₂O含量＝0.90％±0.1％)中掺20％粉煤灰时，五强溪砂岩砂浆棒快速法试件在温度为摄氏80℃且浓度为1mol/LNaOH溶液中浸泡养护条件下的14d膨胀率为0.042％～0.045％，且通过对该试件的微观结构分析发现，该混凝土内部没有发生危害性的碱骨料反应，即该抑制措施安全有效。

实施例3：用五强溪砂岩掺入5％的高活性玻璃质骨料配置人工活性骨料，参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验的砂浆棒快速法(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)，用该人工活性骨料与低碱水泥(有效碱Na2O含量≤0.60％)成型砂浆棒快速法试件，将试件放置于80℃水中浸泡24小时测定基长，然后将试件浸泡于温度为摄氏80℃且与砂浆试件孔溶液碱浓度(NaOH浓度≤0.41mol/L)相同的NaOH溶液中浸泡养护，按不同龄期分别测定试件的膨胀率。

同时，参照现行的DL/T5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中骨料碱活性试验的砂浆棒快速法(400g胶凝材料、五级配砂、1∶2.25灰砂比、0.47水灰比)，用人工活性骨料与高碱水泥(有效碱Na2O含量＝0.90％±0.1％)掺粉煤灰(此实施例中采用株洲灰)成型砂浆棒快速法试件，将试件放置于80℃水中浸泡24小时测定基长，然后将试件浸泡于温度为摄氏80℃且浓度为1mol/L的NaOH溶液中浸泡养护，按不同龄期分别测定试件的膨胀率。

上述使用低碱水泥或高碱水泥掺粉煤灰与人工活性骨料成型的五级配砂砂浆试件膨胀率测定结果见表3。

表3人工活性骨料五级配砂砂浆试件膨胀率测定结果

从表3人工活性骨料五级配砂砂浆试件膨胀率测定结果可知：

——对于掺5％高活性玻璃质的人工活性骨料而言，虽然低碱水泥砂浆试件14d龄期膨胀率明显低于高碱水泥砂浆试件，但仍然有0.140％～0.206％，即砂浆试件仍产生了危害性的膨胀，且随着养护龄期的不断延长，低碱水泥砂浆试件膨胀率甚至高出高碱水泥砂浆试件。所以，对掺5％高活性玻璃质的人工活性骨料不能采取砂浆孔溶液浸泡的养护方式进行使用低碱水泥抑制措施的有效性检验，即参照砂浆棒快速法检验使用低碱水泥(有效碱Na₂O含量≤0.60％)抑制措施的有效性对于掺5％高活性玻璃质的人工活性骨料而言是不适用的；

——对于掺5％高活性玻璃质的人工活性骨料而言，在高碱水泥(有效碱Na₂O含量＝0.90％±0.1％)中掺25％粉煤灰时，相应砂浆棒快速法试件在80℃浓度为1mol/LNaOH溶液中浸泡养护条件下的14d膨胀率为0.042％～0.045％，通过对该试件的微观结构分析发现，该混凝土内部没有发生危害性的碱骨料反应，即采取在高碱水泥(有效碱Na₂O含量＝0.90％±0.1％)中掺25％粉煤灰的抑制措施，可安全有效的抑制掺5％高活性玻璃质人工活性骨料的碱-硅酸活性反应。