东南亚某水电站安山岩人工骨料碱活性特征及工程措施研究

杨松甘小泉黄子炎

摘要：东南亚某水电站工程场地拟采用广泛分布的安山岩作为混凝土坝的人工骨料料源[1]，经骨料碱活性反应试验检测，此安山岩具有可能潜在碱硅酸反应活性。通过含碱量不同的水泥制件试验表明降低水泥碱含量能较好的抑制安山岩碱活性，使用0.6%含碱量的水泥制作试件不具碱活性。在本工程施工中采用掺加一定量的粉煤灰的混凝土以达到降低混凝土碱含量的目的，大坝浇筑至今已四年的时间，未发现混凝土发生碱活性破坏现象，取得了良好的社会经济效益。

关键词：人工骨料；安山岩；碱活性；抑制措施

1安山岩骨料概况

东南亚某水电站河床段混凝土坝长464m，最大坝高59m，混凝土总量约76.7万m3。骨料料源选用本场地广泛分布的侏罗系上统~白垩系（J3～K）安山岩，呈灰绿色、绿灰色，细粒结构，块状构造，局部斑状结构，杏仁构造。基质结构为玻璃质，块状构造或流纹构造，局部有杏仁构造。斑晶变化较大（10~40%），主要包括斜长石，辉石，角闪石，黑云母等。基质包括细晶长石（中长石）、黑云母、角闪石、辉石、细晶磁铁矿、锆石及火山玻璃蛋白石（30-40%），部分绿泥石化，具蚀变现象。

该安山岩矿物成分主要由SiO2组成，含量为50.76%，其余矿物有11.35%Fe2O3、13.81%Al2O3、7.64%CaO、3.79%MgO、0.68%K2O、4.48%Na2O、0.11%SO3和其余5.66%。

2碱活性研究方法比较

碱活性骨料反应是指在一定条件下会与混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂等中的碱物质发生化学反应，可以导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏。它是影响水泥混凝土耐久性的重要因素之一[2]，可分为碱硅酸反应、碱碳酸反应、碱硅酸盐反应，能与混凝土中碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中，与岩石成因有一定关连。

碱活性研究方法有：岩相法、化学法和长度法，常见碱活性检测试验方法[3][4]简要比较情况见表1。

表1碱活性检测试验常见鉴定方法比较

石英和微晶质至隐晶质石英

根据岩相分析成果，然后开展安山岩的碱硅酸反应膨胀性—砂石碱活性快速试验、碱硅酸反应膨胀性—砂浆棒快速法试验、碱硅酸反应膨胀性—砂浆棒长度法试验等三种试验检测安山岩的碱活性。砂石碱活性快速试验采用标准水泥（南京江南-小野田水泥有限公司生产的52.5级硅酸盐水泥（P.II）），其等当量Na2O含量为0.50%，实验时用化学纯NaOH将水泥的碱含量调整为1.50%（等当量Na2O含量）；砂浆棒快速法试验采用标准水泥，其等当量Na2O含量为0.60%，试验时碱含量调整为0.90%（等当量Na2O含量），同时直接采用标准水泥进行试验；砂浆棒长度法试验采用标准水泥，其等当量Na2O含量为0.60%，试验时碱含量调整为1.20%（等当量Na2O含量）；同时直接采用标准水泥进行试验。检测成果见表3。

表3安山岩碱活性检测试验成果汇总表

由安山岩碱活性检测试验成果可知：1、安山岩含有50.76%SiO2、11.35%Fe2O3、13.81%Al2O3、7.64%CaO、3.79%MgO、0.68%K2O、4.48%Na2O、0.11%SO3和5.66%烧失量；2、安山岩主要由微晶长石和方解石组成，含有少量绿泥石、石英晶体和约6%微晶质至隐晶质石英，未显见白云石，不具有碱碳酸盐反应活性；3、砂石碱活性快速试验方法结果表明，安山岩不具有碱硅酸反应活性；砂浆棒快速法试验结果表明，安山岩可能具有潜在碱硅酸反应活性。

（2）碱活性抑制试验

混凝土发生碱骨料反应破坏必要条件为[5]：一是骨料中具有一定数量潜在碱活性成分；二是混凝土水泥或外加剂中含相当的碱；三是混凝土建筑物在潮湿环境中运行。对于已确定为料源的安山岩，其含潜在碱活性成分及含量是一定的，混凝土大坝处于河谷中，运行环境基本固定，混凝土合理降低水泥用量[6]、选择含碱较低水泥类型或减少使用含碱性外加剂将是抑制混凝土碱活性反应的经济、有效措施。根据该抑制混凝土碱骨料反应的原则，施工前又开展了骨料碱活性抑制试验，选用含碱量不同水泥进行碱活性试验[7]。试验成果见表4。

用基准水泥做试件，水泥碱含量为0.60%，安山岩砂砂浆棒14d膨胀率小于0.10%，属非碱活性反应，但当水泥中碱含量调整为0.90%时，安山岩砂砂浆棒14d膨胀率达到0.238%，大于0.20%，这说明安山岩砂的碱硅酸反应对水泥中的碱含量较为敏感，控制好或降低混凝土水泥中的碱含量是有效抑制安山岩的碱硅酸反应活性措施。

综合本电站安山岩人工骨料碱活性试验检测及复测成果，安山岩不含白云石，不具有碱碳酸盐反应活性。除砂浆棒快速法试验中部分试件膨胀值超出其判断标准外，其它试验均表明安山岩不具有碱活性。根据《水工混凝土耐久性技术规范》（DL/T5241-2010）的规定，“当采用岩相法或砂浆棒快速法进行碱活性检验时，若评定结果为骨料具有碱活性，则应继续进行混凝土棱柱体法检验，并以混凝土棱柱体法评定结果为准”。因此，本阶段综合各种试验研究成果初步认为，安山岩不具有碱活性。

现场生产结合安山岩人工骨料碱活性试验成果，通过以下措施严格控制了混凝土中碱的总含量，一是掺入一定量的粉煤灰，降低水泥中碱性物的含量；二是减少碱性外加剂的使用；三是大面积混凝土浇筑采用低温混凝土，设置混凝土低温系统，以减膨胀剂的使用。大坝混凝土从浇筑至今已数年，未出现碱活性破坏现象，坝体混凝土结构内应力正常。

表4安山岩碱活性复测试验成果汇总表

4结论

（1）该水电站安山岩骨料不含白云石，不具有碱碳酸盐反应活性。

（2）水泥中的碱含量对该水电站安山岩安骨料的碱硅酸反应较为敏感，采用降低混凝土水泥用量及外加剂的使用，经济、有效的抑制[8]了安山岩骨料混凝土碱活性反应。

参考文献：

[1].东南亚某水电站设计部.某水电站招标设计阶段工程地质勘察报告[R].杭州：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，2014.

[2].DL/T5388-2007水电水利工程天然建筑材料勘察规程[S].

[3].莫祥银，许仲梓，唐明述.国内外混凝土碱集料反应研究综述[J].材料科学与工程.2002，20（1）：128-131.

[4].刘珩，卢都友，许仲梓.集料碱活性监测方法评述[J]，混凝土与水泥制品，2003，4：01-06.

[5].董丽.混凝土碱骨料反应的发生和预防及工程运行实例[J]，黑龙江水利科技，2011，2：第39卷，69-70.

[6].杨冬鹏.粉煤灰对微膨胀碱活性骨料混凝土的影响[J]，金属矿山，2016，4：第3期180-184.

[7].陈彥刚，邓敏，黄蓓.RILEMAAR-5与其它快速法对集料ASR活性检测的对比与评价[J]，硅酸盐通报，2014，10：第33卷第10期2745-2751.

[8].杨铁，周麒雯.深溪沟水电站河床料碱活性检验及碱活性抑制试验研究[J]，水电站设计，2013，3：第29卷第1期114-117.