不同粉煤灰掺量对人工骨料碱活性抑制影响试验研究

2011-09-11吕鹏飞许继刚

四川水力发电 2011年2期

吕鹏飞，许继刚

(国电大渡河深溪沟水电有限公司，四川汉源 625300)

1 问题产生的背景

近年来混凝土碱骨料反应(AAR)给建筑物带来的破坏已逐渐被人们所认知，尤其是大型水利工程在前期勘测设计阶段，对混凝土骨料进行碱活性试验分析已是必不可少。如何降低或避免混凝土碱骨料反应，广大科研工作者对该课题作了大量的试验分析工作。笔者以深溪沟水电站为例，介绍了对当地人工骨料碱活性抑制进行的试验研究。深溪沟水电站大坝混凝土设计总量103.5万m3，其中主体结构混凝土76万m3。招标阶段拟采用两种料源作为人工骨料:一种是洞室开挖过程中产生的洞挖可用料(主要为白云质灰岩);另一种是基坑覆盖层开挖过程中产生的砂卵砾石料(以下简称河床料)。洞挖料经检测性能稳定，适合作为混凝土骨料料源。笔者主要针对河床料的碱活性试验相关检测结果进行分析，通过试验，研究了不同粉煤灰掺量对人工骨料碱活性的抑制影响，为大坝粉煤灰选择提供了参考依据。

2 人工骨料碱活性检验

2.1 河床料碱活性检测

试验检验按规范［1］中的砂浆棒快速法对河床料进行碱活性检验。

按式(1)计算掺和料对碱骨料反应膨胀的抑制率R。

式中 E0为参比试件(无掺和料掺入)膨胀率;Ei为同龄期掺加掺和料试件的膨胀率。

该方法能在较短时间内检测出骨料在砂浆中潜在的有害的碱-硅酸反应(ASR)，适合于检验反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料。为了减少试验的偶然性，对河床料进行了四次平行试验，试验结果见表1。

表1 河床料碱活性检验结果(砂浆棒快速法)表

上述检验结果表明，四次检验的砂浆试件14 d膨胀率均大于0.2%。因此可以判定，深溪沟水电站的人工骨料(河床料)具有潜在碱活性。

2.2 原材料性能检测

本次试验所采用的水泥为峨胜普硅42.5水泥、金顶普硅42.5水泥及嘉华低热42.5水泥;采用的粉煤灰为涛峰Ⅱ级灰和广安Ⅱ级灰，其化学分析见表2。峨胜水泥、金顶水泥和嘉华水泥的压蒸膨胀率分别为:0.016%、0.019% 及0.021%，满足规范中砂浆棒快速法对水泥压蒸膨胀率小于0.20%的要求。

3 不同粉煤灰品种抑制河床料碱活性效果分析

采用深溪沟水电站混凝土拟用的两种Ⅱ级粉煤灰进行不同粉煤灰品种及掺量(0%、20%、30%和40%)抑制河床料碱活性影响的试验研究。其中水泥品种为峨胜普硅水泥，骨料为深溪沟水电站当地具有潜在活性的河床料。试验方法采用砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法。

表2 水泥化学成分表

3.1 砂浆棒快速法试验成果

(1)水泥为峨胜普硅水泥，采用涛峰Ⅱ级粉煤灰及广安Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰掺量分别为20%、30%、40%时，两种粉煤灰配制的砂浆棒14 d膨胀率均随粉煤灰掺量的增加而降低。

(2)两种粉煤灰配制的砂浆棒的膨胀抑制率相差不大。当粉煤灰掺量分别为20%、30%、40%时，采用涛峰Ⅱ级灰配制的砂浆棒14 d膨胀抑制率较广安Ⅱ级灰分别高1.8%、1.3%、0.8%，表明掺涛峰Ⅱ级灰对河床人工骨料碱活性的抑制效果略优于掺广安Ⅱ级灰。

砂浆棒快速法试验成果见表3及图1、2。

表3 不同粉煤灰品种的膨胀率和抑制率(砂浆棒快速法)表

图1 不同粉煤灰品种的膨胀率图

3.2 混凝土棱柱体法试验成果

(1)当水泥为金顶水泥、采用涛峰Ⅱ级灰及广安Ⅱ级灰、粉煤灰掺量分别为10%、20%、30%时，两种粉煤灰配制的混凝土棱柱体52周膨胀率均随粉煤灰掺量的增加而降低。

图2 不同粉煤灰品种的14 d膨胀抑制率图

(2)两种粉煤灰拌制的混凝土棱柱体的膨胀抑制率有一定差异，当粉煤灰掺量分别为10%、20%、30%时，采用涛峰Ⅱ级灰拌制的混凝土棱柱体52周膨胀抑制率较广安Ⅱ级灰分别高3%、10.5%、4.9%，表明掺涛峰Ⅱ级灰对河床人工骨料碱活性的抑制效果略优于掺广安Ⅱ级灰，与砂浆棒快速法试验研究结果相一致。

混凝土棱柱体法的具体试验成果见表4。

4 单一粉煤灰品种抑制河床料碱活性效果分析

选用深溪沟工程采用的广安Ⅱ级粉煤灰进行不同掺量粉煤灰抑制河床料碱活性的试验研究。水泥品种为峨胜普硅水泥、金顶普硅水泥及嘉华低热水泥;粉煤灰的掺量为0%、10%、20%、30%和40%，同时进行非活性骨料砂浆膨胀率的测试，并与不同粉煤灰掺量时河床料的砂浆膨胀率进行比较，进而对粉煤灰抑制河床料碱活性效果进行分析，成果如下:

表4 不同粉煤灰品种的膨胀率和抑制率(混凝土棱柱体法)表

(1)采用广安Ⅱ级灰。随着粉煤灰掺量的增加，三种水泥配制的砂浆棒试件的膨胀抑制率随粉煤灰掺量的增加而提高。当粉煤灰掺量大于20%时，三种水泥配制的砂浆棒试件的膨胀抑制率均大于95%，满足试验规程［1］要求。

(2)与非活性骨料相比，当粉煤灰掺量大于20%时，采用三种水泥配制的砂浆棒14 d膨胀率均小于对应水泥与非活性骨料配制的砂浆棒14 d膨胀率，表明在粉煤灰掺量不小于20%的情况下，河床料用于实际工程中具有一定的安全性。

具体试验成果见表5，与非活性骨料的比较情况见图3～5。

表5 不同粉煤灰品种的膨胀率和抑制率(砂浆棒快速法)表

5 结语

通过对不同品种水泥条件下进行抑制深溪沟工程河床料碱活性膨胀试验分析，可以得出以下结论:

(1)在相同的条件下，涛峰Ⅱ级粉煤灰对骨料碱活性的抑制效果略优于广安Ⅱ级粉煤灰。

(2)当粉煤灰掺量大于20%时，三种水泥配制的砂浆棒试件的膨胀抑制率均大于95%，满足相关规程规范要求。同时，与非活性骨料相比，其14 d砂浆棒膨胀率小于非活性骨料的膨胀率。因此，通过对胶凝材料进行比选，建议掺入30%左右粉煤灰，对河床料碱活性抑制效果更好;同时，还可以有效降低单方水泥用量，提高混凝土抗裂性能并降低温控成本。就目前使用效果而言，深溪沟工程河床料用于实际工程中具有一定的安全性。