水溶出法测定混凝土碱含量的有效性研究

2020-12-21刘清波尹帮达

建材世界 2020年6期

黄姣，刘清波，尹帮达

(湖南省水利水电勘测设计研究总院，长沙 410007)

碱骨料反应是混凝土常见破坏形式之一，会造成混凝土的开裂及整体破坏。其中混凝土孔隙溶液中的有效碱含量才是造成碱骨料反应的有效成分已经成为共识[1-3]，但目前仍没有准确有效的方法测定混凝土碱含量，大量学者仍在对有效碱的检测方法进行探索研究，其中水溶出法是目前研究最多的方法之一[4-6]，大部分学者主要参照ASTM C114—2007《Standard Test Methods for Chemical Analysis of Hydraulic Cement》[7]进行试验或改进，虽然GB/T 50784—2013《混凝土结构现场检测技术标准》6.4.3节[8]已经对混凝土可溶性碱含量的检测进行了规定，但水溶出法测定混凝土碱含量仍需进一步收集数据进行完善。

1 试验过程

1.1 混凝土配合比计算碱含量

混凝土配合比计算碱含量参照规范DL/T 5298—2013[9]按式(1)计算

Mh=Wc×Cc+Wa×Ca+Wm×Cm

(1)

式中,Mh为混凝土的总碱量，kg/m3；Wc为混凝土水泥用量，kg/m3；Wa为混凝土外加剂用量，kg/m3；Wm为混凝土粉煤灰用量，kg/m3；Cc为水泥有效碱含量，%，按100%碱含量计算；Ca为外加剂有效碱含量，%，按100%碱含量计算；Cm为粉煤灰有效碱含量，%，按粉煤灰碱含量的1/5计算。

另外，通过添加25%NaOH溶液，得到不同的混凝土计算碱含量。

1.2 混凝土配合比

采用的混凝土配合比见表1，水泥为莲花P·O42.5，碱含量为0.66%，粉煤灰为鲤鱼江F类II级粉煤灰，碱含量为0.9%，骨料1为新疆乌恰地区的弱绢云母化石英砂岩，骨料2为湖南道县地区的千枚岩，采用砂浆棒快速法检测均判定为活性骨料。

表1 混凝土配合比

1.3 水溶出法测定混凝土碱含量

参照GB/T 50784—2013，先破碎混凝土，剔除石子，研磨至全部通过0.080 mm的方孔筛，用磁铁吸出样品中的金属铁屑，将样品置于105 ℃恒温干燥箱中烘干至恒重，取25.0 g样品放入500 mL的锥形瓶中，加入300 mL蒸馏水，在80 ℃水浴锅中用磁力搅拌器搅拌2 h，然后在弱真空条件下用布氏漏斗过滤，将滤液转移至 500 mL的容量瓶中，加水至刻度，摇匀。用火焰光度计进行测定，测得检流计的读数。与此同时用蒸馏水做空白样品，扣除空白样品的检流计读数后，从工作曲线上查得K2O、Na2O的毫克数，计算混凝土中的可溶性碱量。

1.4 砂浆棒快速法测膨胀率

混凝土拌合物筛除粗骨料后，成型25.4 mm×25.4 mm×285 mm规格砂浆试件，参照砂浆棒快速法进行试验，测定不同龄期试件膨胀率。

2 分析与讨论

用水溶出法测定混凝土碱含量见表2。

表2 不同龄期混凝土水溶出法测得碱含量

2.1 掺粉煤灰对水溶出法测定碱含量的影响

已有大量文章证明[10,11]，粉煤灰在抑制碱骨料反应方面有着重要作用，掺入一定量的粉煤灰能有效降低砂浆棒膨胀率。表2中y6与y7、y13与y14相同龄期碱含量进行比较，可以看出，虽然前期掺粉煤灰的样品相较于未掺粉煤灰的样品测得碱含量小，但后期掺粉煤灰的样品相较于未掺粉煤灰的样品碱含量增加。唐明述等人[12]从化学作用的角度总结了四点掺合料对碱骨料反应的影响原因，其中一种影响原因为掺合料微粒表面产生界面化学作用，吸附OH-、Na+、K+，降低骨料表面的离子浓度，从试验结果看，早期粉煤灰吸附碱离子的能力强，在后期粉煤灰又将碱离子释放出来，这个也符合张承志等人的观点[13]，即反应前期粉煤灰颗粒先吸附碱离子，减缓碱骨料反应，但粉煤灰与Ca(OH)2能发生火山灰反应，故随着火山灰反应的发生，Ca2+使粉煤灰对碱离子的吸附作用减小，碱离子被释放出来。

另外，混凝土拌合物筛除骨料后参照砂浆棒快速法进行试验，膨胀率见表3。

从砂浆棒膨胀率可以看出，掺了粉煤灰的试件膨胀率低于没掺粉煤灰的试件，粉煤灰对碱反应起到了抑制作用，结合以上说明，水溶出法测得碱含量高的不一定更易发生碱反应，水溶出法还需考虑粉煤灰的影响。