摘要：通过岩相法、碳酸盐初选法、砂浆棒长度法、快速砂浆棒法和混凝土棱柱体法试验，研究分析了燕山水库某料场用YS表示该骨料的碱活性程度。结果表明：YS骨料具备中等的碱硅酸活性，并不具备碱碳酸盐活性。
关键词：碱骨料反应；碱活性；膨胀
碱骨料反应(AAR)是影响混凝土耐久性的重要因素之一[1]，是混凝土内部成份之间进一步化学反应的一种。混凝土原材料中的水泥、外加剂、掺合料及水中的碱（Na2O和K2O）与骨料中的活性Si2O发生逐渐反应，生成物吸水后产生体积膨胀，导致混凝土胀裂破坏[2]。碱骨料反应不同于其他混凝土病害，其产生的破坏具有整体性的特点，目前尚无有效的阻止和修复方法，被称为“混凝土的癌症”[3]。因此开展骨料碱活性的试验研究，快速而准确地鉴定骨料的活性程度对混凝土工程的安全具有重要意义。
在建的燕山水库是淮河流域规划确定的沙河流域防洪工程体系的重要组成部分，是淮河上游继板桥水库、石漫滩水库后的第三座大型防洪控制工程，也是控制漯河市至周口市河道防洪安全的关键性工程，在国务院批复的《淮河流域近期防洪建设若干意见》中被确定为骨干防洪工程。燕山水库位于淮河最大的支流沙颍河的上游，坝址在京广铁路以西、平顶山市叶县境内保安镇杨湾村干江河上，水库控制流域面积1 169 km2，是一座以防洪为主兼顾灌溉、供水和发电等综合效益的大型枢纽工程。燕山水库工程最大坝高34.7 m，总库容9.25亿m3，工程等别和规模属II等大（2）型，其主要建筑土坝、溢洪道、泄洪道、泄洪洞和输水洞进水口为2级。根据水库运行要求，泄洪洞和溢洪道消能防冲建筑物设计洪水标准为50年一遇。
初步调查认为，燕山水库个别料场的骨料存在不同程度的碱活性，为此，采用多种试验方法分析确定骨料的碱活性，为燕山水库混凝土工程的安全提供技术支持。
1 试验方案
综合现有国内外骨料碱活性检测方法的优缺点，采用的试验方法及技术路线如图1所示：
1.1 试验原材料
试验所用水泥为荆门525中热硅酸盐水泥，其化学成分见表1。骨料取自燕山水库某料场，用YS表示该骨料。
1.2 试验方法
岩相法：岩相法按文献［4］中5.1方法进行。
碳酸盐初选法：按文献［4］中5.4方法进行。共制作1组6个试件，试件浸泡84 d后膨胀率在0.1％以上时，该骨料应评为具有潜在碱活性危害。
砂浆棒长度法：按文献［4］中5.3方法进行。共制3组9个试件，在38 ℃下养护, 分别测量试件14 d 、1个月 、3个月 及6个月时的膨胀率, 若膨胀率大于0.1％时则判为具有活性。
快速砂浆棒法：按文献［4］中5.5方法进行。共制3组9个试件，在80℃、95％湿度的条件下养护，分别测量试件3 d、7 d、14 d的膨胀率。当14 d膨胀率小于0.1％，即评为非活性骨料，若14 d膨胀率大于0.2％，则评为具有危害性的活性骨料。如果14 d膨胀率介于0.1％～0.2％之间时，则应将观测时间延至28 d，再进行综合评定。
混凝土棱柱体法：按文献［4］中5.6方法进行。共制作3组9个试件，在38 ℃下养护, 分别测量试件1周、2周、4周、8周、13周、18周及一年的膨胀率，若膨胀率大于0.04％时则判为具有活性。
2 试验结果及分析
2.1 岩相法结果分析
采用X－射线衍射法对骨料的矿物成份进行了分析，结果见表2。
分析结果显示，骨料的主要矿物成份为石英，含有少量的白云石和方解石。石英是碱硅酸活性矿物，而白云石和方解石是碱碳酸盐活性矿物[5]。这些矿物的存在使得骨料具有同时发生碱硅酸反应和碱碳酸盐反应的矿物条件。
2.2 碳酸盐初选法试验结果分析
由图2可见，碳酸盐初选法6个试件的膨胀率变化趋势基本一致，但是84 d膨胀率都低于0.06％，因此YS骨料不具备碱碳酸盐反应活性。养护4周后，试件局部表面有细小裂纹出现，但随着龄期的延长，裂纹的扩展速度非常缓慢，且范围也没有大的变化，也反映出YS骨料的碱碳酸盐活性很低。
2.3 砂浆棒长度法试验结果分析
图3为砂浆棒长度法试验结果。可以看出，3组试件的平均膨胀率前期增长较快，至三个月时基本达到最大值，之后变化不大，6个月时平均最大膨胀率为0.120％，最小为0.108％，因此YS骨料具备碱硅酸反应活性，但不属于高活性骨料。浸泡在水中的砂浆棒试件在2 d后开始有胶状物质析出，此后逐渐增多，到6个月时，胶状物质已覆盖试件2/3的表面，干燥后成为乳白色薄片状，手搓易碎成乳白色粉末。
2.4 快速砂浆棒法试验结果分析
快速砂浆棒法试验结果中（见图4），3组试件14 d的平均膨胀率最大值为0.232％，最小值为0.209％，表明YS骨料具备危害性碱硅酸反应活性。浸泡在NaOH溶液中的砂浆棒试件在3 h后开始有胶状物质析出，此后逐渐增多，到14 d时，胶状物质完全覆盖试件表面，干燥后也为乳白色薄片状，手搓也易碎成乳白色粉末。
2.5 混凝土棱柱体法试验结果分析
混凝土棱柱体法试验结果中（见图5），3组试件的平均膨胀率变化趋势基本一致，前期膨胀率增加很快，在8周左右基本达到稳定，至一年时膨胀率均大于0.04％，因此YS骨料具备碱硅酸反应活性。
2.6 试验结果综合分析
从上面的试验结果来看, 各种方法评定的结果之间存在着一定的差异。对于YS骨料, 岩相法试验结果显示骨料同时具备发生碱硅酸反应和碱碳酸盐反应的矿物条件；而用碳酸盐初选法检测，YS骨料在常温下不具备碳酸盐活性；用砂浆棒法和快速砂浆棒法检测, 认为YS骨料具有碱硅酸活性；用混凝土棱柱体法检测，也认为YS骨料具有一定的碱硅酸活性。就各种试验方法来讲，快速砂浆棒法被认为是目前比较准确可靠的检测方法，而混凝土棱柱体法直接使用粗骨料，因而更接近混凝土实际。因此综合分析后判定，YS骨料具有中等碱硅酸活性。
3 结 语
采用岩相法、碳酸盐初选法、砂浆棒长度法、快速砂浆棒法及混凝土棱柱体法，对在建的燕山水库某料场混凝土骨料的碱活性进行了检测，认为该料场混凝土骨料具备发生碱硅酸反应和碱碳酸盐反应的矿物条件，虽然发生碱碳酸盐反应的活性很低，但却具有中等碱硅酸活性，因此如果使用该骨料，混凝土工程将面临碱骨料反应病害的威胁，危及水库的安全，最终决定放弃使用该料场。
参考文献:
［1］ 徐有邻.混凝土结构设计规范理解与应用［M］.北京：中国建筑工业出版社.2002.
［2］ 唐明述.碱硅酸盐反应与碱碳酸盐反应［J］.中国工程科学,2000,2（1）：34-40.
［3］ D.W.Hadley, Proc.Highway Research Record［J］.1961,40(462).
［4］ DL/T5151-2001，水工混凝土骨料试验规范［S］.
［5］ 梅来宝，邓 敏，唐明述.碱—碳酸盐反应研究进展［J］.南京工业大学学报,2002,24(2):104-110.
