三峡工程混凝土的碱骨料反应试验.docx

三峡工程混凝土的碱-骨料反应试验 三峡工程大坝商品混凝土将利用闪云斜长花岗岩碎石作粗骨料，用斑状花岗岩制成的砂作细骨料。由于花岗岩含有应变石英，普遍出现波状消光，另外在应力集中区，石英形成不同类型的位错，因此其碱活性反应具有缓慢、持续时间长的特点，从地质环境、岩相、物理、化学等多方面进行了研究，采用多种方法进行了对照检验。结果表明，花岗岩的矿物组成主要是长石、石英、黑云母和少量角闪石或绿泥石等，用岩相法、化学法、砂浆长度法、小棒快速法、砂浆棒快速法、商品混凝土棱柱体法等进行测定属非活性，在低碱条件下，不会导致危害性膨胀， 但在高碱条件下，砂浆膨胀率在数年后仍继续增长，为确保工程安全，应严格控制水泥含碱量。 三峡二期工程商品混凝土将利用基坑开挖的闪云斜长花岗岩轧制的碎石作粗骨 料，用下岸溪料场的斑状花岗岩制成的砂作细骨料。由于花岗岩广泛分布于不同时代的褶皱带和前寒纪地盾区，多次承受强大的地质构造应力作用，岩石矿物发生强烈范性变形，晶体发生多种位错，能量被贮存在点阵中。所以，花岗岩有时会表现出显著出现膨胀开裂的延续时间长达数十年的缓慢反应型的碱活性[1]。商品混凝土大坝与建筑物一旦发生减 骨料反应破坏，修复是极其困难的，造成的经济损失将是巨大的。关于花岗岩的碱活性原因，有人推论与其中的应变石英有关，如美国 B. S Gogte[2]指出：当骨料中应变石英含量超过 20%，同时应变石英平均波状消光角大于 15°时，这种骨料具有潜在活性。而印度 A.K.Mullick[3] 建议应变石英波状消光角在 25°以上，应变石英含量在 25%以上可视为具潜在活 性。但也有人认为两者之间没有直接关系。石英由于受到应力作用，晶体产生缺陷，而出现波状消光，P. E. Grattan-Bellew[4]选择三种花岗岩进行研究，发现石英的波状消光角与碱活性膨胀率近似一种线性关系，即石英波状消光角愈大， 碱活性膨胀率也愈大。三峡工程花岗岩含有应变石英，普遍出现波状消光。另外在应力集中区，石英形成不同类型的位错，有位错弓弯、位错网和位错缠结等， 这是三峡工程花岗岩的主要活性来源。为了保证三峡工程的安全，对工程使用的花岗岩骨料，从地质环境、岩相、物理、化学等多方面进行了研究，采用了多种方法进行对照检验，综合评定其碱活性。 碱-骨反应及试验方法 碱-骨料反应 碱-骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction，简称“AAR”)，是指水泥中的碱与某些活 性骨料发生化学反应，引起商品混凝土的不均匀膨胀，导致开裂破坏。自从 1940 年美国 T.E.Stanton 提出此问题以来，已有不少国家出现 AAR 破坏的工程实例，如美国、法国、印度等国使用花岗岩或片麻岩骨料，出现了碱-骨料反应的破坏事故。巴西的 Moxot′水电站[5]使用黑云母花岗岩作商品混凝土骨料， 八年后出现了危害性的碱 骨料反应。特别是法国的 Shambon 坝[6]使用片麻岩及云母片岩作商品混凝土骨料，出现了沿大坝高度总膨胀量超过了 10cm，大坝上部向上游方向倾斜了 15cm 的商品混凝土碱 骨料反应破坏的工程实例。因此， 碱-骨料反应问题逐渐引起了世界各国的重视。 碱-骨料反应，通常可分为两大类型，即碱-硅反应(Alkali-Silica Reaction， 简称“ASR”和碱-碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction，简称“ACR”。ASR 是指水泥中的碱与活性 SiO ，如微晶质、隐晶质、玻璃质和应变的石英及玉髓等 2 发生化学反应，生成碱的硅酸盐凝胶，吸水后体积膨胀，引起商品混凝土膨胀、 开裂。蛋白石、隧石、石英岩、砂岩、火山熔料等均含有活性SiO 。ACR 是指水 2 泥中的碱与某些碳酸盐骨料，如白云石发生反应引起膨胀，使商品混凝土开裂破坏。由于白云石含粘土，碱离子通过包裹在细小白云石微晶外的粘土渗入白云石颗粒，使其反应产物不能通过粘土向外扩散，而使骨料膨胀，导致商品混凝土开裂。 引起碱-骨料反应的必要条件是：水泥超过安全含碱量，存在活性骨料并超过一定的数量，要有水分，如果没有水分，反应就会减小或完全停止。影响碱-骨料反应膨胀的因素很多，主要有水泥含碱量、湿度、温度、外加剂及掺合料，商品混凝土或砂浆中的水泥用量，活性骨料的数量、粒径和活性大小等。 当商品混凝土处于潮湿的环境，商品混凝土中含碱量较高，并含有活性骨料，则有可能发生碱-骨料反应而导致膨胀、开裂。因此，必须对工程用的骨料是否含活性成分进行鉴定，并且测定水泥含碱量，以便采取必要的抑制碱-骨料反应的预防措施。 碱-骨料反应试验方法 对骨料碱活性的评定，至今国际上尚无一个一致认可的普遍方法。岩相法对选择 合适的检测方法有重要指导作用，一直是作为骨料碱活性鉴定的首选方法，它是通过显微镜观察来鉴定骨料