[发明专利]可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料

说明书

技术领域

本发明属于水泥混凝土材料领域，涉及水泥混凝土材料的碱骨料反应抑制材料，更具体地针对碱-硅酸反应抑制，尤其是采用碱活性较高的骨料配制的混凝土，且其掺合料用量受到有关规范或者运输距离、来源的限制时，或者硅灰的加入对混凝土其他性能产生不利影响时，提供的一种可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料。

背景技术

混凝土碱骨料反应是指混凝土中的水泥、外加剂、矿物掺合料和拌和水中的可溶性碱(钾、钠)溶于混凝土孔隙液中，与骨料中能与碱反应的活性成分在混凝土硬化后逐渐发生的一种使混凝土产生内应力，易导致混凝土工程膨胀开裂等危害的物理化学反应。碱骨料反应有两种类型：碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应，前者更为常见。碱-硅酸反应是指混凝土中的碱与骨料中含活性二氧化硅类矿物之间的一种化学反应；该反应的生成物碱硅凝胶吸水膨胀，可导致混凝土结构损坏。

碱骨料反应作为导致混凝土耐久性下降的重要原因之一，已在世界范围内造成了大量混凝土工程的破坏和巨大的经济损失。

碱骨料反应的抑制措施主要包括减少非活性骨料用量、控制混凝土中的碱含量、掺加矿物掺合料、掺加锂盐等化学外加剂。

当骨料受到来源的限制、非活性骨料不易获得的情况下，除了控制混凝土中的碱含量以外，使用矿物掺合料(粉煤灰、硅灰、矿渣、沸石粉、偏高岭土等)是预防混凝土碱骨料反应破坏的最实用、经济和有效的途径。

但是，近年来在中国西南、西北等地区的水利水电工程中，遇到骨料的碱活性较高的情况。采用掺合料抑制这类高碱活性骨料的碱骨料反应病害时，存在粉煤灰运距过远、粉煤灰掺量受到混凝土其它性能制约和有关规范限制、硅灰掺量受到混凝土施工和易性和水化热限制等问题。

例如，在雅砻江流域水电开发中遇到一种典型的泥质粉砂岩骨料。采用ASTM C 1260或DL/T 5151-2002《水工混凝土砂石骨料试验规程》等标准中在80℃、1M浓度NaOH溶液里浸泡14天的砂浆棒快速法测试该骨料的碱活性时，14天龄期的膨胀率高达0.311％，而根据有关标准，≥0.20％即认为存在潜在碱活性；采用DL/T 5151-2002《水工混凝土砂石骨料试验规程》等标准中的38℃混凝土棱柱体法测试该骨料的碱活性时，1年龄期的膨胀率高达0.177％，而根据有关标准，≥0.04％即认为存在潜在碱活性；试件在90d龄期时即已经开裂。

对于这样的高活性骨料，根据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.)在加拿大渥太华做的室外暴露试验结果，需要很高的粉煤灰或者硅灰掺量：当骨料的碱活性较高，例如，纯水泥混凝土试块的38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率达到0.338％时，即使掺加30％的普通粉煤灰或者10％的硅灰，也不足以将膨胀率降低到0.04％这个安全界限以下。上述雅砻江流域的泥质粉砂岩骨料的1年膨胀率即可达到Fournier等所试验骨料的2年膨胀率的一半以上，需要更高的粉煤灰或者硅灰掺量。

粉煤灰和硅灰的掺量过高都会产生一些负面影响。粉煤灰掺量过高，混凝土的早期强度不足、碳化明显增加、后期密实性也不足，因此，土木、水利、交通等行业的设计施工规范对于粉煤灰掺量都有明确的限制，例如，DL/T 5055-2007《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》中规定，对于永久建筑物中的钢筋混凝土结构用水工混凝土，当采用普硅水泥时，其中的F类粉煤灰掺量应≤30％。

硅灰对碱-硅酸反应具有良好的抑制效果，但硅灰的掺量超过5％时，混凝土的粘度将增加，和易性下降，对施工进度的影响比较明显；而且由于硅灰的活性较高，水化热较大，自生收缩较大，容易带来混凝土的裂缝问题。许多建设、设计和施工单位对硅灰有负面看法。

而且，许多水利水电工程距离粉煤灰产地的运距较远。以雅砻江流域中上游的水电站为例，距离粉煤灰产地运距超过500km，运费大大增加，甚至粉煤灰的出厂价加上运费后超过了采用当地水泥的价钱，这也限制了粉煤灰掺量。