4、碱骨料反应抑制试验

4、碱骨料反应抑制试验 论 文 摘 要 本文进行了粉煤灰、矿粉和硅灰单掺、双掺及三掺对混凝土碱硅酸反应的抑制效果研究，分别采用快速砂浆棒法和小砂浆棒快速法对三掺砂浆配合比进行了对比验证试验。试验结果表明，单掺15%-50%粉煤灰或者矿粉对混凝土碱硅酸反应具有明显抑制效果，抑制率在32.9%和55.2%之间，掺量越高，抑制效果越好。总掺量为30%-50%的双掺或三掺矿物掺合料对ASR抑制效果也很明显，抑制率在19.0%和66.7%之间，且三掺抑制效果略好于单掺和双掺。快速砂浆棒法与小砂浆棒快速法试验结果具有较好的一致性。 关键词:矿物掺合料;碱硅酸反应;膨胀;抑制 Abstract The research on the effect of suppressing concrete ASR by single-doped, double mixed and three doped mineral admixture such as fly, slag and silica fume has been studied, both Mortar bar rapid method and Small mortar Rod have been applied in the three doped experiments for contrast and authentication. It was shown that the addition of 15%-50% fly or slag was beneficial for suppressing concrete ASR ,the rate of inhibition efficiency was ranging from 32.9% to 55.2%,the more the dosage, the better the inhibition efficiency. It was also beneficial for suppressing concrete ASR by double mixed or three doped mineral admixture which total ash was between 30% and 50%, the rate of inhibition efficiency was ranging from 19.0% to 66.7%, and the suppressing effect by three doped admixture was slightly better than that by single-doped and double mixed admixture. The result by Small mortar Rod was good consistent with that by Mortar bar rapid method. Key words:Mineral admixture;ASR;Expansion;Suppressing I 目 录 摘 要 ........................................................................ I 引 言 ....................................................................... II 目 录 ...................................................................... III 1、绪论 ...................................................................... 1 [1]1.1硅反应(Alkali-silica Reaction ，ASR)机理 ............................ 1 1.2抑制ASR的几种措施 ................................................... 1 1.3目前研究中存在的主要问题 ............................................. 2 1.4本文研究内容 ......................................................... 3 2、原材料 .................................................................... 4 3、试验 .................................................................. 5 3.1快速砂浆棒法 ......................................................... 5 3.1.1 主要仪器设备 ................................................... 5 3.1.2 使用材料 ....................................................... 6 3.1.3 试验步骤 ....................................................... 6 3.1.4 结果计算 ....................................................... 6 3.2小砂浆棒法(压蒸法) ................................................... 7 3.2.1 主要仪器设备 ................................................... 7 3.2.2 材料 ........................................................... 7 3.2.3 试验步骤 ....................................................... 8 3.2.4 结果结算 ....................................................... 8 4、碱骨料反应抑制试验 ........................................................ 9 4.1试验 ............................................................. 9 4.2试验结果及分析 ...................................................... 10 4.2.1 单掺抑制效果 .................................................. 16 4.2.2 双掺抑制效果 .................................................. 18 4.2.3 三掺抑制效果 .................................................. 19 4.2.4 快速砂浆棒法与压蒸法试验的相关性 .............................. 20 结束语 ...................................................................... 17 致 谢 ....................................................................... 18 参考文献 .................................................................... 19 II 引 言 碱集料反应(Alkali aggregate reaction ，AAR)是影响混凝土耐久性下降的重要原因之一。当混凝土结构发生碱骨料反应的时候,这个破坏过程是很难被遏止的，混凝土结构将发生破坏直至最后失效，因此，碱骨料反应也被称之为混凝土的“癌症”。碱骨料反应是一个发生在一些确定的骨料和水泥中的碱之间的一个化学反应。碱一般都来自于波特兰水泥，但也可以从混凝土中的其他组成和环境中获得，在一些条件下，反应的产物能够膨胀和产生内应力，如果足够大就可能导致混凝土开裂，换句话说，如果在混凝土中有足够多的活性骨料，碱和潮湿的环境，混凝土就有可能会膨胀和开裂，从而影响混凝土的工作性和耐久性。 由碱骨料反应而引起的混凝土的破坏通常都是比较慢的，但这个破坏过程是逐步递进的，一般由于碱骨料反应而引起比较明显的开裂是在混凝土使用5-10 ，裂缝会使有侵害性的水，空气和离子更加容易进入混凝土的内部，从而引年后 起其他的破坏现象而导致结构耐久性的降低。所以碱骨料反应是一个严重的破坏现象，必须控制其最小发生的可能性。 碱硅酸反应(ASR)，作为最主要和最普遍的AAR类型，半个世纪以来已在世界范围内造成了混凝土工程的破坏和巨大经济损失。 I 1、绪论 [1]1.1硅反应(Alkali-silica Reaction ，ASR)机理 碱-硅反应是在混凝中的含活性硅的骨料和碱反应进行的，反应的产物是一种复杂的碱-硅凝胶，这种凝胶包围着混凝土中的骨料，当它吸收了混凝土中空隙内的水后就会立刻膨胀。膨胀后的体积比先前的体积大很多，体积的改变就会引起内应力从而导致混凝土的开裂。化学反应方程式如下: SiOnHOROHRSiOnHO,，,,，2(1) (1) 22222 图1 混凝土结构碱骨料反应破坏实例 图2 ASR反应物微观放大图 1.2抑制ASR的几种措施 发生碱骨料反应需要具有三个条件:首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高;第二是骨料中有相当数量的活性成分;第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。 碱骨料反应的预防方法:碱骨料反应条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。有人试图用阻挡水分来源的方法控制碱骨料反应的发展，例如日本从大孤到神户的高速公路松原段陆地立交桥，桥墩和梁发生大面积碱骨料反应开裂，日本曾采取将所有裂缝注入环氧树脂，注射后又将整个梁、桥墩表面全用环氧树脂涂层封闭，企图通过阻止水分和湿空 III 气进入的方法控制碱骨料反应的进展，结果仅仅经过一年，又多处开裂。因此世界各国都是在配制混凝土时采取措施，使混凝土工程不具备碱骨料反应的条件。主要有以下几种措施。 1、控制水泥含碱量 自1941年美国提出水泥含量低于0.6%氧气化钠当量(即NaO+0.658KO)为预防发生碱骨料反应的安全界限以来，虽然22 对有些地区的骨料在水泥含量低于0.4%时仍可发生碱骨料反应对工程的损害，但在一般情况下，水泥含量低于0.6%作为预防碱骨料反应的安全界限已为世界多数国家所接受，已有二十多个国家将此安全界限列入国家或。许多国家如新西兰、英国、日本等国内大部分水泥厂均生产含碱量低于0.6%的水泥。加拿大铁路局则规定，不论是否使用活性骨料，铁路工程混凝土一律使用含碱量低于0.6%的低碱水泥。 2、控制混凝土中含碱量 由于混凝土中碱的来源不仅是从水泥，而且从混合材、外加剂、水，甚至有时从骨料(例如海砂)中来，因此控制混凝土各种原材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更重要。对此，南非曾规定每立方米混凝土中总碱量不得超过2.1kg，英国提出以每立方米混凝土全部原材料总碱量(NaO当量)不超过3kg，已为许多国家所接受。 2 3 3、对骨料选择使用 如果混凝土含碱量低于3kg/m，可以不做骨料活 3性检验，如果水泥含碱量高或混凝土总碱量高于3kg/m，则应对骨料进行活性检测，如经检测为活性骨料，则不能使用，或经与非活性骨料按一定比例混合后，经试验对工程无损害时，方可按试验规定的比例混合使用。 4、掺混合材 掺某些活性混合材可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应。根据各国试验资料，掺10%的硅灰可以有效的抑制碱骨料反应，据悉冰岛自1979年以来，一直在生产水泥时掺5%—7.5%硅灰，以预防碱骨料反应对工程的损害。另外掺粉煤灰也很有效，粉煤灰的含碱量不同，经试验，即使含碱量高的粉煤灰，如果取代30%的水泥，也可有效地掏碱骨料反应。另外常用的抑制性混合材还有高炉矿渣，但掺量必须大于50%才能有效地抑制碱骨料反应对工程的损害，现大美、英、德诸国对高炉矿渣的推荐掺量均为50%以上。2004年南京水利科学研究院针对绍兴曹娥江大闸工程，研究了矿物掺和料抑制碱料反应效果，研究结果 表明:掺加火山灰材料可以有效降低 AAR产生的膨胀，起到抑制AAR效果，其效果比采用低碱水泥好。其中， [2]大掺量磨细矿渣(65%)以减少有害膨胀75%以上。 5、隔绝水和湿空气的来源 如果在担心混凝土工程发生碱骨料反应的部位能有效地隔绝水和空气的来源，也可以取得缓和碱骨料反应对工程损害的效果。 2 1.3目前研究中存在的主要问题 使用低碱水泥和非活性骨料、使用矿物质混合材及锂盐等物理和化学的方法等虽然可以预防碱骨料反应，但是低碱水泥和非活性骨料的使用要 受到资源的限制，金属锂的化合物成本太高。使用掺合料和外加剂可 [3]以有效抑制碱骨料反应造成的膨胀，但是其效果受到诸多因素的影响。 现有检验集料碱活性的实验室方法有岩相法、化学法、各种砂浆棒法和混凝土棱柱体法(CPT)等。岩相鉴定结果对其后选择合适的检测方法有重要指导作用，该法一直作为集料碱活性鉴定的首选方法但岩相法对操作者的技术和经验要求较高且得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系，判定结果通常只能作为参考而不能作为拒绝集料的依据。化学法由于误差很大，重复性差，仅能适用于某些特定类型的集料，而且和其他快速法相比并无明显优越性，加拿大标准协会(CSA)和国际材料与建筑构造研究试验所联合会(RILEM)取消了化学法。和化学法相比，各种砂浆棒法和混凝土棱柱体法以测量试体膨胀为依据、结果直观，是实验室使用最广泛的集料碱活性检测方法。国外大量研究结果表明CPT，即ASTC1293, CSA A23.2-14A和RILEM AAR03，和现场混凝土结果最为吻合，被认为是最可靠的集料碱活性检。(但由于CPT耗时长(需要,年)不能满足大多数工程需要，因此， [4]常作为检验快速法的基准和用于集料碱活性的最终判定。 我国南京化工学院唐明述教授等人在1983年提出了小砂浆棒快速法，法国将此方法改进后列入了该国的国家标准NF P18-588。日本等国也在使用。另一种方法是以南非建筑研究所(NBRI)R.E.Oberholster和G.Davies在1986年首先提出的砂浆棒快速法，美国ASTM在1994年已将其列为正式标准，日本、加拿大等也将其列入了该国的标准，印度、澳大利亚等一些国家也在使用。 我国南京化工学院唐明述教授等人在1983年提出了小砂浆棒快速法，法国将此方法改进后列入了该国的国家标准NF P18-588。日本等国也在使用。另一种方法是以南非建筑研究所(NBRI)R.E.Oberholster和G.Davies在1986年首先提出的砂浆棒快速法，美国ASTM在1994年已将其列为正式标准，日本、加拿大等也将其列入了该国的标准，印度、澳大利亚等一些国家也在使用。 小棒快速法的特点，一是工作量小，操作简便,试验周期短，能够很快对骨料的活性做出判断，可以广泛用来筛选骨料。二是该方法用碱量(超高碱水泥和浸高碱液中反应)超常规的增大，又采取高温-高压的非常态反应路线，它与实际混凝土工程的关系尚缺乏论证。如果用快速法评定的骨料是 1 非活性的，那骨料绝对是安全的，不会产生碱-骨料反应。但国内有些研究者认为，小棒快速法虽不会漏判，却有可能错判。 对碱活性较大的骨料，砂浆长度法和快速法均有较好的相关性，试验结果也趋于一致。但对某些活性不大或缓慢反应的骨料两种方法会得出不一致的结果，并导致误判的发生(如英国燧石骨料)，有大量的资料证明两种方法的不一致性。部分研究者认为在这种情况下，应以砂浆长度法的膨胀 [5]率作为最终判断的依据。 1.4本文研究内容 进行单掺粉煤灰、矿渣、硅灰，双掺粉煤灰和硅灰、双掺粉煤灰和矿渣、双掺矿渣和硅灰，三掺粉煤灰、矿渣和硅灰混凝土碱骨料反应的试验，研究多元化掺和料对混凝土碱骨料反应的抑制效果及影响规律。 首先采用快速砂浆棒法进行碱硅酸反应试验，优化出膨胀率较低的配合比，用小砂浆棒法进行比较论证试验。找出不同试验方法测量结果的相关性。 2 2、原材料 水泥:南京金宁羊P?II42.5，碱含量0.56%。 粉煤灰:南京华能I级粉煤灰，碱含量1.57%;上海宝田II级灰，碱含量 0.93%。 矿粉:上海宝田S95级，碱含量0.56%。 硅灰:贵州海天，碱含量2.71%。 石英:连云港东海熔融石英，SiO含量99.9%。 2 图3 破碎后的石英颗粒 3 3、试验方法 3.1快速砂浆棒法 参照ASTMC441、ASTM C227和DL/T 5151-2001方法进行。 3.1.1 主要仪器设备 试模及测头，规格为25×25×280mm;养护箱，能控制温度为20?士3 ?,湿度95%;恒温水浴箱，温度能控制在38?2?。测长仪，测量范围280mm-300mm，精度0.01mm。 4 3.1.2 使用材料 P?II42.5; I、II级粉煤灰;矿粉，S95级矿粉，活性SiO硅粉;集料，石2 英砂;试剂，1mol/L NaOH溶液。 3.1.3 试验步骤 ??3 ?，湿度95%制备砂浆，试件成型完毕后，连模一起放人温度为20 以上的养护室中或养护箱中，养护24h?2h后，脱模。将试件完全浸泡在装有自 ?，湿度为100%溶来水的密封的养护筒中，将养护筒放人温度保持在温度为38 的恒温水浴箱中恒温24h(一个筒为同一组试件)。一组试件测量完后，立即装人装满水溶液中的养护筒中，试件应完全浸泡在溶液中，盖好养护筒盖子，使之密封，再将养护筒放入温度为38?的恒温水浴中。加碱将混凝土碱含量调整到1.0?0.05%，按ASTM C227方法成型，水灰比为0.47，胶砂比为2.25，尺寸为25mm×25mm×280mm。在湿度100%，温度为38?条件下养护，分别测量其1d)3d)7d)14d)28d长度。 图 3 测长仪 3.1.4 结果计算 试件的膨胀率按以下公式计算 LL,10,100%,， (1) L2,,0 式中: --试件在t天龄期的膨胀率,%; , L—试件在t天龄期的长度,mm; t L—试件的基准长度,mm; 0 6 , --侧头的长度，mm。 试件28d膨胀率降低率a表示掺合料对混凝土碱骨料反应抑制效果，计算公式如下: ,,,基准掺合料,，100%, (2) ,基准 式中: --代表膨胀率的降低率; , , --代表基准砂浆膨胀率，%; 基准 --代表掺掺合料砂浆膨胀率，%。 ,掺合料 3.2小砂浆棒法(压蒸法) 在砂浆长度法的基础上，参照压蒸法(CECS48:93)进行比较和验证试验。 3.2.1 主要仪器设备 金属试模，尺寸为10mm×10mm×40mm，如图4所示;潮湿养护箱，湿度85%以上;快速碱活性测定仪;不锈钢蒸养箱或蒸养锅与调温电炉;反应器(蒸压釜);测长仪。 图4 压蒸法金属试模 3.2.2 材料 P?II42.5，I级粉煤灰，S95级矿粉，活性SiO硅粉，0.16mm-0.63mm石英砂，2 NaOH溶液。 8 3.2.3 试验步骤 按一定比例成型试样，在室温下养护24?2h，然后测量试件基长L,精确至10.01mm。再试件分离地放置在蒸养箱内，在100?下蒸养4h?3min，蒸养过程中试件不得浸入水中。经蒸养并冷却后的试件插在反应器架上，将试件浸入水中， 2?下保温360?5min(不含升温时间)。 压蒸结束后将反应器密封容器在150? 取出，用水将高温反应器冲冷至40?左右，方可打开反应器，将试件冲洗干净，擦干，并用湿布盖好室温放置60?10min。试验中不可用10%KOH溶液作为环境溶液，如果将混凝土放入10%KOH溶液中养护，活性骨料所接触的碱浓度过高且基本不变，对于检验掺合料对于碱骨料抑制反应，其条件过于苛刻，膨胀率差别不明显。该方法将碱含量调整到1.0?0.05%(因为掺合料本来具有一定碱含量，计算得出不足的碱量，在制备砂浆时可用1mol/L NaOH溶液补充不足的碱量进行调整)。 3.2.4 结果结算 压蒸后测定的为最终长度L。测方向时方向必须和前面相同。试件膨胀率按2 如下公式计算: LL,21 (3) ,100,，402L, 式中: --试件的膨胀率(%); , L—试件基准长度(mm); 1 L—试件基准长度(mm); 2 L—侧头埋入浆体长度(2.5mm)。 以每组六个试体平均值作为该组试件的膨胀值。 按公式2计算掺掺合料砂浆和基准砂浆的膨胀率降低率。 7 4、碱骨料反应抑制试验 4.1试验方案 第一阶段进行单掺粉煤灰、矿粉和硅灰的试验，JZ代表只掺水泥。F15、F25、F50和FII25分别代表I级粉煤灰掺量为15%、25%、50%和II级粉煤灰掺量为25%。SL15、SL25和SL50分别代表矿粉掺量为15%、25%和45%。S5、S15和S25分别代表硅灰掺量为5%、15%和25%。 第二阶段进行粉煤灰、矿粉、硅灰的混合双掺试验，F15-SL15代表粉煤灰掺量为15%且矿粉掺量为15%，以此类推。 第三阶段进行三掺粉煤灰、矿粉和硅灰的试验，F10-SL20-S10代表粉煤灰、矿粉和硅灰的掺量分别为10%、20%和10%，以此类推。 第四阶段按第三阶段配合比进行快速小砂浆棒法的对比试验。配合比列于表1中。 9 表1 砂浆配合比 水泥(g) 粉煤灰(g) 矿粉(g)硅灰(g) 石英 (g) 水(g) 编号 JZ 400 0 0 0 900 188 F15 340 60 00 900 188 F25 300100 0 0 900 188 F50 200 200 0 0 900 188 F25 300 0 0 900188 100(II级) II SL15340 0 600 900 188 SL25 300 0 1000 900 188 SL45220 0 1800 900 188 S5 380 0 0 20 900 188 S15 340 0 0 60 900 188 S25 300 0 0 100 900188 F15-SL15 280 60 600 900 188 SL15-S15280 0 6060 900 188 F20-SL20240 80 800 900 188 F10-SL30 240 40 120 0 900188 S10-F30 240120 0 40 900188 SL30-S10 240 0 120 40900 188 F35-SL15 200 14060 0 900 188 F35-S15 200 0 140 60 900188 F10-SL10-S10 280 40 40 40 900 188 F10-SL20-S10 240 40 80 40 900 188 F10-SL30-S10 200 40120 40 900 188 F20-SL10-S10 240 80 40 40 900 188 F20-SL20-S10200 80 8040 900 188 F30-SL10-S10 200 120 40 40900 188 F10-SL10-S10 280 40 4040 900188 注:若砂浆拌合物流动性较差，可酌量加入外加剂调整 4.2试验结果及分析 各组砂浆的1d、3d、7d、14d和28d膨胀率和膨胀率的降低率(简称抑制率)列于表2中。 11 表2 砂浆棒各龄期膨胀率和28d膨胀率的降低率结果 1d 3d 7d14d 21d 28d 编号 抑制率 JZ 0.0390.060 0.1230.174 0.201 0.210 0.0 F15 0.0210.055 0.073 0.105 0.121 0.132 37.1 F250.01 2 0.017 0.047 0.0810.099 0.115 45.2 FII25 0.031 0.046 0.0810.120 0.128 0.133 36.7 F50 0.0180.047 0.065 0.082 0.085 0.094 55.2 SL15 0.0310.041 0.0530.092 0.120 0.141 32.9 SL25 0.019 0.038 0.056 0.0980.109 0.137 34.8 SL500.01 80.032 0.038 0.074 0.095 0.112 46.7 S5 0.043 0.095 0.150 0.171 0.1860.206 1.8 S15 0.038 0. .0860.129 0.157 0.172 0.176 16.2 S25 0.029 0.075 0.125 0.152 0.1620.173 17.6 F15-SL15 0.041 0.083 0.1130.152 0.164 0.17 19 SL15-S15 0.0320.082 0.102 0.142 0.156 0.168 20 F20-SL20 0.030.054 0.0870.118 0.123 0.136 35.2 F10-SL30 0.02 0.043 0.072 0.124 0.134 0.156 25.7 S10-F30 0.023 0.054 0.098 0.12 0.135 0.14 33.3 SL30-S10 0.020.039 0.068 0.083 0.0980.11 47.6 F35-SL15 0.02 0.045 0.0610.085 0.099 0.11 47.6 F35-S15 0.01 0.037 0.0470.057 0.073 0.082 60.9 F10-SL10-S10 0.0360.086 0.1230.142 0.155 0.168 20.0 F10-SL20-S10 0.0 31 0. 075 0. 100 0.121 0.134 0.1 45 31.0 F10-SL30-S100.031 0.051 0.072 0. 102 0.128 0.132 37.1 F20-SL10-S100.012 0.034 0.041 0.060 0.0 89 0.111 47.1 F20-SL20-S10 0.012 0.020 0.0 39 0.060 0.063 0.07 0 66.7 F30-SL10-S10 0.01 3 0.0 35 0.042 0. 0590.087 0.09 0 57.1 表3 快速小砂浆棒法试验结果 编号 28d快速砂浆棒28d快速砂浆棒小砂浆棒快速法小砂浆棒快速法 法膨胀率(%)法抑制率 (%) 膨胀率(%)抑制率 (%) 0.210JZ 0.052 0 0 F10-SL10-S100.168 0.050 3.8 20.0 F10-SL20-S10 0.145 0.043 17.3 31.0 F10-SL30-S10 0.132 0.050 3.8 37.1 F20-SL10-S10 0.070 0.040 23.1 66.7 F20-SL20-S10 0.111 0.020 61.5 47.1 F30-SL10-S10 0.090 0.022 57.7 57.1 10 4.2.1 单掺抑制效果 (1)粉煤灰的影响 基准砂浆膨胀率为0.21%，掺入15%,50%粉煤灰膨胀率降低到1.40以下。 其中，掺入15%粉煤灰28d抑制效果达到37.1%，掺入 25%粉煤灰抑制效果达到45.2%，掺入50%粉煤灰抑制效果达到55.2%。 掺入25%II级粉煤灰抑制效果也能达到36.7%。结果表明，掺入适量粉煤灰(15%-50%)能有效抑制ASR，随着掺量的提高其抑制效果越好。 粉煤灰对ASR的抑制作用表现为对混凝土中碱和Ca(OH)的作用，可概括为2 +++-粉煤灰对碱的物理稀释作用;粉煤灰酸性颗粒对R(Na，K)和OH的滞留、吸附作用;粉煤灰与Ca(OH)的火山灰反应减少甚至消除体系中的Ca(OH);粉煤灰与22Ca(OH)的火山灰反应生成的低Ca/Si比，较高的比表面积的C-S-H产物对碱的吸2 附和滞留;粉煤灰与水泥水化产物的火山灰反应使水泥石结构致密化，从而阻止 +-碱液的迁移，减低R和OH在水泥石中的扩散系数等几个方面。物理稀释仅是粉 ++煤灰抑制ASR的一个方面。粉煤灰Na，K在C-S-H中的存在量与其Ca/Si有关， ++降低C-S-H中的Ca/Si比，可以增强其对Na、K的容纳量，从而对碱骨料反应起到抑制作用。随着粉煤灰掺量的增加，水泥石中Ca(OH)含量不断减少，除了由于粉煤灰部分取代水泥而导致Ca(OH)减少之外，随水泥水化地进行，粉煤灰与2 水化产物及由熟料水化生成的C-S-H凝胶发生二次火山灰反应，进一步生成低 [6]Ca/Si比的C-S-H凝胶。 (2)矿粉的影响 掺入15%,45%矿粉也可达到较好的抑制效果。其中,掺入15%矿粉抑制效果达到35.1%,掺量到25%时为49.4%,掺量为45%时高达52.3%。随着矿粉掺量的提高，其抑制ASR效果也越来越显著。 矿粉对抑制ASR反应的作用主要原因为:a)对碱的物理稀释、吸附;b) 与 11 水泥水化所生成的氢氧化钙起火山灰反应，生成产物将填塞混凝土孔隙，使孔结构细化，孔曲折度增加，密实性提高，从而降低水及钾、钠离子的扩散速度，起到抑制碱骨料反应的作用;c)降低混凝土中氢氧化钙含量，水泥在水化过程中约析出20%的氢氧化钙，而氢氧化钙是碱骨料反应的必要条件，通过火山灰反应可减少甚至消除混凝土中的氢氧化钙，起到抑制与缓解碱骨料反应的作用;d)火山灰反应生成的低Ca/Si比产物，能结合和吸附一定量的氯离子、钾离子、钠离子，降低碱的浓度，提高混凝土抑制碱骨料反应和抗钢筋锈蚀的能力。 (3) 硅灰的影响 掺入5%、15%和25%硅灰后砂浆棒膨胀率分别降低了1.8%、16.2%和17.6%。掺入5%硅灰对抑制ASR基本没有效果，掺入15%,25%的硅灰可在一定程度上降低ASR的膨胀率。研究表明，掺入硅灰后，可使硅灰水泥石的孔结构发生改变， +生成大量超细微孔，降低砂浆溶液中的R浓度。火山灰反应的发生，使水泥中的Ca(OH)被大量吸收，形成了钙硅比低的C-S-H凝胶，而这样的C-S-H凝胶能呈2 现很强的吸收碱的能力,从而使水泥砂浆中的碱当量降低,减轻了碱对活性集料 [7]的侵蚀,抑制了碱硅酸反应引起的膨胀。 虽然硅灰对ASR有一定的抑制效果，但效果不显著。其原因可能有:一，本次试验所用硅灰本身具有较高的碱含量。二，硅灰掺入后降低了砂浆流动性，硅灰分散不够均匀，反应不够充分，在一定程度上降低了其水化程度，影响了ASR抑制效果。 JZ0.25F15 F250.2F50 F(II)250.15 SL15 SL250.1膨胀率(%)SL45 S50.05 S15 0S25 01d3d7d14d21d28d 龄期(d) 图5 单掺砂浆膨胀率 12 80 70 60 50 40 30 20膨胀率抑制率(%)10 0 JZ F15编号 F25图6 单掺砂浆棒膨胀率的降低率 FII254.2.2 双掺抑制效果 F50 掺总量的影响(1)双 SL15 双掺总量为30%的两组砂浆棒相对基准组的膨胀率抑制率分别为19.0%和 SL2520.0%，双掺总量为40%的四组砂浆棒膨胀率抑制率都在30%-50%之间，而共掺 SL50总量为50%的两组砂浆棒膨胀率抑制率分别为47.6和60.7%。说明双掺总量越大，抑制效果越好。 S5 (2) 双掺比例的影响 S15 从表2看出，F30-S10组砂浆棒的抑制率为47.6%，相对其他组双掺总量为 S2540%的砂浆棒抑制率要高。F35-S15组砂浆棒的抑制率为60.7%，和其他组双掺总量为50%砂浆棒抑制率要高。说明粉煤灰和硅灰双掺后的效果要好于粉煤灰-矿粉双掺以及硅灰-矿粉双掺的效果。 (3) 和单掺的抑制效果比较 从数据可以看出， F35-S15和 F35-S15的膨胀率抑制率分别为60.7%和46.7%，F50和SL50的膨胀率抑制率分别为55.2和46.7%。说明在相同大掺合总量下，双掺效果和单掺效果相似。 13 0.25F15-SL15 SL15-S150.2F20-SL20 F10-SL300.15 S10-F30 F35-SL150.1膨胀率(%)F35-S15 0.05JZ 0 01d3d7d14d21d28d 龄期(d) 图7 双掺砂浆棒膨胀率 80 70 60 50 40 30 20膨胀率抑制率(%)10 0 JZF15-SL15-F20-F10-SL30-S10-F35-F35- SL15S15SL20SL30S10F30SL15S15 编号 图8 双掺砂浆棒膨胀率的抑制率 4.2.3 三掺抑制效果 (1)掺合料总量的影响 从图9可以看出， 40%掺合料总量膨胀率抑制率处于20-50%之间， 50%掺合料总量下砂浆棒膨胀率的抑制率都在60%左右，如图10所示。 (2)和单掺以及双掺比较 在40%相同掺合料总量下，三掺和双掺膨胀率的降低率都在20%-50%时间，说明抑制效果接近。在50%相同掺合料总量下，三掺膨胀率抑制率基本在60%左右，而双掺和单掺都在50%左右，三掺效果要好于双掺合单掺的效果。研究表 -+明，磨细矿渣对孔溶液中的[OH]和[K]的降低效果较为明显，粉煤灰对孔溶液中 -+[2]的[OH]和[Na]的降低效果较为明显。因此，粉煤灰、矿粉和硅灰共 14 掺能优势互补，形成叠加效应。 0.25JZ F10-SL10-S100.2 F10-SL20-S100.15F10-SL30-S10 0.1F20-SL10-S10膨胀率(%)F20-SL20-S100.05 F30-SL10-S100 01d3d7d14d21d28d 龄期(d) 图9 三掺膨胀率 80 70 60 50 40 30 20膨胀率抑制率(%)10 0 JZF10-F10-F10-F20-F20-F30- SL10-S10SL20-S10SL30-S10SL10-S10SL20-S10SL10-S10 编号 图10 三掺膨胀率抑制率 4.2.4 快速砂浆棒法与压蒸法试验的相关性 (1)相同点 表4得知，对同一配合比，用快速砂浆棒法检测显示，30%、40%和50%掺合料总量下的砂浆棒抑制率从小变大。而用压蒸法时，具有类似的结果。说明用两种方法所得砂浆棒膨胀率具有一致性。 (2)不同点 快速砂浆棒法所得数据变化较缓和，而采用压蒸法所测结果差别较大。压蒸法采用单粒级集料，试验条件苛刻，而快速砂浆棒法采用连续级配集料，试验条件较缓和。这些原因都可能导致试验结果有一些差距。 15 表4 快速砂浆棒法和小砂浆棒快速法试验结果对比 编号快速砂浆棒法 小砂浆棒快速法快速砂浆棒法小砂浆棒快速法 28d膨胀率(%)膨胀率 (%)28d抑制率 (%) 抑制率(%) JZ 0.210 0.052 0 0 F10-SL10-S10 0.168 0.050 20.0 3.8 F10-SL20-S10 0.145 0.043 31.0 17.3 F10-SL30-S10 0.132 0.050 37.1 3.8 F20-SL10-S10 0.070 0.040 66.7 23.1 F20-SL20-S10 0.111 0.020 47.1 61.5 F30-SL10-S100.090 0.022 57.1 57.7 16 结束语 1、掺入15%粉煤灰28d抑制效果达到37.1%，掺入 25%粉煤灰抑制效果达到 45.2%，掺入50%粉煤灰抑制效果达到55.2%。 掺入25%II级粉煤灰抑制效 果也能达到36.7%。结果表明，掺入适量粉煤灰(15%-50%)能有效抑制碱骨料 反应，随着掺量的提高其抑制效果越好。 2、掺入15%,45%矿粉也可达到较好的抑制效果。其中,掺入15%矿粉抑制效果达 到35.1%,掺量到25%时为49.4%,掺量为45%时高达52.3%。随着矿粉掺量的 提高，其抑制ASR效果也越来越显著。 3、掺入5%、15%和25%硅灰后砂浆棒膨胀率分别降低了1.8%、16.2%和17.6%。 掺入5%硅灰对抑制ASR基本没有效果,掺入15%,25%的硅灰可在一定程度上 降低ASR的膨胀率。 4、双掺总量越大，对ASR抑制效果越好。粉煤灰和硅灰双掺后的效果要好于粉 煤灰-矿粉双掺以及硅灰-矿粉双掺的效果。在相同大掺合总量下，双掺效果 和单掺效果相似。 5、在40%相同掺合料总量下，三掺和双掺膨胀率的降低率都在20%-50%时间， 说明抑制效果接近。在50%相同掺合料总量下，三掺膨胀率抑制率基本在60% 左右，而双掺和单掺都在50%左右，三掺效果要好于双掺合单掺的效果。因 此，可以说明三掺粉煤灰、矿粉和硅灰不仅体现出了其降低ASR的共性，而 且三掺后优势互补，形成了“超叠加”的效应，有效地抑制了ASR的发生。 17 16 致 谢 本论文是在导师教授的指导下完成的。从论文的选题、结构到资料的整理等工作都得到了导师的悉心指导。在撰写论文的过程中，导师渊博的学识，严谨的治学态度，丰富的实践经验，循循善诱的指导方式，令学生终生受益，谨此表示学生衷心的感谢。 在攻读本科的这几年时间内，不可避免地存在着工作、家庭、学习的矛盾，但得到了单位领导、同事、家人和同学的大力支持和帮助，为此向他们感谢。 最后向本论文的评阅人和参加答辩工作的各位老师致以诚挚的谢意。 18 参考文献 [1] 许凌，邹庆焱. 碱骨料反应中几个问题的研究[J].湖南交通科 技.2006,2(32):68-71 [2] 祝烨然. 大掺量矿物掺合料抑制混凝土碱-硅反应的研究[D]:[硕士学位论 文].南京:河海大学,2007 [3] 于洋，李国忠. 硅灰及锂盐对碱集料反应抑制效果的研究[J].建筑材料学 报.2008,4(11):475-480 [4] 卢都友，许仲梓，吕忆农，唐明述. 快速砂浆棒法检测集料碱活性的岩石和 地域 局限性及改进措施[J].2008,2(30):98-104 [5] 索隆曼，王一平.硅质骨料碱活性快、慢速法试验讨论[M].水电工程研究， 1997(2) [6] 刘珩.粉煤灰抑制ASR有效性评估方法研究[D]:[硕士学位论文].南京:南京 工业大学,2003 [7] 于洋,李国忠. 硅灰及锂盐对碱集料反应抑制效果的研究[J].建筑材料学 报,2008,4(11):475-480 19 17