[發明專利]可抑制堿-硅酸反應的混凝土摻合料

有效

• 申請號: 201210004797.3
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102515606A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 丁建彤;蔡躍波;白銀
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: C04B18/30
• 分類號: C04B18/30
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術領域

本發明屬于水泥混凝土材料領域，涉及水泥混凝土材料的堿骨料反應抑制材料，更具體地針對堿-硅酸反應抑制，尤其是采用堿活性較高的骨料配制的混凝土，且其摻合料用量受到有關規范或者運輸距離、來源的限制時，或者硅灰的加入對混凝土其他性能產生不利影響時，提供的一種可抑制堿-硅酸反應的混凝土摻合料。

背景技術

混凝土堿骨料反應是指混凝土中的水泥、外加劑、礦物摻合料和拌和水中的可溶性堿(鉀、鈉)溶于混凝土孔隙液中，與骨料中能與堿反應的活性成分在混凝土硬化后逐漸發生的一種使混凝土產生內應力，易導致混凝土工程膨脹開裂等危害的物理化學反應。堿骨料反應有兩種類型：堿-硅酸反應和堿-碳酸鹽反應，前者更為常見。堿-硅酸反應是指混凝土中的堿與骨料中含活性二氧化硅類礦物之間的一種化學反應；該反應的生成物堿硅凝膠吸水膨脹，可導致混凝土結構損壞。

堿骨料反應作為導致混凝土耐久性下降的重要原因之一，已在世界范圍內造成了大量混凝土工程的破壞和巨大的經濟損失。

堿骨料反應的抑制措施主要包括減少非活性骨料用量、控制混凝土中的堿含量、摻加礦物摻合料、摻加鋰鹽等化學外加劑。

當骨料受到來源的限制、非活性骨料不易獲得的情況下，除了控制混凝土中的堿含量以外，使用礦物摻合料(粉煤灰、硅灰、礦渣、沸石粉、偏高嶺土等)是預防混凝土堿骨料反應破壞的最實用、經濟和有效的途徑。

但是，近年來在中國西南、西北等地區的水利水電工程中，遇到骨料的堿活性較高的情況。采用摻合料抑制這類高堿活性骨料的堿骨料反應病害時，存在粉煤灰運距過遠、粉煤灰摻量受到混凝土其它性能制約和有關規范限制、硅灰摻量受到混凝土施工和易性和水化熱限制等問題。

例如，在雅礱江流域水電開發中遇到一種典型的泥質粉砂巖骨料。采用ASTM?C?1260或DL/T?5151-2002《水工混凝土砂石骨料試驗規程》等標準中在80℃、1M濃度NaOH溶液里浸泡14天的砂漿棒快速法測試該骨料的堿活性時，14天齡期的膨脹率高達0.311％，而根據有關標準，≥0.20％即認為存在潛在堿活性；采用DL/T?5151-2002《水工混凝土砂石骨料試驗規程》等標準中的38℃混凝土棱柱體法測試該骨料的堿活性時，1年齡期的膨脹率高達0.177％，而根據有關標準，≥0.04％即認為存在潛在堿活性；試件在90d齡期時即已經開裂。

對于這樣的高活性骨料，根據Fournier等(Proceedings?of?the?12^th?Int.Conf.Alkali-Aggregate?Reaction?in?Concrete：Mingshu?Tang，Min?Deng(Eds.)，V.1，International?Academic?Publishers/World?Publishing?Corp，Beijing，China，2004，pp.528-537.)在加拿大渥太華做的室外暴露試驗結果，需要很高的粉煤灰或者硅灰摻量：當骨料的堿活性較高，例如，純水泥混凝土試塊的38℃混凝土棱柱體法2年膨脹率達到0.338％時，即使摻加30％的普通粉煤灰或者10％的硅灰，也不足以將膨脹率降低到0.04％這個安全界限以下。上述雅礱江流域的泥質粉砂巖骨料的1年膨脹率即可達到Fournier等所試驗骨料的2年膨脹率的一半以上，需要更高的粉煤灰或者硅灰摻量。

粉煤灰和硅灰的摻量過高都會產生一些負面影響。粉煤灰摻量過高，混凝土的早期強度不足、碳化明顯增加、后期密實性也不足，因此，土木、水利、交通等行業的設計施工規范對于粉煤灰摻量都有明確的限制，例如，DL/T?5055-2007《水工混凝土摻用粉煤灰技術規范》中規定，對于永久建筑物中的鋼筋混凝土結構用水工混凝土，當采用普硅水泥時，其中的F類粉煤灰摻量應≤30％。

硅灰對堿-硅酸反應具有良好的抑制效果，但硅灰的摻量超過5％時，混凝土的粘度將增加，和易性下降，對施工進度的影響比較明顯；而且由于硅灰的活性較高，水化熱較大，自生收縮較大，容易帶來混凝土的裂縫問題。許多建設、設計和施工單位對硅灰有負面看法。

而且，許多水利水電工程距離粉煤灰產地的運距較遠。以雅礱江流域中上游的水電站為例，距離粉煤灰產地運距超過500km，運費大大增加，甚至粉煤灰的出廠價加上運費后超過了采用當地水泥的價錢，這也限制了粉煤灰摻量。