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碱集料反应是影响混凝土耐久性的主要原因之一。自从1940年Stanton首次发现碱集料破坏以来,国内外陆续发现碱集料反应引起的破坏案例。碱集料反应已得到国内外广泛重视。至今,国际碱集料反应会议已经召开了12届,今年将在挪威举行第13届国际碱集料反应会议。混凝土中掺加粉煤灰是抑制碱集料反应的重要措施之一,但是粉煤灰对碱硅酸反应的长期抑制效果还没有得到证实。至今,仍不能预测含有活性集料和粉煤灰的混凝土的寿命。
本文通过测量砂浆棒法和混凝土棱柱体法试件的长度变化,研究了养护介质、养护温度、水泥碱含量、粉煤灰掺量、粉煤灰的品质指数,如CaO含量、可溶碱含量对粉煤灰抑制碱集料反应的效果产生的影响。通过升高温度和延长养护龄期评价了粉煤灰对实际配合比混凝土碱硅酸反应的抑制效果。采用混凝土试件的微观分析结果讨论了粉煤灰抑制碱硅酸反应的机理。
实验所用的四种集料均来源于实际水利工程,分别为砂岩、石英砂岩、凝灰岩和片麻岩。采用CECS48-1993和DL/T5151-2001“砂浆棒快速法”和“混凝土棱柱体法”检测四种集料的碱活性。实验采用的粉煤灰为白马Ⅰ级、珞璜Ⅱ级Ⅱ级、阳宗海Ⅱ级和曲靖Ⅱ级粉煤灰,其CaO含量、总碱含量和可溶碱含量存在一定的差别。
通过粉煤灰对工程实际配合比混凝土ASR抑制实验,得到以下结论:
1.同龄期,养护在模拟孔溶液中的试件膨胀率比养护在湿空气中的试件膨胀率大。温度升高加速ASR的进行,混凝土试件的膨胀率随着温度升高而增大,从而降低了粉煤灰的抑制效果。随着粉煤灰掺量增加,粉煤灰的抑制效果越明显。当粉煤灰掺量大于30%时,粉煤灰掺量增加对粉煤灰的抑制效果影响不大。由砂浆棒快速法实验结果证实,粉煤灰的CaO含量对膨胀率影响不大;而混凝土棱柱体法结果说明,相比低钙粉煤灰,高钙粉煤灰抑制效果较差。掺加30%粉煤灰时,粉煤灰可溶碱含量对试件的膨胀率有影响,因此需要将可溶碱含量计入混凝土总碱含量。
2.粉煤灰抑制实验结果证明掺加30%Ⅰ级粉煤灰可有效抑制砂岩碱硅酸反应。掺加25%Ⅱ级粉煤灰也能有效抑制石英砂岩、凝灰岩和片麻岩的碱硅酸反应。
普通硅酸盐水泥中含有一定量的混合材,从而增加了混合材占胶凝材料的比例,而中热水泥没有掺加混合材,因此使用普通硅酸盐水泥时,粉煤灰掺量较小时也能有效抑制碱硅酸反应。
3.粉煤灰的火山灰效应降低水泥浆体中Ca(OH)2含量,且二次水化产物填充到水泥浆体的孔隙中,优化孔结构,从而抑制碱硅酸反应。体视显微镜结合SEM观察和分析得到,在未掺加粉煤灰和碱含量为3.0kg/m3、掺加25%粉煤灰试件中均发现了碱硅酸反应产生的裂纹和碱硅酸凝胶。而掺加粉煤灰25%,碱含量为1.5kg/m3和2.1kg/m3,掺加25%试件中的集料周围未发现碱硅酸反应产物和裂纹,且集料与浆体界面结合良好。