锦屏一级水电站大坝混凝土asr抑制措施研究

锦屏一级水电站大坝混凝土asr抑制措施研究

摘要摘要锦屏一级水电站为一等工程，根据成勘院的初步调研，坝址附近料场砂岩骨料是碱活性岩石，可能导致坝体混凝土发生碱骨料反应破坏，存在潜在威胁。本论文研究了锦屏砂岩骨料碱活性及其抑制问题，主要结论如下：(1)砂岩骨料为具有潜在危害性反应的碱．硅反应(ASR)活性骨料；在本文试验中，砂岩骨料不存在“最劣比"现象，砂岩与大理岩组合骨料仍然具有较高的碱活性。(2)I级粉煤灰与II级粉煤灰相比，对砂岩ASR的抑制效果没有明显差异；包括CaO含量8％左右的平凉I级灰和II级灰在内的9种备选粉煤灰，在30％掺量下都可以有效抑制砂岩ASR；考虑到锦屏砂岩碱活性的波动，抑制ASR所需粉煤灰的掺量宜不低于35％。(3)粉煤灰的单个化学成分与粉煤灰抑制ASR的效果没有显著相关性。用化学成分因子Cm来表征粉煤灰的化学特性更合理，根据砂浆棒快速法28d试验结果回归得出的CFA表达式为：一CaO+0．7356R，O+1．4607M90—1．8299SO,乙口^=————————————————2————————————————————————————一”0．7928Si0，+0．5673Al，a一2．1705Fe，Q当CFA、<0．400时，粉煤灰掺量30％左右可以有效抑制锦屏一级砂岩骨料的ASR；当CFA>0．400时，则需要更大的掺量。在粉煤灰掺量为30％时，其矿物组成对抑制效果没有明显影响；用非晶态Si02和非晶态A1203分别取代CFA中的Si02总量和A1203总量并没有使相关系数提高。粉煤灰的细度对抑制ASR效果有影响，但不及化学成分影响明显；用比表面积与CFA组合而成的物化因子C可以综合地反映粉煤灰物理、化学特性对抑制ASR效果的影响，C的表达式为：一CaO+1．0997R，O一1．7050MgO一1．8916SO-zI：=---．．．．．．．．—--------———---—--二=二．．．．．．．．．．．——--—-------------------—--—-·--—-----—--一二0．0467Si02—0．075103+0．4064Fe203(4)在80"C、1mol／LNaOH并且Ca(OH)2饱和的溶液中，粉煤灰的火山灰活性被严重激发，导致快速砂浆棒法测试的粉煤灰抑制效果明显高于60。C快速n摘要混凝土棱柱体法测试结果。粉煤灰中除了约占20％左右的莫来石不能被溶解以外，其余成分都可以溶解，因此，粉煤灰的化学成分对抑制ASR效果的影响要比矿物组成的影响大。粉煤灰在热碱液浸泡下，主要生成P型沸石和C—S．H凝胶。生成P型沸石有利于抑制ASR；生成C．S—H凝胶对强度有较大贡献，但是对抑制ASR没有明显作用。(5)采用碱活性骨料作为混凝土原料时，人工砂中引入的碱活性石粉以及引气剂引入的气泡对ASR膨胀有一定“自免疫”作用，可减少40％"-'80％的ASR膨胀率。从这个角度而言，现有室内试验方法高估了大坝混凝土中的ASR风险。(6)锂渣粉可以有效抑制砂岩ASR，但需要分离锂渣粉自身引起的微膨胀。改性沸石复合粉在掺量30％以上时，可以有效抑制锦屏砂岩的ASR，但是抑制效果不及粉煤灰显著。HLC．ASW型高效减水剂对ASR有一定的抑制效果，约为20％，明显优于普通萘系高效减水剂。关键词：碱．硅反应，粉煤灰，物化因子，自免疫，锂渣粉IlnAbm[raetAbstractInthethesis，somequestionsarestudiedaboutsuppressingthealkali-silicareaction(ASR)ofthesandstoneaggregatetobeusedinthedamconcretefortheJinping—IHydroelectricProject．Theconculsionsaresummarizedasfollows：(1)Sandstoneaggregateandsandstone—marblecombinationaggregatearealkali—silicareactiveandindicativeofpotentiallydeleteriousexpansion，rio“passimum”phenomenonWasobserved．(2)ThereWasnodifferencebetweenClassIandClassIIflyashonsuppressingASR．Allthe9flyashesfromJinping-IHydroelectricProjectcouldeffectivelysuppressASRofsandstoneat30％replacementlevel，includingPingliangClassIandClassIIflyash、ⅣiⅡlCaOcontentabout8％．Consideringthedifferencebetweendamconcreteandnormalconcreteandthevariationofthereactivityofsandstone，thesafereplacementlevelofflyashissuggestedtobenolessthan35％．(3)ThereisnoremarkablerelationshipbetweenanychemicalcompositionofflyashandthesuppressingeffectonASR，Asthecriteriaforselectingpropernyashsource，thechemicalindexCFAiSmorereasonablethantheCaOcontentoralkalicontent．TheformulaOfCFAis：一CaO+0．7356R，O+1．4607M90—1．8299SOa。趴2飞丽面而再面丽甄历■万而万历；-IfCFAisbelow0．40，theflyashat30％replacementlevelCaneffectivelyinhibittheASRofsandstoneusedintheJinping—IHydroelectricProject，andifCvAisaboveO．40，moreflyashwouldbeneeded．At30％replacementlevel，thereisnOremarkablerelationshipbetweenmineralogicalcompositionofflyashandthesuppressingeffectonASR．ReplacingtheSi02andA1203contentinCFAbyamorphousSi02andamorphousA1203contentdidn’tincreasetherelativity．ThefinenessofflyashinfluencesthesuppressingeffectonASR，butnotasIllnAbstmetobviouslyasCFA．Thephysical—chemicalindexCmadeupOfCFAandspecificsurfaceareacanreflecttheinfluenceofphysicalandchemicalquanlitiesofflyashonsuppressingeffectonASR．TheformulaOfCFAis：C：—CaO+1．0997R20-1．7—050MgO-1．8916S03·删一2．71120．0467Si02—0．075103+0．4064Fe203(4)Flyashwouldbeterriblelyactivatedin80℃，lmol／LNaOHandsaturatedCa(OH)2solutionsSOthatthesuppressingeffectonASRtestedbyAMBTwasmuchbetterthantheeffecttestedbyACPT．Mostcompositionsofnyashcoulddissolvedexceptmullitewhichmakesupabout20％oftotalflyashbyweight,thisphenomenoncanexplainwhytheinfluenceofchemicalcompositionsisbiggerthanthatofmineralogicalcompositions．ThemainproductionsofflyashinhotalkalinesolutionarePzeoliteandC．．S．．Hgel．PzeoliteisbeneficialtosuppressingASR．C—S—HgelCanimprovethestrengthofmortar,butnoinfluenceonASR．(5)Ifreactiveaggregateisusedindamconcrete，thereactivestonepowderbroughtinwithfineaggregateandtheairbubblesentrainedbyAEAwillreduceASRexpansiongreatly．Theoveralleffectoftheseself-immunitymechanismsofdamconcreteisthereductionofASRexpansionby40％to80％．SoASRexpansioninrealdamconcretestructuresisnotasseriousasobservedinstandardtests．(6)GroundlithiumslagCanefficientlysuppressASR，butitwillcauseearlyexpansionofmortarorconcrete，thisexpansionshouldbeseparatedwhentestingthesuppressingeffect．CompositepowderCalleffectivelyinhibittheexpansionduetoASRat30％ormorereplacementlevel．HLC-ASWtypesuperplasticizercallreduceabout20％ofexpansionduetoASR,whichismuchbetterthannormalnaphthalene锣pesuperplasticizers．Keywords：alkali-silicareaction，flyash，physical—chemicalindex，immunityIVn学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。学位论文作者(签名)：学位论文使用授权说明_、-，1【旦至睦2009年06月南京水利科学研究院有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权南京水利科学研究院研究生部办理。学位论文作者(签名)：一一一7i习弛2009年06月n第一章绪论1．1研究背景及意义锦屏一级水电站为一等工程，枢纽主体为高305m的混凝土双曲拱坝。根据成勘院的初步调研，坝址附近料场骨料主要为大理岩和砂岩。砂岩是碱活性岩石，可能导致坝体混凝土发生碱骨料反应(AAR)破坏，存在潜在威胁，需要慎重选择；另一方面，坝体混凝土工程量非常巨大，且受环境与经济因素制约，砂石料只能就地取材，如果简单拒绝使用可能存在潜在碱活性的当地砂岩骨料，仪骨料运输成本一项，就会增加l～2个亿。因此，骨料问题成为建设锦屏一级水电站迫切需要解决的关键技术经济问题。世界范围的工程实践表明，尽管存在一些证实是AAR或疑似AAR引起破坏的工程实例，但其所占比例很小【l】。美国和加拿大的研究表明，采用标准试验方法判定为碱活性的骨料，80％在实际工程中使用超过了40年而没有表现出AAR的痕迹[21。上世纪80年代中期，水利部组织南京水利科学研究院和中国水科院对我国已建的32座混凝土高坝的耐久性调查中，没有发现由于AAR引起破坏的实例【3J。因此，完全拒绝使用潜在活性骨料可能过于保守。国内外的混凝土大坝工程调查证明，在混凝土中掺入一定量的掺合料，，能够有效控制AAR产生的破坏。勘查表明小浪底工程活性骨料占47％以上，坝内部掺用30％的粉煤灰，大坝建成40余年至今未发现危害性AAR[41。湖南省柘溪水电站混凝土大坝虽然采用含9．1％碱活性燧石的天然骨料，但同时采用了混合材含量超过50％以上的300号或400号混合水泥及矿渣硅酸盐水泥，在混凝土中又掺加了15％"30％的烧粘土，运行50年至今尚未发现由于AAR而形成的破坏及异常变形【3】。英国威尔士的两座大坝骨料均采用当地的硬砂岩，水泥碱含量相近(0．62％'---'0．65％)；30年后，使用纯水泥的一个坝大部分地方出现严重开裂，据钻芯取样分析认为是AAR引起的；另一大坝掺入25％的粉煤灰，未出现裂缝，钻芯取样分析表明没有AAR发生【5】。因此，采取适当的AAR抑制措施后，即使使用潜在碱活性骨料，也有望避免混凝土破坏。综上所述，当采用碱活性砂岩骨料时，选择有效、经济的抑制措施对解决锦屏一级水电站骨料问题具有重要的技术经济意义。n南京水利科学研究院硕士学位论文1．2国内外研究现状1．2．1大坝混凝土AAR抑制措施AAR发生所必须的三个条件是活性骨料、充足的水分、足够的碱，任何一个条件不满足，都可以避免AAR破坏。迄今为止国际混凝土工程界预防AAR危害的措施主要有以下4个方面：①控制混凝土含碱量；②使用非活性骨料；③掺加掺和料和外加剂：④隔绝水分。对于大坝混凝土而言，与水接触是不可避免的，并且由于坝体表面积大，不可能采用涂层覆盖，因此无法实现隔绝水分；由于混凝土用量十分庞大，坝址附近的非活性骨料的量往往不能满足大坝建设的需求，而异地运输又会产生巨额费用，因此使用非活性骨料这种措施对于大坝混凝土而言也较难实现。所以大坝混凝土中可行的抑制措施是控制混凝土含碱量和掺加掺和料、外加剂。(1)控制混凝土碱含量控制混凝土碱含量可以预防AAR这一结论在国际上已经达成共识，其原理是当混凝土中的碱含量低于一定值时，混凝土孔溶液中K+、Na+和OH一浓度便会低于某临界值，AAR便难于发生或者反应程度较轻，不足以导致混凝土破坏。然而，国际上对于混凝土安全碱含量取值的问题，仍有争议。英国交通部和水泥学会都认为混凝土的碱含量控制在3．0kg／m3以下是安全的。新西兰水泥和混凝土协会规定混凝土的碱含量低于2．5kg／m3是安全的。南非标准(SABS0100．PartII)中则规定混凝土的碱含量必须低于2．1kg／m3才是无害的。国际材料与结构研究试验室联合会(砒LEM)2003年4月提出的《减少混凝土中碱．骨料反应的国际标准草案》中，对于不同活性的骨料提出不同的碱含量限制指标：对于低活性骨料，没有对混凝土碱含量的限度提出要求；对于中等活性骨料，混凝土碱含量的限度为3．0kg／m3或3．5kg／m3；对于高活性骨料，混凝土碱含量的限度应低于2．5kg／m3。1993年我国提出的《混凝土碱含量限值标准》CECS53：93中对碱含量的限值从2．1～3．0kg／m3不等，根据环境条件而定。混凝土中的碱主要来源于水泥，约占总碱量的99％，还有少部分来源于掺和料、外加剂以及骨料中溶出的碱【61。对于大坝混凝土，骨料占到混凝土质量的80％左右，胶凝材料用量一般低于200kg／m3，即使胶凝材料含碱量为1．0％(一2n第一章绪论般低于1．0％，以锦屏工程备选的水泥为例，碱含量约为0．5％，掺混合材后胶材总碱量会降低)，大坝混凝土的总碱含量才2．0kg／m3，很容易就满足国内外对混凝土总碱量的限制。因此，控制混凝土总碱量对于控制大坝混凝土AAR而言，看来不是问题。但也有人认为，大坝混凝土的总碱量要求应更加严格，国内大坝如三峡大坝提出了混凝土总碱量<2．5kg／m3的限值‘71。(2)掺加掺和料和外加剂大量的研究表明，使用掺和料取代部分水泥，不仅可以降低成本、改善混凝土的工作性，而且能够有效地抑制碱．硅反应(ASR)。工程实践也证明，使用掺和料是解决大坝混凝土ASR最经济、有效的途径。常用的矿物掺和料主要包括粉煤灰、矿渣、硅灰、沸石等工业废渣或天然矿物材料，有关这些矿物掺和料抑制ASR的文献很多，这里不再一一列举。除了上述几种掺和料以外，还有许多其它工业废渣或天然矿物材料尚未得到广泛利用，如磷渣、石粉、煤矸石等，一些研究表明这些材料对ASR也有一定的抑制效梨耻10】。由于坝址附近粉煤灰、矿渣等常用矿物掺和料料源离坝址较远，开发利用坝址就近的矿物掺和料来抑制ASR，对于锦屏一级水电站坝体建设具有重要的经济意义。使用某些化学#l-；bnN也能抑制ASR[11-131，主要是一些锂盐类外加剂。由于其长期有效性尚未得到工程实际证实，并且成本昂贵，目前还不适合用于大坝混凝土ASR的抑制。1．2．2粉煤灰品质评价指标在混凝土中掺加粉煤灰可以有效地抑制ASR的发生，但是不同产地的粉煤灰，其抑制效果各不相同。GB／T1956—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰标准》对粉煤灰的细度、需水量比、烧失量、含水量、S03含量、游离CaO含量以及体积安定性做了规定，但是并没有对粉煤灰化学成分提出更多的要求。然而，ASR对粉煤灰的化学成分比较敏感。一些研究指出粉煤灰的CaO含量以及碱含量对抑制ASR效果有明显不利影响【l纠q；水利水电施工手册中建议粉煤灰的碱含量≤1．5％、CaO含量≤5％f17】，三峡工程也要求粉煤灰碱含量≤1．5％【18】。然而，粉煤灰的主要化学成分是Si02、A1203和Fe203，这三者的总量一般超过70％，这三种成分是有利于抑制ASR的【191，即粉煤灰中不利于抑制ASR的化学成分所占比例较小。如果粉煤灰的各种化学成分搭配合理，即使CaO含量或碱含量稍3n南京水利科学研究院硕士学位论文高，也可以起到很好的抑制效果。国内外学者已经注意到了这个问题，并且开始寻找可以客观表征抑制ASR效果的粉煤灰品质指标，目前主要提出以下三种指标：①(10Na20。q+4．45CaO)／Si02该指标≤2的粉煤灰在25％的掺量下可以控制38"C养护下混凝土棱柱体2年的膨胀率低于0．04％120,211。该指标只考虑了粉煤灰的三种化学成分，对于含量较高的A1203、Fe203等未加考虑，并且没有考虑粉煤灰矿物组成和物理品质的影响。②CaO／(Si02+A1203+Fe203)通过人工神经网络对该指标的研究‘221结果表明，CaO／(Si02+A1203+Fe203)对粉煤灰抑制ASR效果的影响与CaO含量的影响相近，它们都不决定ASR的膨胀率。说明该指标并不能很好地反映粉煤灰抑制ASR的效果。③CaOeq／Si02cq其中CaO。q=CaO+0．905Na20eq+1．391MgO+0．700S03，Si02eq=Si02+0．589A1203+O．376Fe203，即把各种成分按照分子量关系折算为CaO或者Si02，然后相比。用该指标对粉煤灰进行分类，与F类、C类粉煤灰分类的结果一致【19】。该指标虽然考察了粉煤灰的全部化学成分，但是各成分按照分子量等效为CaO或者Si02的做法值得商榷，因为各种组成并不一定按照摩尔比起作用。此外，该指标与标准粉煤灰分类(F类、C类分类方法)结果一致，本质上并没有改进优选粉煤灰的措施。这三种指标从不同的角度对粉煤灰的化学成分进行了考察，在一定程度上改进了用单一化学成分评价粉煤灰抑制ASR效果的简单模式，但是仍然存在一些缺陷，需要进一步改进。除了化学成分以外，粉煤灰的矿物组成对其作用效果可能也会有影响。但是国内外有关粉煤灰矿物组成对抑制ASR效果影响的研究很少，可能是由于粉煤灰中玻璃体含量较高，准确测试其矿物组成比较困难。Nagataki等人的研究表明粉煤灰抑制ASR的效果随着非晶态Si02含量增加而提高1231；而Kawabata等人的研究结果表明玻璃体含量、非晶态Si02含量、非晶态A1203含量单独与ASR的抑制效果之间没有明显相关性【241。粉煤灰的矿物组成是否会影响其抑制ASR的效果，仍需进一步研究。4n第一章绪论另外，粉煤灰的细度也是反映其物理性能的一项重要品质指标。B6rub6等人的研究认为用颗粒粒径分布表示的粉煤灰细度对粉煤灰抑制ASR的效果有显著影响{2引。Obla等人的研究也表明粉煤灰的细度对抑制ASR效果有较大影响，粒径约3pm的超细粉煤灰在其CaO含量约11．8％时仍然可以有效地抑制ASRl261。当不使用超细粉煤灰时，作为一种普通粉煤灰的品质指标，细度如何表达才能与抑制ASR的效果相关，还需要进一步研究。1．2．3粉煤灰抑制ASR机理研究现状前人的研究结果表明，粉煤灰抑制ASR的机理主要包括以下几种：①通过火山灰反应吸纳一部分碱，进而降低孔溶液碱度；②阻止离子扩散，提高混凝土抗渗能力；③消耗C“OH)2；④改善Ca(OH)2的分布。但是这四种机理中的任何一种都不足以解释文献中报道的粉煤灰抑制ASR的各种现象，它们有可能是相互交叉，共同存在的。(1)吸附碱粉煤灰可以结合大量的碱，降低混凝土孔溶液中的碱度，从而起到抑制ASR的效果【271。使用高碱水泥的净浆孔溶液中Na+、K+总量约O．8mol／L，当掺入15％粉煤灰以后，孔溶液Na+、K+总量降低至约0．3mol／Lt2引。这种机理解释了部分文献中的现象，但是仍有很多现象无法解释。例如，Alasali[29】和Hobbs[301等人的研究表明，混凝土中含碱量在1．5kg／m3----6kg／m3变化时，掺有50％或40％粉煤灰的混凝土试件均能保持较低的膨胀率。Thomas【271和Shayanl311等人也得到了类似的结论(在Thomas的试验中，含碱量变化范围为3．0kg／m3～6．5kg／m3；在Shayan的研究中，含碱量最高达12．5kg／m3)，说明粉煤灰的总量带来的影响远远大于吸附碱所起的作用。此外，国际上用于评价粉煤灰抑制效果的加速试验方法，如ASTMC1567、ASTMC441等，均采用80。C、lmol／LNaOH溶液浸泡，试件孔溶液中的碱由环境中的碱源源不断地供给，粉煤灰消耗碱的作用大大削弱，但是仍然能表现出良好的抑制效果，这也说明粉煤灰抑制ASR的机理不单单是消耗碱，其它机理起的作用可能更大。(2)阻止离子扩散大量的研究结果表明掺入粉煤灰可以提高混凝土的密实性、降低离子和水分5n南京水利科学研究院硕士学位论文的渗透能力【32~34】。但采用加速试验方法会夸大粉煤灰的作用效果。Uchikawa等人【35l测试了掺25％粉煤灰的净浆、砂浆以及混凝土中Na+的扩散系数，对于20"C下养护90d的试件，掺入粉煤灰导致Na+扩散系数增大，但是对于40。C养护60d的试件，掺入粉煤灰导致Na+扩散系数明显降低。(3)对Ca(OH)2的影响很多研究已经认为Ca(OH)2的存在是发生ASR必须具备的条件[36,37]，混凝土的膨胀率依赖于水泥水化产生的Ca(OH)2的量，在使用活性骨料的混凝土试件中加入CaO或者Ca(OH)2都会使膨胀率显著增力H[27,35】。能够与Ca(OH)2反应是掺和料抑制ASR的原因之一【271，因此，抑制ASR效果与酸性矿物(Si02+A1203+Fe203)的含量以及它们吸收Ca(OH)2的能力有关【3引。另一方面，采用显微硬度和X．射线能谱分析测试发生ASR后的试件产物情况，结果表明掺入粉煤灰改善了cE+的分布，使Ca2+进入反应产物形成高钙凝胶【391，而这种高钙凝胶是不膨胀的。1．2．4“最劣比’’现象混凝土中的活性骨料含量与碱含量之比达到某一值时，会使膨胀量达到最大，活性骨料含量偏小或者偏大都不会使膨胀值变大，即所谓“最劣比”现象。Ramyar等【40谰砂浆棒快速法(AMBT)所做的研究中，在使用活性骨料与非活性骨料组合时，试件膨胀值均小于使用纯活性骨料的；Wigum等人【6】的研究报告中用AMBT法测试了活性骨料含量与膨胀值之间的关系，使用了60种挪威天然砂，结果表明膨胀值并非随着活性骨料含量的增加而一直增加，而是当活性骨料含量或者骨料含量／水泥达到某个值的时候，砂浆棒的膨胀值最大；Kuridat4l】进一步用AMBT法研究了骨料含量／水泥、骨料体积／Na20等因素对膨胀率的影响，也表明这些因素存在一个最劣比。混凝土棱柱体法(CPT)试验结果表明，流纹岩骨料占12％时混凝土的12个月膨胀率为0．55％，而占100％时的膨胀率则小于O．10％t421。通过前期研究，锦屏一级水电站坝体混凝土已经确定使用砂岩与大理岩组合骨料。在这种情况下，考察砂岩骨料是否存在“最劣比”现象，具有重要的意义。6n第一章绪论1．2．5本文的主要内容(1)锦屏不同骨料碱活性鉴别鉴别锦屏一级水电站坝址附近砂岩骨料的活性程度，研究砂岩与大理岩组合骨料的活性情况。(2)不同品质粉煤灰对锦屏砂岩骨料ASR的抑制效果确定抑制锦屏砂岩ASR所需要的最小粉煤灰掺量，考察不同品质的备选粉煤灰对砂岩骨料ASR的抑制效果，优选出可以有效抑制砂岩ASR的粉煤灰品种。(3)粉煤灰品质评价指标的建立将全面考察粉煤灰的化学成分、矿物组成以及细度对砂岩ASR抑制效果的影响，建立粉煤灰品质评价指标。(4)不同标准试验方法中粉煤灰抑制ASR效果不同的原因粉煤灰在混凝土中的火山灰反应机理以及粉煤灰抑制ASR的机理研究的已经比较多，但是在加速试验条件下粉煤灰的作用机理可能完全不同于实际混凝土中的情况。本研究将模拟AMBT法中粉煤灰所处的微环境，研究粉煤灰参与反应的情况，分析不同标准试验方法中粉煤灰抑制效果不同的原因。(5)大坝混凝土对ASR的自免疫力一般认为大坝混凝土的强度低、长期与水接触、胶凝材料用量小，因此发生ASR的风险比普通混凝土更大㈣，而实际上，大坝混凝土中还有一些有利于抑制ASR发生的因素，可称为“自免疫力”，本文将对此展开相关研究。(6)新型ASR抑制材料研究考察几种可用于大坝混凝土的新型材料抑制ASR的效果。7n南京水利科学研究院硕士学位论文2．1水泥第二章原材料及其性能水泥有两种，分别为峨嵋牌P·MH42．5水泥和双马牌P·MH42．5水泥。水泥的化学成分分析结果见表2．1。峨嵋水泥满足锦屏一级水电站对MgO、S03以及碱含量的要求，而双马水泥的MgO含量不足3％，未达到3．5％的最低要求。按《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-1999)的要求，对水泥的物理力学性能进行了测试，结果见表2．2、表2．3。表2．1水泥化学成分(％)表2．2水泥物理性能表2．3水泥胶砂强度2．2粉煤灰试验主要用粉煤灰共13种，包括CaO>8％的粉煤灰5种、碱含量>1．5％的8n第二章原材料及其性能粉煤灰7种。云南阳宗海粉煤灰、北京华能高碑店粉煤灰、南京下关粉煤灰和哈尔滨岁宝粉煤灰均由南科院自行搜集，其余粉煤灰均为成勘院运来的工程备选灰。粉煤灰主要用来研究其品质对抑制AAR效果的影响，因此主要检测了粉煤灰的化学成分和颗粒特征。所有粉煤灰的化学成分见表2．4。锦屏工程要求粉煤灰的CaO含量≤5．O％、碱含量≤1．5％，而备选灰中，利源、珞璜I级、珞璜II级、平凉I级、平凉II级的碱含量大于1．5％，平凉粉煤灰的CaO含量大于5％，不满足锦屏一级的要求。表2．4粉煤灰的化学成分(％)采用负压筛测试了粉煤灰的451．tm筛余，用荷兰进口的Eye．Tech激光粒度粒形分析仪的图像分析通道测试了粉煤灰的颗粒粒径分布，见图2．1。D10、D50、D90表示小于该粒径的颗粒所占比例分别为10％、50％、90％。样品分散方法为水中超声波分散。粉煤灰的细度测试结果见表2．5。平均粒径是根据颗粒粒径分布计算出的面积体积等效直径Dsv脚l。粉煤灰比表面积根据颗粒粒径分布，按照如下公式算出：9n南京水利科学研究院硕士学位论文A蹦：垡：旦71；’aiai6AF圹pFI__IA_-s"lx_．iA蹦(1)(2)式中，AFAi为某一粒径区间的颗粒平均体积比表面积，m2jm3；AFA为粉煤灰质量比表面积，m2／kg；PrA为粉煤灰的密度，见表2．5，kg／m3：xi为某一粒径区间的颗粒所占体积分数，％；ai为某一粒径区间的颗粒平均直径，是该区间上、下限的平均值，m。用透气法测出的粉煤灰比表面积变化范围为80m2／kg一--550m2／kg|451，由于受到颗粒内部孔隙的影响，一般大于计算出的比表面积。表2．5粉煤灰的密度和细度粉煤灰密度(kg／m3)45pm筛余(％)平均直径(岬)比表面积(m2／kg)曲靖I22609．738．94135宣威I232013．937．39133宣威Ⅱ218014．152．32117珞璜I23509．845．30111珞璜II22204．436．79136平凉I21607．839．62125平凉II223022．158．31114利源212017．755．2795白马I254011．445．95113阳宗海245013．552．23109高碑店20l016．843．52122岁宝21908．544．52117下关228038．282．3669-^邑∞a霉毒U墨Il—．，l一馐乳／搦戮。兹黪爹裼l甏溺一捌i■一。鬃纂”≯霭绉翼J黼黼瀚滋滚瀚旋滋溺幽'1000D1∞∞DAveraBeFeretDiameter(urn)曲靖I级：平均粒径：38．94／mJ特征粒径：30．73／蛆nD10：11．蛳D50：29．501anD90：77．90弘,m10。口置疗害寄‘oo罾∞∞∞m∞∞柏∞∞伸OO987B54321On第二章原材料及其性能{，J一一／．≯{-／jIf黪霪蠹b酚。熟麓．蕊添嘉7雾篓溯一t蠹盔霸蕊蕊靛龋蠢蕊嘲蕊虢溺蕊蕊溯曩●1D10卫100D10∞．0100∞DAverageFeretDiameter{umI宣威I级：平均粒径：37．39／zm特征粒径：30．52／zmD10：14．109mD50：27．30pmD90：71．30／比m。__，／一’I√Jl矗．一，缓物最镬黟瀚：一麟?∥烈。。～羹缀／7，7，臻甥-。l一．勘巍荔凌象缓荔滋兹缀锄汹I1D10．01∞．010∞．01∞∞DAverageFeretDiameter(urn)宣威II级：平均粒径：52．32pm特征粒径：49．10proD10：14．109inDS0：33．90pmD90：ll5．30pmI，，I函l}，嚣缀l07嫠铡黔；：夕躅弱b黢jKj?j溺I甏移?∥。笼l舶型涵'D10D1∞．01000．010000DAverageFeretDiameter(urn)珞璜I级：平均粒径：45．30／zm特征粒径：31．57／zmD10：16．30#mD50：33．90pmD90：91．10pmll卫席I193ta尊。季一∞∞∞m∞∞柏∞∞竹O54219865320，∞rc∞=ta口母亲一∞∞∞m∞∞帕∞∞伯o8765432，O；}。哥_蓉毒I著一∞黟譬糟3笛厶1∞rc鲁ta口∞一害一∞∞∞阳∞卯帕{；；∞伯o98765432，0一琶∞虿_器。誊ln南京水利科学研究院硕士学位论文邑∞窜．暑8缸I，一，I，／曩惑I／黪黝—黪’j雾缝叠鬻7，漉嚣醚；≯镳纂凛壤7．嚣。溺黪囊一“～鹈纽麓黼溅幽黼鑫瀚囊||||翩1D10．0'∞．0'∞0．O1C000．0AverageFeretDiameterI"m}珞璜II级：平均粒径：36．79／mn特征粒径：26．3劫mD10：14．1叩mD50：29．5雎mD90：71．3叫m，1．一，，曩量／，黝7黔徽。磁臻·≯笺目囊缓雾≥j铡霾≯豸彰，t乒。渤蠹：黝≯，_，。孳≯蝴。磁缓施渤缓兹锄渤溺溯1．D10D1∞D10∞．o10D∞DAverageFeretDiameter(¨m)平凉I级：平均粒径：39．62pm特征粒径：29．9劾mDIO：14．10pmD50：29．50／．anD90：91．1叩m．_一一．，I／叠一缓笏丌黼剽l■II笈黪：，磊7；飘缀i．I漾一?7J|j，韵l誊溺囊i氅?謦i『_t≯I≯。一绥潞刻；戮琵篪荔滋滋滋施渊誊i'．o10D'∞D1∞ODt0000．oAverageFer—DiameterlumI平凉II级：平均粒径：58．31／zm特征粒径：56．65pmD10：14．10,urnD50：36．10／．anD90：121．90／比an12屯雩％暑-oof％一∞∞∞阳∞∞柏∞加竹o，98765432，O一巷口善-墓3|∞t|Pe_g=．t耋。季一∞∞∞阳∞∞柏∞加竹o109765‘321O一掌一。磊w器u缸厶屯o_^毋，一-嚣。一雾一∞暑}∞m∞∞∞∞∞仲08765432，On第二章原材料及其性能辞’一o∞霉皇∞o窭厶／矗，黝。．，rl鞠7l黧焉秀≯??，鹗簸二／。。o，霉锄；曦翳‘／毒I灞、。餮／I《≥i7％。琵_k燃蠢酒10．01∞D10∞．0AverageFeretDiameterlum'利源粉煤灰：特征粒径：55．27／盯n特征粒径：36．35／m-DIO：18．50／anD50：44．90∥mD90：113．10／anil，rl灞b叮羹戮M影l≯i麓蓼缀l缈?7≯。，：?r；搦溜l荔影；：了。。蛩戮一燃j≠?j。弘一j?孑一酶罨缀豫琏荔漉戮瀚鳓鳓豢荔籀溯AverageFeretDiameter(urn)白马I级：平均粒径：45．95／an特征粒径：33．22／zmD10：14．10／maD50：36．1毗mD90：93．3毗m1∞∞D|l}厂。掘；iI霪鬻踢掰墨％努’．霹铉黔|j∥渤黪：j，裁j：强翰l黪，夕；i，∥≥秀凌强碜2形of』：∥7镶lk凝红甾AverageFeretDiameterl¨mI阳宗海粉煤灰：平均粒径：D10：16．30／anD50：52．23／an特征粒径：42．41／an38．3雌mD90：110．90／an13～心no∞糟掌可∞rcont∞oo一水一∞∞∞阳∞∞柏∞∞伯。一艺∞E露鼍8笛也，01n口；一∞五。一书一∞∞∞m∞∞柏{；j∞伸O∞∞∞阳∞∞怕{；；∞伯。一辞一∞蠢目lu∞o誉厶n南京水利科学研究院硕士学位论文J^邑蕾雾鑫U每厶_^零'一蕾∞曩嚣∞o箍厶，，IX’j豇天溺臻2黪；绷l黪雾螽囊。薹慝震童，爹巍l一∥荔黟鍪虱．。Il纛象蕊荔巍磊渊AverageFeretDiameter(urn)高碑店粉煤灰：平均粒径：43．5和m特征粒径：32．71proD10：14．10pmD50：31．709rnD90：95．5雎m厂曩嚣，，蠢獭美荔蕴交移；鹣绕滋黪移?赣§该l骖薹黟～务7菇臻熬鼬蠹?疆⋯。■‘诋嵫缓磁施滋籀凌粼汹／疆J溺／l缀瘪移彩j。雾瀛荔!移。’j，。。o孑黝燃磋’，‘⋯：磬j溺麓飘溢翻∞曼霉三苎嘻拳'l善童||j||||j||||||||j||j||||||||||||||||?||?987654321O∞∞∞m∞∞∞∞∞协OD98765432，O∞∞∞加∞∞帕∞∞伯0D987654321O一簿一∞雾_墨。墨厶n第二章原材料及其性能2．3骨料细骨料为人工砂，包括锦屏一级水电站要用的一种砂岩砂和一种大理岩砂，有关性能的测试结果见表2．6。粗骨料为5mm--一20mm的砂岩小石，有关性能测试结果见表2．7。表2．6细骨料的主要性能指标表2．7粗骨料的表观密度和饱和面干吸水率5mm--一20mm砂岩小石2．4其它新型碱活性抑制材料主要选择了改性沸石复合粉(山东潍坊的改性沸石复合粉)、四川射洪的锂渣粉、新疆锂渣粉、南京瑞迪高新技术公司生产的可抑制AAR的HLC．ASW型高效减水剂。前三者的化学成分见表2．8。改性沸石复合粉的碱含量较高，锂渣粉的Si02和A1203合计占86％。表2．8改性沸石复合粉与射洪锂渣粉的化学成分(％)Si02CaOMgOFe203A1203K20Na20S03碱含量改性沸石复合粉54．125．662．145．1721．11．461．60．422．56射洪锂渣粉69．083．020．30O．9417．150．330．283．240．50新疆锂渣粉54．527．480．221．8418．200．220．347．450．4815n南京水利科学研究院硕士学位论文第三章锦屏一级水电站砂岩骨料碱活性判别3．1AMBT法采用《水工混凝土试验规程》(SL352—2006)中规定的AMBT法测试了砂岩骨料的碱活性情况，如图3．1。该方法规定，若试件14d膨胀率小于0．1％，则判定为非活性骨料；若试件14d膨胀率大于O．2％，则判定为具有潜在危害性反应的活性骨料；若试件14d膨胀率介于0．1％～O．2％之间，则需要将试验龄期延长至28d并辅助以其它试验方法进行综合判定。从图中看出，不管使用哪种备选水泥，试件14d膨胀值都在0．1％～0．2％之间，而28天膨胀值大于O．2％，因此可以初步判定砂岩骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料，进一步的“确诊”还需要与其它方法测试结果对比。O．3000．250，、0．200X褥O·150邕蛰0．1000．0500．0003．2CPT法05lO1520龄期(d)图3．1AMBT法测试砂岩骨料碱活性采用《水工混凝土试验规程》(SL352．2006)中规定的CPT法测试砂岩骨料碱活性，粗细骨料均采用砂岩，试验结果见图3．2。该方法规定，当试件一年的膨胀率大于或等于0．04％，则判定骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料；若一年膨胀率小于0．04％，则判定为非活性骨料。从图中可以看出，试件150d的膨胀率已经超过判据0．04％；养护龄期为240d时，试件表面出现了微裂缝，随后16n第三章锦屏一级水电站砂岩骨料碱活性判别膨胀速率显著变大；试件一年膨胀率为O．179％，开裂比较严重。结合前面用岩相法、AMBT法测试的结果，可以判定锦屏砂岩骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料，需要采取相应的抑制措施。，一、装、_，静邕婆拉堪鲻刊嶷赠3．3ACPT法_一Ij。，iI。。。；7．．，l···j。。。j—．．十．．十‘．十十··斗．0100200300龄期(d)图3．2CPT法测试砂岩骨料碱活性本文还使用欧洲RILEM推荐的60℃快速混凝土棱柱体法(ACPT)对砂岩骨料的碱活性进行了判别，结果见图3．3。该方法规定146,47]，当试件3个月的膨胀率大于或等于0．04％，则判定骨料具有潜在危害性反应的活性骨料；若3个月膨胀率小于O．04％，则判定为非活性骨料。试件养护60d后，膨胀率已经超过0．04％；3个月膨胀率为0．064％，远远超过判据；值得一提的是，试件3个月以后的膨胀非常缓慢，甚至略有降低，并且没有出现裂缝。ACPT法测试结果表明，锦屏砂岩骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料，结论与CPT法一致。17地培拓¨屹u傩∞舛舵OOn南京水利科学研究院硕士学位论文01一厂．O50lOO龄期(d)图3．3ACPT法测试砂岩骨料碱活性3．4组合骨料碱活性检验锦屏一级水电站坝体混凝土已经初步决定采用砂岩作为粗骨料、大理岩作为细骨料：本节主要考查这种组合骨料的ASR膨胀情况，以及用大理岩砂替代砂岩砂带来的影响。3．4．1试验方案试验分别采用CPT法和ACPT法，使用峨嵋水泥和双马水泥(外加NaOH调整水泥碱含量为1．25％)。骨料组合情况见表3．1。选用工地运来的细度模数为2．74的大理岩砂进行试验，并同时用所运来的大理岩砂筛分后重新调配出一种细度模数为2．96的砂，与砂岩细度模数一致，以消除细度的影响。表3．1骨料组合方案3．4．2结果与分析四种骨料组合试验测试结果见图3．4～图3．7。38℃养护条件下，全大理岩骨料组合的试件膨胀量最小，180d小于0．010％。使用双马水泥，前2个月砂岩．18∞凹∞：畲舛∞睨叭oO^泛v鼹邕遮肇丰}餐州露察n第三章锦屏一级水电站砂岩骨科碱活性判别大理岩骨料组合混凝土的膨胀值大于伞砂岩组合的，但全砂岩组合的后期膨胀值显著增大；后期，全砂岩骨料的膨胀值最大，6个月已经达0．059％。总体上，大理岩砂替代砂岩砂以后，膨胀值降低(10％"-'30％)，3个月以后测试结果就能反应这一差异。使用峨嵋水泥得出的结论与双马水泥类似，4个月以前出现砂岩．大理岩骨料组合混凝土的膨胀率大于全砂岩组合的现象，但是后期伞砂岩组合混凝土的膨胀率都大于砂岩．大理岩骨料组合混凝土试件。60"(2养护条件下，全砂岩组合混凝土试件的膨胀值大于砂岩一大理岩骨料组合混凝土试件的，1个月以后的数据就能反映这一差异；全砂岩骨料组合混凝土试件3个月膨胀值分别为0．055％和0．061％，大于其它组合，并且已经超过判据0．040％；使用大理岩砂取代砂岩砂，3个月膨胀率为0．050％"-'0．051％，稍低于全砂岩试件；大理岩细骨料细度模数从2．90减小为2．79对试件膨胀率基本没有影响。从3个月以后的结果看，上述趋势基本保持不变。使用双马水泥和峨嵋水泥得出的结论一致。综上所述，组合骨料中拿砂岩骨料膨胀率最大，用大理岩砂代替砂岩砂会使膨胀率略有下降；砂岩．大理岩组合骨料混凝土试件在38"(2养护下一年膨胀率大于0．04％，在60。C养护下3个月膨胀率大于0．04％，均判定为具有潜在危害性反应的活性骨料。O．09O．080．07O．06X0．05褥0．04邕0．03遴O．02O．OlO-O．Ol38℃混凝土棱柱体试验结果龄期(d)图3．4四种骨料组合CPT法膨胀结果(双马水泥)19n南京水利科学研究院硕士学位论文O．07O．06O．05鋈o．04塾03琶O．02O．OlOO．080．07O．06令O．05褂0．04羚03O．02O．0l0O．08O．07O．06奄0．05糌O．04耋o．03O．02O．OlO口砂砂60℃混凝土棱柱体试验结果O143060901201501802lO260360龄期(d)图3．5四种骨料组合ACPT法膨胀结果(双马水泥)38"(2混凝土棱柱体试验结果14306090120150180260龄期(d)图3．6四种骨料组合CPT法膨胀结果(峨嵋水泥)306090120150180260龄期(d)图3．7四种骨料组合ACPT法膨胀结果(峨嵋水泥)n第一章锦屏一级水电站砂岩骨料碱活性判别3．5砂岩骨料“最劣比"研究组合骨料试验中，早龄期(CPT法2个月内，ACPT法1月内)出现使用大理岩细骨料替代砂岩细骨料反而导致膨胀值略有上升的现象，虽然长龄期试验结果表明仍是全砂岩骨料的膨胀率最大，但是为了彻底弄清楚砂岩骨料是否具有“最劣比”现象，本文进行了专题研究。根据AAR的机理，最劣比用单位活性骨料表面所得碱来表示更具有实际意义，即RMC=活性骨料总表面积／混凝土含碱量。设计试验方案为：采用AMBT法，但试件不泡在碱液里，因为如果碱液供应充足则最终膨胀量将取决于活性骨料的含量；分两批进行试验：第一批通过改变活性骨料占全部骨料的质量分数来改变活性骨料总面积，选择砂岩砂占全部细骨料的比例分别为0％、25％、50％、75％、100％，其余为大理岩砂；第二批通过改变活性骨料粒径来改变活性骨料总面积，按照砂浆棒法的粒径要求筛分砂岩砂和大理岩砂，成型五组试块，每组试块的某一粒级使用砂岩砂，其它粒级用大理岩砂，各粒级所占质量分数均为20％。试验结果见图3．8～图3．9。试件膨胀率随着活性骨料的含量增大而增大，没有出现最劣比的现象；在固定活性骨料含量为20％时，粒径为2．5mm,---'5mm的活性骨料导致的膨胀率最大，随着粒径的变化没有出现明显的最劣比现象。综上所述，砂岩骨料不存在最劣比现象。O．060O．0500．040浆璧0．030女逢0．020O．OlOO．ooO24691218龄期／周图3．8不同活性骨料含量21n南京水利科学研究院硕士学位论文0．0350．0300．025爸0．020锝耋o．0150．OlO0．0050．0003．6本章小结l24691218龄期／周图3．920％不同粒径活性骨料本章通过AMBT法、CPT法、ACPT法综合检验了砂岩骨料的碱活性，并且考察了砂岩骨料与大理岩骨料组合的碱活性情况以及砂岩骨料是否存在“最劣比”现象。结论总结如下：1．砂岩骨料碱活性(1)AMBT法检验表明，使用砂岩骨料的砂浆棒试件14d膨胀值都在0．1％～0．2％之间，而28天膨胀值大于0．2％，初步判定砂岩骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料。(2)CPT法检验表明，使用砂岩骨料的混凝土试件一年膨胀率为0．179％，大于0．04％，并且开裂比较严重，砂岩骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料。(3)ACPT法检验表明，使用砂岩骨料的混凝土试件3个月膨胀率为0．064％，大于0．04％，砂岩骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料。2．组合骨料碱活性以及砂岩“最劣比”(1)从混凝土长期膨胀率看，砂岩粗骨料与大理岩细骨料组合而成的骨料碱活性程度较全砂岩骨料略有下降，但是组合骨料仍然具有ASR活性。(2)从本文试验结果看，所测砂岩骨料不存在“最劣比”现象，含量越大，导致的ASR膨胀率越大。总之，砂岩骨料的碱活性比较明显，即使采用用大理岩细骨料替代砂岩细骨料，也仍然具有较高活性，必须采取相应的抑制措施。n第四章粉煤灰对砂岩骨料ASR的抑制效果4．1粉煤灰的安全掺量采用工程拟用的双马中热水泥、峨嵋中热水泥以及曲靖I级、宣威I级、宣威II级三种粉煤灰，在四种粉煤灰掺量10％、20％、30％和35％下，进行砂岩碱活性抑制试验研究，以确定抑制砂岩ASR所需要的最小粉煤灰掺量。4．1．1AMBT法AMBT法测试的各龄期数据见表4．1。试验结果的分析见图4．1。不管哪种粉煤灰，只要掺量≥20％，都可以有效地抑制砂岩ASR，28d抑制率达到75％以上，并且低于0．1％。05lO152025303540掺量(％)图4．1粉煤灰安全掺量试验AMBT法测试结果O0O0O0O505O5O50432lO0O0O^摹。瓣邕遮n南京水利科学研究院硕士学位论文4．1．2ACPT法ACPT法试验各龄期结果见表4．2。试验结果与AMBT法结果一致，三种粉煤灰在掺量≥20％时，都可有效抑制AAR，180d膨胀率仅为0．010％"0．024％。这三种粉煤灰在相同掺量下的抑制效果相当。膨胀值在3个月以后增长变缓，可n第四章粉煤灰对砂岩骨料ASR的抑制效果见粉煤灰的长期抑制效果可以满足要求。有部分试件在5个月后出现倒缩，这可能与该测试方法容易使碱液外渗有关【4引。表4．2粉煤灰安全掺量试验ACPT法各龄期膨胀率。(％)综合AMBT法和ACPT法的试验结果，使用宣威I级、宣威II级和曲靖I级粉煤灰在掺量为20％以上时，可以有效抑制砂岩ASR。n南京水利科学研究院硕士学位论文但与此同时，还必须注意以下几点：@AMBT法和ACPT法都是基于普通混凝土的情况制定的标准试验方法，因而其结论只适用于普通混凝土；②大坝混凝土由于自身强度低．、骨料粒径大、胶凝材料用量少、水源供应充足，发生AAR的风险可能大于普通混凝土；⑧砂岩碱活性程度波动大。从工地运来的砂岩骨料用AMBT法检测28d膨胀率从0．266％--一0．362％不等，成勘院前期针。对不同料场采样研究的结果也表明砂岩骨料14d膨胀率波动较大，本批粉煤灰安全掺量试验所用的砂岩骨料活性程度相对较低，因此安全掺量必须考虑一定的富余系数；④宣威I级、宣威II级和曲靖I级粉煤灰为三种抑制效果较好的粉煤灰，如果选择其它品种的粉煤灰则其抑制效果低于此三种(如后面试验结果中，平凉I、II级灰30％掺量下ACPT法180d膨胀率达到0．036％左右)。综上分析，针对锦屏一级水电站要用的砂岩骨料，粉煤灰的安全掺量宜≥35％。4．2不同品质粉煤灰对ASR的抑制效果用双马和峨嵋两种中热水泥，分别外掺13种粉煤灰进行AMBT法试验和ACPT法试验，粉煤灰掺量为30％。由于掺有掺合料的试件膨胀量会显著减小，为了更好地对比各种粉煤灰的抑制效果，AMBT法试验龄期延长为28d、ACPT法试验龄期为6个月。4．2．1AMBT法各龄期膨胀结果见表4．3。无论是采用峨嵋水泥还是双马水泥，28d时，曲靖I级灰对AAR的抑制率都是最高的，达到90％；宣威I级灰和II级灰的抑制率达到86"-'90％；CaO含量8％左右的平凉I级灰和II级灰的抑制率达到85％；抑制效果最差的是阳宗海粉煤灰，但是在28d时其抑制率也能达到75％。从宣威、珞璜、平凉三家的I、II级灰的对比看，虽然同一个厂家的I、II级灰的化学成分非常接近，而II级灰比I级灰明显粗，但28d抑制率II级灰与I级灰基本一样，甚至在整体上还可以说II级灰略微高一点。n第四章粉煤灰对砂岩骨料ASR的抑制效果4．2．2ACPT法ACPT法试验的各龄期测试结果见表4．4。按照RILEMAAR．4推荐标准，根据180d结果可以判断矿物掺合料抑制AAR的有效性。结果表明，工程备选的9种粉煤灰都可以取得良好的抑制效果，180d试件膨胀率都低于0．04％，其中以曲靖I级、宣威I级、白马I级、珞璜II级为最好。180d时，曲靖I级的抑制率为68％"--'71％；宣威I级和II级的抑制率为66％-'--77％；CaO含量8％左右的平凉I级灰和II级灰的抑制率达到40％"-'-'48％，但膨胀率低于O．04％。n南京水利科学研究院硕士学位论文表4．4ACPT法测试不同粉煤灰抑制效果(％)从宣威、珞璜、平凉三家的I、II级灰的对比看，虽然同一个厂家的I、II级灰的化学成分非常接近，而根据颗粒分析的结果II级灰比I级灰明显粗，但180d抑制率II级灰与I级灰基本一样。ACPT法进行到4个月以后，除了掺个别粉煤灰(如高碑店粉煤灰)的试件n第四章粉煤灰对砂岩骨料ASR的抑制效果外，膨胀率就基本不增加，甚至略有下降，发展趋势见图4．2。o．啪o．0350．030§o-眈5苷0-020霍o．0150．0100．0050．000一一／^—Hr{l|．七乒一＼O50100150200250龄期(d)0．040o．035O．030O．OlOO．∞5O．000一／J——_l『-}／，‘尹—寒_～。Iꆀꎀ10龄期)+宣级一宣威n级+双马空白珞填l+珞璜2——利源+平凉2+双r弓空白双马┏━．．．f’，、?一。／、、77，—。┃：≥等0250龄期)0霎o∞*040耋o30双马┏━—＼、～一一。一．n、、一?┃卢＼／一，⋯＼、∞龄期)“宗～平凉I⋯m-··岁宝一高碑店—·一下关-Mn级一呻靖I级—一峨帽空白0将040誊o0．0双马┏━J一?。一一。：≥互乏》。；丢三三┃马利源50)凉Ⅱ202500．00．5X00硌025誊n0OOO．00峨嵋┏━、v．一。。：妒／＼————一l∞龄期)一珞—·嵋空白“·凉I—_．．一岁宝十高——下关峨嵋图4掺30％粉煤灰的ACPT法试件随龄期膨胀规律AM法测试的各种粉煤灰对砂岩ASR的抑制效果为75％"90％，ACPT法测各种粉煤灰对砂岩ASR的抑制效果为40％'--77％，说明在混凝土试验5X邕鼙晰哪啪吣i啪酱鸷n南京水利科学研究院硕士学位论文中各种粉煤灰的抑制效果都有所下降，并且不同粉煤灰之间的差异也拉大，本文将在第六章中分析粉煤灰在不同测试方法中的作用机理。4．3本章小结本章主要研究了抑制锦屏一级水电站砂岩骨料ASR所需要的最小粉煤灰掺量以及可以优选的粉煤灰品种。主要结论如下：(1)采用AMBT法和ACPT法测试的结果表明，使用曲靖I级、宣威I级、宣威II级粉煤灰时，掺量在20％以上可以有效抑制砂岩的ASR膨胀；考虑到砂岩碱活性的波动，以及其它粉煤灰在30％掺量下抑制ASR的效果，粉煤灰的最小掺量宜不低于35％。(2)工程备选的9种粉煤灰在30％掺量下都可以使AMBT法试件14d膨胀率低于0．1％、ACPT法试件6个月膨胀率低于O．04％。(3)宣威、珞璜、平凉三家的I级灰与II级灰相比，对砂岩ASR的抑制效果没有明显差异；CaO含量8％左右的平凉I级灰和II级灰在30％掺量下也可以使膨胀率低于临界值。(4)AMBT法测试的各种粉煤灰对砂岩ASR的抑制效果为75％'-'90％，ACPT法测试的各种粉煤灰对砂岩ASR的抑制效果为40％----77％，说明在混凝土试验中各种粉煤灰的抑制效果都有所下降，并且不同粉煤灰之间的差异也拉大。30n第五章粉煤灰品质评价指标5．1粉煤灰化学成分对抑制ASR效果的影响5．1．1粉煤灰单个化学成分的影响以表4．3中使用双马水泥的各种粉煤灰对ASR的抑制效果为研究对象，分析不同化学成分的影响。按照Malvar等人f19】的分析，粉煤灰的主要化学成分可以分为两类：一类是促进ASR的，有CaO、K20、Na20、MgO、S03等；另一类是抑制ASR的，主要有Si02、A1203和Fe203。将粉煤灰的各主要化学成分分别与试件膨胀率作图，见图5．1～图5．7，可见，各化学成分的作用趋势与文献结论基本一致——-在其它化学成分变化的情况下，粉煤灰对ASR的抑制效果总体上随着CaO、S03、R20含量的增加而降低，随着Si02含量的增加而增加，但与MgO、A1203和Fe203含量基本没有相关性。而且，从图5．4可见，在其它化学成分未固定的情况下，粉煤灰的CaO含量与其ASR抑制效果没有显著的相关性。岁宝粉煤灰的CaO含量高达18％，但是当掺量为30％时，砂浆棒28天膨胀率仅0．05％，远低于判据0．10％。同样从图5．7可见，粉煤灰的碱含量与其ASR抑制效果也没有明显的相关性，碱含量的增加并没有导致试件膨胀率的明显增加。从以上分析可知，粉煤灰的CaO含量和碱含量并不能决定其抑制ASR的效果。粉煤灰的Si02+A1203+Fe203含量与抑制ASR效果之间的关系见图5．8。在其它成分都在变化时，Si02+A1203+Fe203含量对粉煤灰抑制ASR效果有较明显的影响，相关系数达0．69，Si02斗A1203+Fe203含量越高，抑制效果越好。同样分析了AMBT法中使用峨嵋水泥时，粉煤灰各种化学成分对抑制ASR效果的影响，表5．1给出了相关系数R2，与使用双马水泥得出的结论基本一致。通过以上分析可知，在所有成分都在变化的情况下，粉煤灰的任何一种成分都不能决定其抑制ASR的效果。3ln南京水利科学研究院硕士学位论文0．0800．0700．060X0．050瓣当0．040登磊0．030N0．0200．0100．0000．0800．0700．060装0．050档{卜餐0．040渣磊0．030—0．0200．010O．000O．0010．OO20．0030．0040．0050．0060．0070．OOSi02含量％图5．1粉煤灰si02含量对ASR的影响0．005．OOlO．OO15．OO20．oo25．OO30．OO35．OO,',1203含量％图5．2粉煤灰A1203含量对ASR的影响0．0800．0700．060X0．050料邕0．040蛰磊0．030N0．0200．0100．0000．002．004．OO6．008．OOlO．0012．0014．0016．00Fe203含量％图5．3粉煤灰Fe203含量对ASR的影响32n第五章粉煤灰品质评价指标0．0800．0700．060X0．050褥当0．040渣磊0．030Pq0．020O．0lO0．0000．0800．0700．060X0．050褥姿0．040渣乜CO0．030N0．0200．0lO0．0000．0800．0700．060装0．050瓣餐0．040逢勺OO0．030N0．0200．0100．0000．005．0010．0015．OO20．OOCa0含量％图5．4粉煤灰CaO含量对ASR的影响0．000．501．001．502．002．503．OO3．504．00M90含量％图5．5粉煤灰MgO含量对ASR的影响0．OO0．501．001．502．00S0a含量％图5．6粉煤灰S03含量对ASR的影响33n南京水利科学研究院硕士学位论文0．0800．0700．060装0．050褥邕0．040遴磊0．030N0．0200．0100．0000．0800．0700．060X0．050镣邕0．040蛰磊0．030N0．0200．0100．0000．001．002．003．004．OO5．006．OO7．00R20含量％图5．7粉煤灰R20含量对ASR的影响0．OO20．0040．OO60．0080．00100．00Si02+A1203+Fe20s含量％图5．8粉煤灰Si02+A1203+Fe203含量对ASR的影响表5．1粉煤灰各种化学成分对抑制ASR效果的影响(峨嵋水泥)5．1．2粉煤灰化学成分因子为了综合考察粉煤灰各化学成分对ASR的作用，根据上述粉煤灰单一化学成分对ASR的影响规律以及文献中的结论【19-221，采用比值形式提出粉煤灰化学成分因子CFA，将能够促进和抑制ASR的化学成分分别放在分子和分母的位置。CFA的基本表达式定为：C。。：—CaO+X,R20+X—2MgO+X3S03(5．1)r^一一＼．，一■，’8丘研D2+墨么如q+五凡2D3式中，CaO、REO、MgO、S03、Si02、A1203、Fe203分别为粉煤灰各化学成分n第五章粉煤灰品质评价指标的质量百分数：Xl～)(6为各成分的作用效果权重系数，由于各成分在粉煤灰中的存在形式不同，且不一定按照分子量比起作用，因此这些系数宜通过回归分析得出。用表4．3给出的AMBT法28天膨胀率与表2．4给出的粉煤灰的各化学成分进行回归分析，得到上述系数和相应的CFA表达式如下：r—CaO+0．7356Rz0+1．4607M90—1．8299S03、LFA一—0．7928Si02+0．5673A—1203-2．1705Fe203(5·2)按式5—2计算各种粉煤灰的CFA，结果见表5．2。CFA与砂浆棒28天膨胀率有良好的线性关系，相关系数R2达到O．94，见表5．2各种粉煤灰的化学成分因子CFA35n南京水利科学研究院硕士学位论文图5．9CFA与AMBT法28d膨胀率之间的关系5．1．3粉煤灰化学成分因子的验证Cm与ACPT法测试结果之间的关系见图5．10，尽管CFA是通过AMBT法的数据回归出来的，但是与ACPT法中反映出来的粉煤灰抑制ASR效果之间有良好的相关性，相关系数R2分别为O．96和0．89，远大于使用单个化学成分的。为了考察CFA能否反映粉煤灰对ASR的长期抑制效果，使用另外10种粉煤灰，分别按照AMBT法进行试验，掺量为20％；10种粉煤灰的化学成分以及CFA见表5．3，CFA仍是用式5．2计算。CFA与AMBT法验证试验28d、40d、136d膨胀率之问的关系分别见图5．1l、图5．12、图5．13，相关系数R2分别为0．97、0．94和0．85。砂浆棒试件在80℃1MNaOH溶液中浸泡136d，试件的膨胀情况已经非常恶劣，但是仍与CFA有较高相关性。尽管这10种粉煤灰的掺量、化学组成、细度均与分析试验所用粉煤灰的不同，且掺杂了水泥品种的影响，但是粉煤灰的CFA与试件膨胀率之间的相关性仍然很好。这进一步说明，用CVA来反映粉煤灰对ASR的抑制效果比较可靠。表5．3验证试验用的10种粉煤灰化学成分及CFA—!％)uD强器p8Nn0．0500．0400．0300．020O．OlO0．ooO第五章粉煤灰品质评价指标0．ooOO．1000．2000．3000．4000．5000．600CFA图5．10CFA与ACPT法测试的粉煤灰抑制ASR效果之间的关系O．06O．05O．OlO0．0000．2000．4000．6000．800Cv^图5．11CF^与AMBT法验证试验28天d膨胀率之间的关系O．08O．07O．06O．02O．OlO0．0000．2000．4000．6000．800Cv^图5．12CFA与AMBT法验证试验40天d膨胀率之间的关系37装瓣邕遮po∞一舛∞眈0O零爵邕淞p8N晒∞O摹解蚩蛰p0寸n南京水利科学研究院硕士学位论文琴褂邕遭勺∞2CFA图5．13CFA与AMBT法验证试验136d膨胀率的关系用Rangaraju和Sompural49]的研究对CFA的可靠性进行了辅助验证。他们采用AMBT法，考察了2种粉煤灰在掺量20％下对89种不同活性细骨料(AMBT法14天膨胀率为0．026％"-'0．356％)的ASR的抑制效果，使用了2种有效碱含量为O．64％的C1水泥和有效含碱量为0．24％的C2水泥。所用2种粉煤灰的化学成分和用本文提出的式5．2算得的CFA见表5．4，结果如图5．14。采用粉煤灰CaO含量为8．36％而CFA为0．358的F1粉煤灰时，所有试件的14天膨胀率都小于0．1％；采用CFA为1．200的F2粉煤灰时，绝大多数试件的14天膨胀率都大于0．1％。这也说明在粉煤灰的CaO含量大于5％情况下，若CFA足够小，粉煤灰对ASR仍有较好的抑制效果。表5．4Rangaraju和Sompura所用粉煤灰的化学成分和CFA粉煤灰品种Si02A1203Fe203CaOS03MgOR20CFAFl43．5320．949．688．361．371．790．850．358F236．1l17．256．5322．471．445．621．421．20038n第五章粉煤灰品质评价指标摹褂遴弋，'寸雀∞茎《O．40．30．2O图5．14Rangaraju和Sompura采用89种骨料测试粉煤灰的抑制效果用本文试验、Shehata和Thomasi2们、McKeen等【501关于粉煤灰的品质对其ASR抑制效果的影响的一共7批试验结果，对本文和文献所提出的各种评价粉煤灰品质的指标进行显著性检验，结果见表5．5。Shehata和Thomas采用的试验方法是CPT法，测试了2年的膨胀率，用了15种粉煤灰，掺量为25％；McKeen等则采用AMBT法，用了5种粉煤灰，掺量为24％。按照相关系数检验方法f5l】，自由度=样本数一2；在某一置信度下，相关系数大于临界值表示相关性显著，否则认为相关性不显著。用这7批试验数据进行检验时，文献中所提3种指标与ASR膨胀率之间的相关性在2----4批试验中是不显著的；而本文提出的CFA与ASR膨胀率之间的相关性在全部7批试验中都是显著的。可见CFA能够更好地反映粉煤灰抑制ASR的效果。39n南京水利科学研究院硕士学位论文从图5．9～图5．13以及Rangaraju和Sompura的研究结果可以初步总结得出，当Cm≤O．400时，粉煤灰在掺量30％左右就可以有效抑制锦屏一级水电站所用砂岩的ASR；当CFA>0．400时，需要更大的掺量。按照这个指标选择粉煤灰，平凉I级、平凉Ⅱ级、珞璜I级、珞璜II级以及利源粉煤灰在30％掺量下都可以有效抑制ASR，这与AMBT法、ACPT法试验中得出的结果是一致的，而这五种粉煤灰的CaO含量或者碱含量不符合锦屏一级水电站的要求，可见用单一化学成分指标来优选粉煤灰，会过分保守地限值料源。n巴∞-'2t"q。郴吲陪状舒辑蠼恹鲁辑妊髅水目幸匪嵌憔懈，oo西西．0=寸均．o心寸口to心寸∞卜．0均寸∞卜。心寸∞卜．o△卜。卜。口西．o卜卜．0∞量寸∞．oo一卜卜．o”∞．0寸∞．o鼍∞匕。岔仓．0。aS．o蕾”寸．o眷n∞．o小∞．o：n．o小口．0_卜o。寸寸o。寸”．oH小．0_【小．0=心．0心岔．o∞崎．o心∞．o崎昏．0N∞．0n∞．o寸小．o葛一。巴稚coo老芝价NonoNon一。H弼鲁舌磊^馨莩v辞嚣耳承燃hku《^唧癸v留堪目承燃卜厶u《口。寸繇蟮茸辞燃≈∞N翻疆爆繇￥5卜∞芝《繇疆如套仪将小甙^X谜逛卿v籁婚水罢丑皿至gSdN邕+cDH专+d访Qd．ots【o岱Q≈u价寸．寸+§dN心乏。一^N认v韬毂僻如套仪恃^鬟v删鞭拭蝼集聪米黎籁篱辑赳．郴吲蛊蠖羝$皓峰喏毯鹱橐嚣姬吣．s懈蠖般$拳嗵咯懋蝼鑫褂旧抵n南京水利科学研究院硕士学位论文5．2粉煤灰矿物组成对抑制ASR效果的影响5．2．1粉煤灰的矿物组成用于粉煤灰矿物分析的手段很多，光学显微技术或者电子显微技术可以用于研究粉煤灰主要晶体组分的尺寸、形貌以及确定是否含有未燃烧碳粒【52,53】，但是由于粉煤灰中的晶体组分较少，并且常常与玻璃体交叠在一起，所以不能用显微观测的方法估算各组分的含量。光谱分析、热分析、酸溶解等方法也有用于粉煤灰玻璃体分析的f54】：光谱主要用来测试玻璃体的聚合度及结构‘55l，差热分析主要用于研究粉煤灰中玻璃体的热性质以及熔融特性哪】，而酸溶解可以测定粉煤灰中玻璃体的含量，但是有研究表明粉煤灰在酸中开始溶解的较快，随后变慢，即使在1％FH酸中溶解20h仍不能完全溶解【55】。X射线衍射(XIm)最初只用来定性分析粉煤灰中矿物相[571，但是由于玻璃体含量较高，在XRD图谱中常出现比较宽大的“馒头峰”，为矿物相定量分析带来了较大困难。随着计算机技术的不断发展，Rietveld提出的多相XRD全谱拟合分析方法(简称Rietveld法)被用于粉煤灰矿物组成定量分析，可以比较准确的测试粉煤灰中各种矿物的含量[581oRietveld法的理论基础有两个：①不同物质的衍射峰只会相互叠加，不会发生干涉，即XRD图谱上每一个点的强度都是所含物质衍射峰相互叠加的结果；②衍射峰的强度只与物质的含量有关。测试步骤为：首先对所测XRD图谱进行物相检索，找出可能含有的所有矿物，并查找这些矿物的无机晶体结构数据库(InorganicCrystalStructureDatabase，ICSD)卡片，然后用相应软件对图谱依次进行扣除背底、结构精修、应力精修等处理，使得计算得到的图谱与实验得到的图谱基本吻合，此时即可求出各矿物所占比例。粉煤灰的典型XRD图谱见图5．15。用粉煤灰的化学成分减去晶体矿物中Si02、A1203的量，计算出粉煤灰玻璃体中非晶态Si02、非晶态A1203。粉煤灰主要矿物组成以及玻璃体化学成分计算结果见表5．6。这24种粉煤灰中所含的主要矿物为玻璃体、莫来石和石英，还有少量的无水石膏、石灰、赤铁矿等。从测试结果可以得出，粉煤灰中玻璃体含量的范围约为47％～90％、莫来石含量约为0％'--'35％、石英含量约为O％"-'18％；玻璃态Si02的量约是晶体42n第五章粉煤灰品质评价指标中Si02的2．6倍(平均值)，即Si02主要以玻璃体形式存在；玻璃态A1203的量约是晶体中舢203的1／3(平均值)，即A1203主要以晶体形式存在于莫来石中，玻璃态所占比例较小。表5．6粉煤灰的主要矿物组成％换晏结皿土要碲’物组成玻璃体化学成分1∥lⅧ7石英莫来石玻璃体总量非晶态Si02非晶态A1203利源11．5826．4861．9433．928．00平凉I5．7614．3l79．9338．6315．7l阳宗海8．4817．4662．8522．1011．52下关7．8334．Ol47．1930．711．67高碑店5．4418．1858．9231．463．3l曲靖I12．9l33．5053．5331．450．5430％白马7．9823．2968．7336．405．5l岁宝11．600．0068．8236．6015．88宣威I17．4729．7052．8333．490．94珞璜I3．9022．7663．6335．550．00珞璜II3．1l19．9576．9435．7312．8l平凉lI8．3020．1l71．6035．1412．04宣威lIl5．5427．0657．4035．022．88LYGO．oo10．7489．2644．6329．76BLu2．7531．5165．7337．3913．06HN3．7534．2262．0341．239．54RN3．4630．6565．8937．738．93Q12．9733．5053．5331．390．5420％NJ5．6031．6362．7738．959．24L17．4729．7052．8333．490．94Yz3．1721．6460．1534．592．98JP12．7629．7857．4730．774．14SBY7．8327．9764．2l38．769．33XII15．5427．0657．4035．022．8843n南京水利科学研究院硕士学位论文置nCo董02D4060802e图5．15LHI级粉煤灰与PLlI级粉煤灰的XRD图谱5．2．2粉煤灰矿物组成对抑制ASR效果的影响一般认为，粉煤灰中以石英、莫来石、赤铁矿为主的晶体矿物在常温下化学活性很低，很难发生火山灰反应，因此这些晶体矿物对抑制ASR的贡献小；玻璃体或者玻璃体内以非晶体形态存在的Si02和A1203化学活性较高，有可能对抑制ASR有较大的贡献【591。将粉煤灰不同矿物组分与ASR抑制率的关系假定为线性关系，然后进行回归，相关系数越高，说明这些因素的影响越大。5．2．2．1AMBT法采用AMBT法时，掺量为30％的粉煤灰各矿物组分与ASR抑制率之间的关系见图5．16"---"图5．20；掺量为20％时，粉煤灰各矿物组分与ASR抑制率之间的关系见图5．21～图5．25。粉煤灰掺量为30％时，不同品质的粉煤灰抑制效果都在80％以上，受掺量的影响，相互之间的差异变窄。在所有成分都在变化的情况下，粉煤灰的抑制效果随着玻璃态Si02含量的增大而增大，玻璃体总量和玻璃态A1203的含量对抑制效果并没有明显的影响，晶体相也没有明显影响规律。从整体的看，相关系数《都在0．1以下，抑制效果与各矿物含量没有明显的依赖性。粉煤灰掺量为20％时，不同品质的粉煤灰抑制效果有了较明显差异。在所有0姗枷瑚瑚啪呦啪m啪跚∞"加n第五章粉煤灰品质评价指标成分都在变化的情况下，粉煤灰的玻璃体总量、玻璃态舢203含量与抑制效果之间的相关系数R2均在0．1以下，玻璃态Si02含量与抑制效果之间的相关系数R2为0．1。但是，从图中已经可以看出随着玻璃体总量、玻璃态A1203含量以及玻璃态Si02含量的增大，抑制效果增大的趋势比掺量为30％时明显；石英含量和莫来石含量对抑制效果仍没有明显影响。大量的试验证明粉煤灰在水热条件下(如80℃lmol／L的NaOH溶液中)会发生溶解，甚至以晶体形式存在的石英和莫来石也会溶解[60,61,62]，因此在AMBT法的试验条件下，大部分粉煤灰颗粒都是溶解到孔溶液中参与火山灰反应的，因此反应的形式与效果只与各化学成分的含量有关，而与各成分原来是否为玻璃态无关，所以用化学成分更能反映粉煤灰在AMBT法中抑制ASR的效果。本文将在第六章对粉煤灰的溶解情况进行分析。玻璃体古量％图5．1630％掺量下玻璃体的影响玻璃态^1203含量％图5．1830％掺量下玻璃态A1203的影响羹采五含量％图5．2030％掺量下莫来石的影响459l∞眇苌髓藿：耋85垦蹦盼配引玻璃iIs·02古量％110105100X95藿9舒0主80霉75706560石英含量％图5．1930％掺量下石英的影响玻璃体台t“图5．2120％掺量下玻璃体的影响虬蛐眇鼯盯；窖跖¨珏配舭苌井祭一∞《嘉嚣；=帅盼站盯硒舒斛昭救甜，‘*秘E∞《幂嚣舛蛳盼昭盯铂龉辨昭舱甜，‘苷拯国sv器晕n南京水利科学研究院硕士学位论文玻璃态si啦音量％图5．2220％掺量下玻璃态Si02的影响石英含量'‘图5．2420％掺量下石英的影响5．2．2．2ACPT法110105100X95甚钟爱蛄毒80晕75706560图IlOl∞100X95篓∞基85耋80最"706560玻璃态Al籼古量％5．2320％掺量下玻璃态A1203的影响翼柬石含量'‘图5．2520％掺量下莫来石的影响同样考察ACPT法测得的粉煤灰抑制ASR效果与各矿物组成之间的相关系数，见表5．7。粉煤灰的玻璃体含量、玻璃态A1203含量以及莫来石含量对抑制ASR效果的影响明显变大，这与ACPT法测出的不同品质粉煤灰抑制ASR效果差异较大有关。但是与粉煤灰化学成分的作用相比(见图5．10，相关系数R2为O．89"-'0．96)，矿物组成的影响很小。表5．7粉煤灰各种矿物组成与ACPT法测得抑制ASR效果之间的相关系数5．3粉煤灰细度对抑制ASR效果的影响本文主要以451Jm筛余、平均粒径以及比表面积作为粉煤灰的细度指标(见第二章)，考察细度对抑制ASR效果的影响，结果如图5．26～图5．3l所示。粉煤灰的细度在AMBT法试验中的影响比较明显，相关系数R2分别为O．30、O．32、0．41；而在ACPT法试验中，相关系数R2在O．1左右，细度的影响减弱。m眙∞够∞龉∞"阳酷∞，‘井繁醇∞《磊霉m：兮∞鲐如皓舳"∞舒曲，‘爵搭1lsv磊霉n第五章粉煤灰品质评价指标整体趋势是，粉煤灰的细度越大，抑制ASR的能力也越强。考虑到各种粉煤灰的化学成分、矿物组成都在变化，并且都是未经特殊磨细处理的普通粉煤灰，根据上述结果可以得出，粉煤灰细度对抑制ASR效果有影响，但是影响不如化学成分明显，不宜单独作为评价粉煤灰品质的指标。不同的细度指标相比，用根据颗粒分布计算出来的比表面积表示粉煤灰的细度与抑制ASR效果之间的相关性明显大于另外两个指标，因此，当考察粉煤灰抑制ASR的品质时，应优先选择比表面积作为细度指标。9590委85较耄80757045／zm筛余％图5．26粉煤灰45／tm筛余对抑制ASR效果的影响(AMBT法，28d)9590娄85较耄807570Oloo平均粒径Fm图5．27粉煤灰平均粒径对抑制ASR效果的影响(AMBT法，28d)47n南京水利科学研究院硕士学位论文美噩|∈较般嚣95857570O20406080lOO120140160比表面积m2／kg图5．28粉煤灰比表面积对抑制ASR效果的影响(AMBT法，28d)X硼∈较雌最O515202545岬筛余％图5．29粉煤灰45／um筛余对抑制ASR效果的影响(ACPT法，180d)lOO908070娄60较50誊403020lOO203040506070平均粒径／zm图5．30粉煤灰平均粒径对抑制ASR效果的影响(AcPT法，180d)∞蛐踮∞∞卯柏如加mon第五章粉煤灰品质评价指标装硼∈较昔e嚣O20406080loo120140160比表面积m2／kg图5．3l粉煤灰比表面积对抑制ASR效果的影响(ACPT法，180d)5．4粉煤灰品质的综合评价通过上述分析可知，粉煤灰的化学成分对抑制ASR的效果影响最大，矿物组成和细度的影响并不显著，因此，作为优选用于抑制ASR的粉煤灰的品质指标，应以化学成分为主，矿物组成和细度不宜单独作为优选粉煤灰的依据。本节将进一步讨论是否可以用矿物组成或细度与化学成分相结合，找出能够全面反应粉煤灰物理、化学、矿物特性的品质评价指标。此外，前面的研究结果也表明，粉煤灰在AMBT法试验中的表现与在ACPT法方法中的表现有较大区别，考虑到ACPT法与实际混凝土更为接近，因此本节中主要以ACPT法试验结果来讨论粉煤灰的品质评价指标。粉煤灰在不同试验方法中表现出来的差异将在第六章详细讨论。5．4．1矿物组成与化学成分组合尽管矿物组成不宜单独作为粉煤灰的品质评价指标，但是粉煤灰中以石英、莫来石为主的晶体矿物在常温下化学活性很低，很难发生火山灰反应‘631，在考虑粉煤灰的化学成分时，是否要扣除以晶体形态存在的Si02和A12037为了验证这种想法，用粉煤灰中的非晶态Si02和非晶态A1203分别取代化学成分因子中的Si02总量和A1203总量，重新进行拟合，给出相关系数R2见表5．8。49∞如舳砷∞如柏如加mon南京水利科学研究院硕士学位论文由于原来的化学成分因子公式是通过AMBT法试验结果拟合出来的，在分析ACPT法测试结果时，一经重新拟合，相关系数就会发生变化，为了便于比较，表5．8同时给出了重新用ACPT法试验结果拟合出的化学成分因子CFA与自身数据的相关系数。与使用全化学成分得出的CFA相比，用粉煤灰中的非晶态Si02和非晶态A1203分别取代化学成分因子中的Si02总量和A1203总量并没有使相关系数有所提高，还会略有降低。考虑到粉煤灰矿物组成分析不方便，并且精度不如化学分析准确，因此CFA中各化学成分还是以总量表示为宜，无需扣除晶态物质中Si02和A1203的含量。表5．8用粉煤灰矿物组成修正的c’FA与ASR抑制率之间的相关系数5．4．2细度与化学成分组合前面关于细度影响的分析表明，粉煤灰细度的影响小于化学成分的影响，但是粉煤灰的细度越大，越有利于抑制ASR引起的膨胀，并且不一定是线性关系。因此采用细度与化学成分因子组合的形式表达粉煤灰的物理、化学指标，C’FA的表达式为：c“=面CaO+再X1R20丽+X2丽MgO+X3S03·fineness-局(5_3)式中，CaO、R20、MgO、S03、Si02、A1203、Fe203分别为粉煤灰各化学成分的质量百分数；fineness为粉煤灰的细度，可以是451am筛余、平均粒径或比表面积；Xl---X7为各成分的回归系数，通过回归分析得出，但是这些系数的绝对值大小并不代表该项因素所起作用的大小。将粉煤灰的451．tm筛余、颗粒平均粒径或比表面积分别带入式(5．3)中进行拟合，所得结果见图5．32～图5．34。显然，用细度与CFA组合可以更好地反映粉煤灰对ASR的抑制效果，尤其是用比表面积表示粉煤灰的细度，相关系数R2达0．99。组合后的因子由于既包含粉煤灰的化学特性，又包含粉煤灰的物理特性，因n第五章粉煤灰品质评价指标此应该叫做物化因子，以C表示。根据上述拟合结果，C的表达式为：C：—CaO+1．0997R20-1．7—050MgO-1．8916S03．删-2．7112(5-4)0．0467Si0，一0．075lA，’仗+0．4064屁，仗式中SSA表示粉煤灰的比表面积，其余参数含义与式(5—3)相同。X糌般暴出∽《X壁昔e篙箸O．00．51．01．52．02．53．03．54．01／C'FA(用筛余细度修正)图5．32用45岬筛余修正CFA后与ASR抑制率之间的关系0．OO．51．01．52．O2．5l／C．FA(用平均粒径修正)图5．33用平均粒径修正CFA后与ASR抑制率之间的关系∞∞舯∞∞∞∞∞加mo∞粥∞为∞如∞∞加mOn南京水利科学研究院硕士学位论文X墼雌萎翌5．4．3验证0．00．5l，01．52．O2．5l心FA(用比表面积修正)×109图5．34用比表面积修正CFA后与ASR抑制率之间的关系Kawabata等人【241采用砂浆棒法测试了6种粉煤灰对安山岩骨料ASR的抑制效果。用公式(5．4)计算该研究中所用粉煤灰的物化因子，并与掺量为30％时粉煤灰对ASR的抑制效果相对照，以验证评价粉煤灰品质物化因子是否客观。验证的结果见图5．35，相关系数R2为0．88，并且较好地预测了G粉煤灰对ASR没有抑制效果。X壁啦篙翌物化因子C图5．35用Kawabata试验数据124J验证粉煤灰物化因子∞帅舳为∞∞∞∞加mO舳∞如柏如∞m0mn第五章粉煤灰品质评价指标5．5本章小结(1)粉煤灰的某单一化学成分，如CaO含量或碱含量，不足以全面反映粉煤灰对ASR的抑制效果。(2)以粉煤灰化学成分中对ASR有促进作用的成分含量与对ASR有抑制作用的成分含量之比定义粉煤灰的化学成分因子CFA，CFA与粉煤灰抑制ASR的效果之间有良好的相关性，可以用CFA优选粉煤灰。根据12种粉煤灰抑制ASR的AMBT法试验回归得到的CFA的计算式为：一一CaO+0．7356R2D+1．4607M90—1．8299S03FA—。‘。。。0。。‘．。7。。9。。。2。。。8。。S。。。i。0。。。。2。。。+。。。。0。。。．。5。。6。‘—7—‘3——A——‘—l’‘2。0。。。。3。。。-。。。。2。。。．。1。。。7。。0。。’5。’F。’’e——2’。0。。’3。。——当CFA≤O．400时，粉煤灰掺量30％左右可以有效抑制锦屏一级砂岩骨料的ASR；当CFA>0．400时，则需要更大的掺量。(3)粉煤灰的矿物组成对其抑制ASR的效果没有明显影响；用粉煤灰中的非晶态Si02和非晶态A1203分别取代化学成分因子中的Si02总量和A1203总量并没有使相关系数有所提高。(4)粉煤灰的细度对抑制ASR效果有影响，但不及化学成分影响明显；用比表面积表示细度比用459m筛余或者平均粒径更能反映粉煤灰抑制ASR的品质。(5)用比表面积与CFA组合而成的物化因子C可以更好地反映粉煤灰对ASR的抑制效果，C的表达式为：c：丝翌±!：竺竺竺!坐二!：!旦!竺丝翌二!：!竺!鱼坠．．删枷·zI．=一●，。、．、月0．0467Si02—0．075103+0．4064Fe20353n南京水利科学研究院硕士学位论文第六章AMBT与ACPT试验中粉煤灰抑制效果差异原因分析前面讨论的试验结果中，有两个问题需要进一步探讨，首先是为什么不同粉煤灰在AMBT试验中与ACPT试验中表现出来的抑制ASR效果差异较大?另一个问题是，为什么粉煤灰矿物组成的影响不如化学成分的影响大?这两个问题都与粉煤灰在不同试验条件下发生反应的形式有关，因此在本章中一并讨论。6．1Al、忸T与ACPT试验中粉煤灰抑制效果的差异前面的试验结果表明，同一种粉煤灰在AMBT试验中表现出来的抑制效果与在ACPT试验方法中的有比较明显的差异，如图6．1所示。在30％掺量下，用AMBT法测出的各种粉煤灰的抑制率为75％'-'-'90％，抑制效果良好，并且各种粉煤灰之间的差异比较／Jx而在ACPT试验中，各种粉煤灰的抑制率却为40％～88％，不仅抑制效果略低，而且相互之间的差距也拉大。装卿∈j{l}禽萑里《ACPT试验结果％图6．1AMBT与ACPT试验中粉煤灰抑制效果的差异最典型的如岁宝粉煤灰，在AMBT试验中抑制率为85％，28d膨胀率为0．042％～0．050％，远低于判据0．1％；而在ACPT试验中抑制率仅为40％，180d膨胀率为0．036％～0．045％，与判据0．04％二I[E常接近，基本上不能抑制ASR。同时，有的粉煤灰在两种方法中均表现出相似的抑制效果，如宣威I级粉煤灰在AMBT∞踮∞加On第六章AMBT与ACPT试验中粉煤灰抑制效果差异原因分析试验中抑制率为86％，28d膨胀率为0．033％'--0．037％，远低于判据O．1％；而在ACPT试验中抑制率为77％，180d膨胀率为0．013％～O．016％，抑制效果也非常良好。6．2粉煤灰在不同试验环境下的反应6．2．1研究方法以往研究粉煤灰抑制ASR的机理，主要从混凝土(或砂浆)的孔溶液成分变化、c—s．H凝胶的组成变化以及混凝土致密性变化等方面着手，在宏观上解释掺入粉煤灰后引起的混凝土(或砂浆)物理、化学性能的变化。本文将从热碱液环境中粉煤灰自身的变化入手，研究粉煤灰发生反应的情况以及不同试验条件下的差异。‘配制NaOH浓度为1mol／L、Ca(OH)2饱和的溶液，取岁宝粉煤灰与宣威I级粉煤灰各259，分别浸泡于250ml该溶液中，密封并振荡均匀，置于80。C环境下养护14d；到龄期后取出，过滤，并将滤渣用清水洗涤直至滤液PH=7；将滤渣置于瓷坩埚中，于110℃下烘至恒重，取出研磨至全部通过0．15mm筛。制好的样品分成三份，分别进行XRD、SEM以及用Eye．tech激光粒度粒形分析仪进行颗粒粒度测试。在进行XRD测试之前试样经过进一步研磨，满足XRD对样品的要求。6．2．2XRD分析结果图6．2"-图6．5是岁宝粉煤灰和宣威I级粉煤灰在浸泡前后的XRD图谱。原始岁宝粉煤灰的主要矿物组成为玻璃体、石英、石膏、石灰，其它矿物含量很少。在80℃下浸泡14d以后，岁宝粉煤灰颗粒中的主要矿物成分为C．s．H凝胶、P型沸石、少量的石英以及玻璃体溶解以后暴露出来的不溶的赤铁矿，它们的相对含量见表6．1。岁宝粉煤灰的CaO含量高，与碱液反应以后，生成了大量的C．S—H凝胶，同时，在这种热碱液的作用下，相当一部分粉煤灰结合N矿转变成了P型沸石。值得注意的是，石英的含量仅剩0．38％，说明大部分的石英在14d浸泡后也被热碱液溶解了。55n101500O南京水利科学研究院硕士学位论文402-Thet《。图6．2岁宝粉煤灰浸泡之前XRD图谱402-Theta(。图6．3岁宝粉煤灰浸泡之后XRD图谱6070一2c了oo一》≈协c心-c一-．．；．．．．_-．．．；一-．．-!．．．．．；一．．．-．¨一!-；-|．．．．。U。Ly～．挑丸。。J。IQuartzlow．Si02I1Na3与A|≈6sn2’47125j4H2。一ze掣许e?，iN?’I|Ica伯S’03．51xIH2。_cak沁ms谢cateHydra幢l。lIl一№删阿艮203一协_c了oov》篁忻c心_c一．．．．．．-_．．一．_-．．-_一-．-．．_．_-．．．．-I一--．--．．--．．-．．．一-．--．n第六章AMBT与ACPT试验中粉煤灰抑制效果差异原因分析35003000富2500C了82000X錾_dk15001000500OU、d九：上。1．以。^A．A。。，⋯，4。气。。。儿，，以，以～102030405060702-Theta(。3500300025002000150010005000图6．4宣威I级粉煤灰浸泡之前xRD图谱协一√／k。A．Aj~|。．j，4矗，舯一。』九一A以．A“虬．_k—Na3．6A13．6Sil2，4032114H20—ZeoliteP，《Na)1040502-Theta(。图6．5宣威I级粉煤灰浸泡之后XRD图谱原始宣威I级粉煤灰的主要矿物组成为玻璃体、莫来石和石英。在80℃下浸泡|4d以后，莫来石和石英的衍射峰还在，但是玻璃体的“馒头峰”已经消失，同时新增加了P型沸石的衍射峰，各物质的相对含量见表6．1。与岁宝粉煤灰相似，宣威I级粉煤灰浸泡以后也生成了大量的P型沸石，石英也被大量溶解，仅剩1．67％。与岁宝粉煤灰的不同之处在于，宣威I级粉煤灰含有莫来石，并且莫来石的衍射峰在浸泡]4d以后依然十分明显，并且相对含量达47．73％，说明在57n南京水利科学研究院硕士学位论文80"(2碱液浸泡下莫来石比较稳定，不会发生溶解；岁宝粉煤灰含钙量高，生成了大量的C．S．H凝胶，而宣威I级粉煤灰生成的C．S—H凝胶很少。表6．1粉煤灰浸泡14d以后各矿物的相对含量wt％为了进一步验证岁宝粉煤灰生成凝胶含量确实大于宣威I级粉煤灰生成的量，同时对比了这两种粉煤灰在80℃碱液浸泡下的强度发展，见表6．2。标准条件养护下，掺30％岁宝粉煤灰的强度高于同掺量下宣威I级粉煤灰的强度；80℃、lmol／LNaOH溶液浸泡下，岁宝粉煤灰的强度发展迅速，增长了98％，已经超过不掺粉煤灰的空白样，而宣威粉煤灰的强度只增加了77％。这进一步说明掺岁宝粉煤灰的试件在热碱液浸泡下确实生成了更多的C．S．H凝胶，使结构更致密。表6．2岁宝、宣威I级粉煤灰在80℃碱液浸泡下的强度发展MPa以上分析说明，①在AMBT试验条件下，粉煤灰中除了莫来石不会溶解以外，包含石英在内的其它矿物都会溶解，而莫来石的平均含量约为粉煤灰总质量的23％，即大部分粉煤灰是溶解后参与反应的，这在一定程度上解释了为什么粉煤灰的化学成分对抑制ASR效果的影响大于矿物组成的影响；②用AMBT法方法测试粉煤灰抑制ASR效果时，由于受到碱液的激发作用，粉煤灰参与孔溶液反应的量远远大于在常温、饱和Ca(OH)2浸泡下发生反应的量，因此AMBT法试验方法中粉煤灰抑制ASR的效果好于ACPT法试验中的效果；⑨反应后的岁宝粉煤灰与宣威I级粉煤灰中P型沸石含量相近，岁宝粉煤灰还含有大量的C．S．H凝胶，而二者抑制ASR的效果相近，说明生成C．S—H凝胶对抑制ASR没有贡献。58n第女章AMBT与ACPT试验巾粉煤灰抑制效果差异原因分析6．2．3扫描电镜观察结果采用扫描电镜观察的结果如固66～图6．9所示。岁宝粉煤灰在热碱液浸泡以前保持很好的球形，浸泡以后，颗粒腐蚀严重，已经不再呈球形，而是形成多孔、不规则的颗粒：宣威1级粉煤灰在热碱液浸泡以前也保持很好的球形．浸泡以后，颗粒腐蚀不如岁宝粉煤灰严重，并且仍基本保持球形，生成的产物附着在颗粒表m1。图6．6岁宝粉煤灰浸泡之前SEM照片图67岁宝粉煤莰浸泡之后SEM照片n南京水利科学研究院硕±学位论立图6．8宣威I级粉煤灰浸泡之前SEM照片图6．9宣威I级粉煤反浸泡之后SEM照片结合XILD分析的结果，粉煤灰巾的莫来石不溶于热碱液，在其它矿物被溶解以后，仍然可以充当颗粒的骨架，维持颗粒形状，这一点还可以为颗粒粒径分析结果所证明，见表6．3。表6．3浸泡前后粉煤灰颗粒平均粒径变化“m原耪煤灰热碱渣中浸泡14d后岁宝44517．9宣威1374335n第六章AMBT与ACPT试验中粉煤灰抑制效果差异原因分析6．3本章小结(1)在80*(2、1mol／LNaOH溶液浸泡养护下，粉煤灰的火山灰活性会被激发，导致AMBT法测试的粉煤灰抑制ASR的效果大于ACPT法测试的结果。(2)在热碱液中，粉煤灰中除了莫来石(约占23％)不会发生溶解外，其余成分都会发生溶解，因此，粉煤灰的化学成分对其抑制ASR效果的影响要比矿物组成的影响大。(3)粉煤灰在热碱液浸泡下，主要生成P型沸石和C．S-H凝胶。生成P型沸石有利于抑制ASR；生成C—S—H凝胶对强度有较大贡献，但是对抑制ASR没有明显作用。(4)粉煤灰中不溶解的莫来石可以维持反应后颗粒的球形特征，并且形成多孔结构。这种多孔球形颗粒可能在物理方面对ASR有抑制作用，但准确机理还不清楚。61n南京水利科学研究院硕士学位论文第七章大坝混凝土对ASR的白免疫力7．1大坝混凝土对ASR的自免疫力大坝混凝土与普通混凝土有明显的差异，由ASR带来的影响更为突出畔1。但是，使用碱活性骨料的大坝混凝土自身对ASR膨胀已经具有一定的抑制作用，即“自免疫力”，而这一点尚未得到重视。如果不考虑这种白兔疫力，设计就会过分保守、施工成本将显著增加。从混凝土的配合比特点来看，大坝混凝土对ASR的自免疫力主要来源于以下三方面：(1)碱活性石粉大坝混凝土需要大量使用人工骨料，如果骨料具有碱活性，则人工骨料(尤其是人工砂)中自然就会引入相当数量的碱活性石粉，这在施工过程中是不可避免的。大坝混凝土施工规范要求，常态混凝土中细骨料的石粉含量为6％～18％【651，碾压混凝土中则宜为10％"--22％(66】。按照大坝混凝土细骨料用量为700kg／m3"--'800kg／m3，胶凝材料用量为200kg／m3估算，石粉的质量相当于胶凝材料总用量的20％～80％。如果所用人工砂是碱活性的，那么石粉也是碱活性的，这部分石粉可以均匀地分布在水泥石中，其作用主要有两个方面：(a)与水泥中的碱发生反应。由于石粉的比表面积远大于粗细骨料，它们发生反应的能力更强，对碱的需求也更大，这就可以消耗水泥中的碱；(b)虽然石粉与水泥中的碱发生了ASR，但是由于石粉分布均匀，且颗粒很小，不会像骨料界面区发生的ASR反应那样形成局部应力集中，而是使得ASR膨胀力弥散从而避免开裂，对ASR可以达到“以毒攻毒”的效果[67,681。(2)引气大坝混凝土为了提高工作性和耐久性，一般掺有引气剂，引入微小气泡，均匀分布在水泥石中。混凝土中由引气剂引入的微小气泡对于ASR膨胀有一定的抑制效果[69,70]。早在1984年丹麦的Jensen等就用35种不同碱活性砂进行了试验，结果表明4n第七章大坝混凝土对ASR的自免疫力％的引气量可以将ASR的膨胀率减少35％，扫描电镜观察表明ASR的产物填充到气孔中【711，也就是说，引气剂引入的气孔对ASR膨胀起到了“缓冲气囊”的作用。国内朱蓓蓉等的研究‘72】也得出类似的结论：当混凝土含气量为4．5％时，可以将ASR膨胀减小57％。但现有研究尚未考察含气量和引气剂品种的影响。(3)很小的浆骨比大坝混凝土胶凝材料用量一般在200kg／m3以下，而骨料用量多在2000kg／m3--一2200kg／m3之间，浆骨比远小于普通混凝土的。ASR主要是混凝土中的碱与碱活性骨料发生反应，碱的来源主要是胶凝材料，因此对于特定含碱量的某种胶凝材料体系而言，ASR的程度取决于胶凝材料与碱活性骨料的比例关系，如前所述，只有浆骨比达到某一合适的比例(即“最劣比，，)，ASR才会最剧烈[6,42,73,74,J。在大坝混凝土中，骨料占到混凝土质量的80％左右，浆骨比变得很小，换言之，胶凝材料中的碱不足以使全部骨料发生破坏性ASR膨胀，有限的ASR可以通过其它措施来抑制。可以做如下估算：实验室用CPT法测试ASR时，水泥用量为420kg／m3，水泥含碱量调整为1．25％；骨料用量约1600kg／m3～,1800kg／m3；假设这样的水泥用量和骨料用量可以让ASR充分发挥。如果是大坝混凝土，水泥用量为210kg／m3，含碱量为O．6％，骨料用量为2000kg／m3''-'2200kg／m3；不考虑骨料尺寸和级配的影响，则大坝混凝土中的水泥含碱量仅够400kg／m3～450kg／m3的骨料发生ASR，即大坝混凝土与普通混凝土使用同样碱活性程度的骨料，其膨胀量仅为普通混凝土的20％～25％左右。张承志等认为胶凝材料作为连续相对ASR膨胀起到约束作用，随着胶凝材料用量的增加ASR膨胀率会降低【751。但在其试验中，砂浆或者混凝土的总体积保持不变，则胶凝材料用量的增加意味着碱活性骨料用量的减小，最终ASR膨胀率的降低不能完全归结于水泥用量的增加。尤其是使用快速砂浆棒法时，砂浆棒浸泡在lmol／LNaOH溶液中，碱的供应充足，ASR膨胀量完全取决于碱活性骨料的含量，所以一定会出现随着胶凝材料用量增加、骨料用量的减少，膨胀率减小的现象。因此，胶凝材料约束ASR膨胀的结论是否准确需要进一步的验证。国外的相关研究表明活性骨料含量相同时，水泥用量的增加将导致ASR膨胀的增大16,76]。目前所有的骨料活性鉴别方法和评价抑制ASR效能的方法都没有考虑到大n南京水利科学研究院硕士学位论文坝混凝土浆骨Lt8t曼d,这一特点，因此要客观评价实际工程中混凝土的ASR风险，需要同时重视胶凝材料用量带来的正负影响。这三个方面是使用碱活性骨料的大坝混凝土所特有的，会对ASR产生一定抑制作用。7．2试验验证为了考察大坝混凝土的自免疫力，设计了碱活性石粉和引气抑制ASR的试验。采用DL／T5151．2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中抑制骨料碱活性效能的试验方法。7．2．1试验原材料水泥为双马牌P·MH42．5中热水泥，其化学成分见第二章表2．1。分别选用锦屏一级水电站坝址附近的砂岩砂和南京本地购买的天然河砂作为骨料，按照DL／T5151要求筛分成五个粒级。南京本地购买的河砂AMBT法测试14d膨胀率为0．14％。7．2．2碱活性石粉的免疫作用碱活性石粉系用上述砂岩砂磨制而成，按照粉磨时间分为2小时、4小时、6小时三种，其比表面积分别为358m2／kg、769m2／kg、812m2／kg：非碱活性石粉系用一种经检验不具有碱活性的大理岩人工砂磨制而成，粉磨时间为4小时，比表面积为780m2／kg。由于碱活性石粉掺入以后会导致水泥用量的减少，可能会对试件ASR产生影响，所以采用掺入非碱活性石粉的方法来作为对照组，以排除这种影响。碱活性石粉掺量情况见表2。石粉分别取代水泥质量的lO％、20％、30％，保持浆体体积不变掺入石粉；所用水泥含碱量为0．54％，#I-NNaOH保持水泥含碱量为1．0％；所选骨料为砂岩砂；采用AMBT法测试28天。用碱活性石粉对ASR的免疫效果验证试验结果如图7．1所示。由图可见：①随着碱活性石粉掺量的增加，膨胀率明显减小。当石粉掺量为胶凝材料质量的20％时，掺不同细度石粉的试件28d膨胀率分别为0．192％、0．190％、0．193％，n第七章大坝混凝土对ASR的自免疫力与同龄期膨胀率为0．327％的空白试件相比，免疫效果分别为41％、42％、41％；当碱活性石粉掺量提高到30％时，免疫效果进一步提高到50％"-'58％。因此，对于碱活性石粉质量相当于胶凝材料总用量的20％"-'80％的大坝混凝土，石粉对ASR的免疫效桌将相当可观。表7．1碱活性石粉对ASR的抑制效果试验掺量及细度(AMBT法)篓骶搿骷毳篓燕__誊篓甜囊麓搿黧簿惑蠢始30目基准口358m2／kg的活性石粉日769m2／kg的活性石粉皿812m2／kg的活性石粉口非活性石粉石粉掺量(％)图7．1不同细度和掺量的碱活性石粉对ASR的抑制效果②不同细度的石粉免疫效果相差不大，看不出抑制效果随细度变化而出现明显的规律。这可能是由于石粉比表面积超过350m2／kg以后，颗粒的表面反应程度差别不明显。③掺非碱活性石粉的试件在三种掺量下的28天膨胀率分别为0．298％、0．332％、0．295％，与含碱活性石粉的试件膨胀率相差很远，说明碱活性石粉的免疫效果显然不是仅仅由于减少水泥用量引起的。65j||j||||||||||量||r-L_||||||||n南京水利科学研究院硕士学位论文④石粉含量为30％时，对ASR膨胀的免疫效果为50％'---58％，28天膨胀率均在0．10％以上，这说明仅仅采用掺加碱活性石粉这一措施还不足以满足充分抑制ASR膨胀的要求，还必须同时采用其它措施。7．2．3引气对ASR的免疫作用选择四个不同厂家生产的四种引气剂(AEA)进行试验，分别标记为SJA、HJA、JJA、MJA。引气剂掺量与砂浆棒含气量见表7．2，四种引气剂掺量分别为0．01％、O．02％、O．03％。表7．2引气剂掺量与砂浆棒含气量四种引气剂的引气效果见表7．2，免疫效果见图7．2，砂浆棒膨胀率与含气量的关系见图7．3。可见：ASR膨胀随着砂浆中含气量的增加而减小。当引气剂掺量为0．01％时，含气量为3．5％～17．6％，膨胀率降低约20％"--'60％；掺量为0．03％时，含气量为12．8％～18．3％，膨胀率降低约35％"--'64％。大坝混凝土一般都有3．5％,---,5．0％的含气量，假设粗骨料含量为60％，则大坝混凝土砂浆含气量为9％～12％，与图73对应，相应砂浆的ASR膨胀减小40％左右。同时还应注意到，混凝土中的含气量不能无限制地增加，其抑制ASR膨胀的效果也有限，但是作为混凝土的自免疫力，其效果还是可观的。此外，不同品种引气剂的引气效果虽然不同，但是只要引气量相同，对ASR的免疫效果n第七章大坝混凝土对ASR的自免疫力也基本相同。0．25000．200oN．褥O·150誊0．100鉴0．050一姜60兰50逝40铸餐30逵20lOO7．3本章小结需蓁I．魔虞习薹妻奢囊0．010．020．03引气剂掺量(％)图7．2四种引气剂抑制ASR的效果目AO口sJA日HJA固JJA◆◆．气T◆◆◆O砂浆含气量C％)图7．3砂浆含气量与抑制ASR效果的关系采用碱活性骨料作为混凝土原料时，人工砂中引入的碱活性石粉以及引气剂引入的气泡对ASR膨胀有一定免疫作用；较低的浆骨比也会使得ASR破坏受到限制。由于大坝混凝土自身存在这三个自免疫力，其效果相互叠加，大约有40％～80％的ASR膨胀得到了抑制，大坝混凝土中的ASR并不像现有室内试验方法表现出的那么严重。试验室测试骨料碱活性时，不管是用快速砂浆棒法还是CPT法，都是将骨料筛分成固定的级配，不使用实际配比，试件中不含石粉和引气剂，这样就忽略了大坝混凝土自身的免疫效果。因此，进一步应该建立反映大坝混凝土配合比特点、基于大坝混凝土实际表现的试验方法来正确评价实际工程中的ASR危害。67n南京水利科学研究院硕士学位论文第八章新型ASR抑制材料研究目前粉煤灰已经成为抑制AAR的首选掺合料，但是由于料源有限，原来作为工业废料的粉煤灰现在已是身价倍增，如果能够找到其它廉价的外掺材料来代替粉煤灰，可以给工程节省大批开支。本章对锂渣粉、改性沸石复合粉、抑制ASR的高效减水剂等三种新型碱活性抑制材料进行抑制砂岩碱活性的试验研究。8．1锂渣粉对砂岩ASR抑制效果研究锂渣粉是锂盐生产过程中产生的一种工业废渣，是锂辉石经1200℃左右的高温煅烧后，磨成的细粉在用硫酸法提取出碳酸锂熟料后，再经渗滤浸出洗涤后排出的残渣。锂渣粉的主要成分为Si02、A1203、CaO，并含有6％左右以S042一离子形式存在的S03(其含量高于一般的掺合料【77,78])，其中的Si02和A1203多为无定形的，因此具有较高的火山灰活性。锂渣粉可以用来生产水泥或者代替部分水泥来配制混凝土。锂渣粉混凝土表现出较高的强度和较好的抗冲磨性【78,791、抗冻性【8们，且具有微膨胀性p钔。在四川金华电航桥工程施工过程中，曾用锂渣粉与粉煤灰复合来补偿混凝土温度变形，混凝土浇筑高峰正值夏季高温时段，但未出现混凝土开裂和龟裂现象[77,78】。锂渣粉的化学成分与粉煤灰很接近，且其活性比粉煤灰高【81】，因此也可以考虑用于抑制ASR。但是，从宗永红等【32l的研究结果看，锂渣粉对ASR的抑制作用与粉煤灰相比，效果并不十分显著。在含碱活性骨料的混凝土中掺入锂渣粉，对混凝土变形会产生两个方面的影响：①抑制ASR的发生，减少有害膨胀；②锂渣粉中的S042’会与水泥中的C3A反应生成钙矾石而产生微膨胀，但锂渣粉自身的这种膨胀主要发生在28天以前，可以用来防止混凝土早期开裂【831，即锂渣粉自身的微膨胀是有利的。因此在测试锂渣粉抑制ASR的效果时，应该对锂渣粉自身的微膨胀予以分离。n第八章新型ASR抑制材料研究8．1．1试验方案8．1．1．1锂渣粉与粉煤灰对ASR抑制效果的对比选用活性天然河砂作为骨料，对比单掺新疆锂渣粉或I级粉煤灰对ASR的抑制效果并考察二者复掺的效果，掺量方案见表8．1。表8．1锂渣粉I与I级粉煤灰的掺量方案(质量分数，％)8．1．1．2锂渣粉自身微膨胀的分离及不同产地锂渣粉的对比进行了两组AMBT法对比试验。第一组用具有碱活性的砂岩砂作为骨料，．在0％、lO％、20％、30％的掺加下分别掺不同产地的新疆锂渣粉和射洪锂渣粉；第二组用非活性的大理岩砂作为骨料，也分别掺加O％、10％、20％、30％的新疆锂渣粉和射洪锂渣粉，其它原材料与第一组完全相同。第一组试件中不仅存在ASR膨胀，还有锂渣粉自身的微膨胀，而第二组试件中不存在ASR膨胀，只有锂渣粉自身的微膨胀，通过这两组试验的对比，将锂渣粉的微膨胀和锂渣粉抑制ASR的效果分离开。同时，对比不同产地锂渣粉对自身微膨胀以及抑制ASR效果的影响。8．1．1．3混凝土验证试验用ACPT法测试混凝土试件变形，新疆锂渣粉掺量分别为10％、20％、30％。观察在试验早期ASR还没有发展的情况下混凝土的变形以及后期ASR膨胀趋势，进一步确定混凝土中锂渣粉导致的微膨胀以及对ASR的抑制效果。n南京水利科学研究院硕士学位论文8．1．2结果与分析8．1．2．1锂渣粉与粉煤灰对ASR的抑制效果对比各组试件的14d膨胀率见表8．2。由表可见：①单掺粉煤灰时，在20％或30％掺量下，活性骨料试件的膨胀率分别降低93％、97％；②单掺新疆锂渣粉时，在10％或20％掺量下，活性骨料试件的膨胀率分别降低了42％、76％，相同掺量下锂渣粉对ASR的抑制效果明显不如粉煤灰；③粉煤灰和新疆锂渣粉复掺时，在30％的总掺量下，对ASR膨胀的抑制效果为88％，低于单掺30％粉煤灰的效果；在50％的总掺量下，对ASR膨胀的抑制效果为88％，仍然低于单掺30％粉煤灰的效果；这进一步说明新疆锂渣粉对ASR的抑制效果明显不如粉煤灰。表8．2锂渣粉l与I级粉煤灰对ASR的抑制效果8．1．2．2锂渣粉自身微膨胀的分离及不同产地锂渣粉对比各组试件的14d膨胀率如表8．3所示。从表8．3中“砂岩砂试件”一栏的数据可以计算得出，当锂渣粉掺量达到20％和30％时，砂浆棒的膨胀值均低于判据O．10％，新疆锂渣粉对ASR的抑制效果分别为38％和69％，射洪锂渣粉对ASR的抑制效果分别为75％和86％。与同掺量下粉煤灰的典型抑制效果相比，锂渣粉的抑制效果还是差了一些；射洪锂渣粉的抑制效果高于新疆锂渣粉。表8．3分别使用大理岩砂和砂岩砂作为骨料的AMBT法14天膨胀率(％)表8．3中大理岩砂试件没有ASR，但是也有一定的膨胀，这部分膨胀主要是由水泥自身的膨胀和锂渣粉的掺入引起的。从“大理岩砂试件”一栏的数据还可以n第八章新型ASR抑制材料研究算出掺量为lO％、20％、30％时，新疆锂渣粉会产生0．005％、0．010％、0．015％的微膨胀变形，射洪锂渣粉会产生O％、0．005％、0．003％的微膨胀变形，从化学成分的差别可以看出，射洪锂渣粉的S03含量比新疆锂渣粉低4．21％。因此，射洪锂渣粉的活性较高、自身微膨胀较低。在砂岩砂试件膨胀结果中减去大理岩砂试件的膨胀值才是比较真实的ASR膨胀，这样处理后的结果见表8．3中“差值”一栏，据此可以算出，当掺量为20％和30％时，新疆锂渣粉对ASR膨胀的抑制率分别为50％着n89％，射洪锂渣粉对ASR膨胀的抑制率分别为90％和103％可见其抑制效果还是很显著的；由于射洪锂渣粉的Si02含量高于新疆锂渣粉，而CaO含量和S03含量低于新疆锂渣粉，其抑制ASR的效果明显高于新疆锂渣粉。为了便于对比，表8．4给出使用AMBT法测试的三种普通粉煤灰在不同掺量下对ASR14d膨胀的抑制效果，其中FAl和FA2为I级粉煤灰，FA3为Ⅱ级粉煤灰。扣除自身微膨胀以后，两种锂渣粉掺量为30％时对ASR的抑制率与同掺量粉煤灰的典型抑制效果基本相当；比同掺量的矿渣抑制效果[27,84]要好的多。表8．4普通粉煤灰在不同掺量下对ASR的抑制率(AMBT法14d，％)使用非活性大理岩砂的砂浆棒膨胀趋势见图8．1，可以看出：掺有锂渣粉的试件在早期(14d以前)膨胀率明显大于不掺锂渣粉的试件，后期(14d以后)掺有锂渣粉的试件膨胀率小于不掺锂渣粉的试件。由于骨料没有活性，这表明锂渣粉自身存在微膨胀且只发生在早期。71n南京水利科学研究院硕士学位论文0．0500．040浆0．030褥餐0．020遮0．0100．000051015202530龄期(d)a、新疆锂渣粉O5lO15202530龄期(d)b、射浃锉渣粉图8．1锂渣粉．非活性大理岩骨料AMBT法膨胀率在前述新疆锂渣粉与粉煤灰抑制ASR效果的试验中扣除锂渣粉自身微膨胀以后的数据见表8．5，可以算出：①单掺10％或20％新疆锂渣粉时，ASR膨胀率分别降低了45％、83％，即这种新疆锂渣粉至少要掺到20％以上才能有效抑制ASR，且相同掺量下的抑制效果略逊于粉煤灰；②对新疆锂渣粉与粉煤灰复掺30％的试件，扣除锂渣粉自身的微膨胀以后，其膨胀率与单掺30％粉煤灰的相比仍略大，说明新疆锂渣粉确实不如粉煤灰，且复掺并没有使两种掺合料对ASR的抑制作用产生叠加效应。0O0O0O09876543210¨O0O0O0O0O0^Xv斛邕渣n第八章新型ASR抑制材料研究表8．5扣除锂渣粉自身微膨胀以后新疆锂渣粉与I级粉煤灰对ASR的抑制效果对比注：A￡的计算方法为：以非活忭骨料试件中掺钾渣粉试件的膨胀率减去不掺鲁I!渣粉试件的膨胀率，例如，试件L10由新桶锂渣粉导致的微膨胀量△c=O．024％--0．019％，以此类推．8．1．2．3混凝土验证试验采用砂岩骨料的ACPT法测试新疆镡渣粉对ASR的抑制效果的试验结果见图8．2。可以明显看出，在1个月内，掺锂渣粉的混凝土棱柱体的膨胀值随着锂渣粉掺量的增加而增大，但在60天及其以后混凝土试件膨胀率随着锂渣粉掺量增大而降低，进一步说明锂渣粉自身具有微膨胀性，且主要发生在早期；在三个月后，膨胀基本稳定；掺量20％以上时，试件6个月膨胀率在0．03％左右，明显低于RILEMTC．106委员会推荐的掺合料抑制ASR有效性判据一个月膨胀率小于O．04％[471。本试验在混凝土的层次上进一步证明锂渣粉可以有效抑制ASR，并且长期效果良好。0．0800．07,00．060S0．050镣0·040姿遴0．0300．0200．OlO0．000O50100150200龄期(d)图8．2锂渣粉I．活性砂岩骨料ACPT法膨胀率250n南京水利科学研究院硕士学位论文8．2改性沸石复合粉对砂岩ASR抑制效果研究改性沸石复合粉抑制AAR的效果很好【85】，可以大大降低掺合料的掺量。本文选择以改性沸石复合粉为主要成分的改性沸石复合粉作为新型抑制材料，进行ASR抑制试验研究。8．2．1试验方案试验方法为AMBT法和ACPT法。使用双马和峨嵋两种中热水泥，分别外掺10％、20％、30％的改性沸石复合粉。AMBT法试验龄期为28d，ACPT法试验龄期为180d。8．2．2结果与分析8．2．2．1AMBT法试验结果AMBT试验各龄期结果见表8．6。表8．6新型抑制材料各龄期膨胀率(％，AMBT法)试验结果分析见图8．3，改性沸石复合粉在掺量为20％以下时，抑制率为77％以下，不能很好抑制AAR；当掺量达30％时抑制率分别为83％～86％，可以有效抑制砂岩碱活性，但是效果仍不及同掺量粉煤灰明显。74n第八章新犁ASR抑制材料研究^装、-，姗邕逄嗽∞N0．4000．3500．300．250．200．1500．0500．000孓◆誓飞、O5lU152U253035掺量(％)图8．3不同掺量下改性沸石复合粉或射洪锂渣粉对砂岩碱活性的抑制效果按照文献中的试验结果，使用改性沸石复合粉在掺量为5％时就可以达到良好的抑制效果，但是本次所用的改性沸石复合粉却明显达不到这样的效果。8．2．2．260*(2混凝土棱柱体试验结果混凝土棱柱体试验的各龄期结果见表8．7。结果与砂浆棒试验的结果类似，分别采用峨嵋水泥和双马水泥时，改性沸石复合粉在掺量为30％时180d膨胀率分别为0．016％、0．029％，与粉煤灰相比效果稍差。表8．7ACPT法试验测试改性沸石复合粉抑制效果(％)75n南京水利科学研究院硕士学位论文8．3HLC—ASW型减水剂对砂岩ASR抑制效果研究外加剂抑制AAR的实验结果见表8．8和图8．4。HLC—ASW对砂岩砂ASR的抑制效果为45％(28d)，和纯萘系减水剂相比(抑制效果为7％)有明显的作用，但是效果和粉煤灰等掺合料的抑制效果(85％以上)相比不够显著。不同龄期下HLC．ASW的抑制效率相当。从图8．5看，0．40水灰比的试件28d膨胀率要比0．47水灰比的低25％。如果从图8．4结果中将水灰比的这一影响扣除，则相当于掺入萘系减水剂反而使膨胀值增加18o／60，而HLC．ASW的抑制效果从45％减少到20％。也即在水灰比相同的条件下，掺入0．76％的HLC—ASW对ASR仍有一定的抑制作用。表8．8外加剂抑制试验AMBT法膨胀率(％)0．5000．400摹≥0．300糌酱0．200避0．1000．0003d7d14d28d龄期／％图8．49HJn叠：B!对AAR的抑制效果(AMBT法)76n第八章新型ASR抑制材料研究0．3500．300＼。0．250文薄0·200娄0．150遴0．1000．0500．0008．4本章小结3d7d14d28d龄期／d图8．5水灰比对AAR的影晌(AMBT法)(1)掺入锂渣粉会导致砂浆或者混凝土发生微膨胀；‘这种微膨胀主要发生在早期。需要将锂渣粉自身引起的膨胀变形扣除，才能客观反映锂渣粉抑制ASR的效果。(2)掺量在30％以上时锂渣粉可以有效抑制ASR膨胀：AMBT法测试的抑制率约为89％以上；ACPT法试验中试件6个月膨胀率低于判据0．04％且基本稳定。Si02含量低、CaO和S03含量高的镡渣粉对ASR的抑制效果略逊于同掺量的粉煤灰，Si02含量高、CaO和S03含量低的锂渣粉对ASR的抑制效果与同掺量的粉煤灰相当。(3)改性沸石复合粉在掺量30％以上时，可以有效抑制锦屏砂岩的ASR，但是抑制效果不及粉煤灰显著。(4)HLC．ASW型高效减水剂对AAR具有一定的抑制效果，约为20％，明显优于普通萘系高效减水剂。n南京水利科学研究院硕士学位论文9．1结论第九章结论与展望1．采用AMBT法、CPT法、ACPT法综合测试了锦屏一级水电站所用砂岩骨料的活性情况，结果表明，该砂岩骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料。2．砂岩骨料不存在“最劣比"现象，从混凝土长期膨胀率看，砂岩粗骨料与大理岩细骨料组合而成的骨料碱活性程度较全砂岩骨料略有下降，组合骨料仍然是具有潜在危害性反应的活性骨料。3．对于本批砂岩骨料，工程备选的9种粉煤灰在30％掺量下都可以使AMBT法试件14d膨胀率低于0．1％、ACPT法试件6个月膨胀率低于0．04％。I级灰与II级灰相比，对砂岩ASR的抑制效果没有明显差异；CaO含量8％左右的平凉I级灰和II级灰在30％掺量下也可以使膨胀率低于临界值。采用AMBT法和ACPT法测试的结果表明，使用衄靖I级、宣威I级、宣威II级粉煤灰时，掺量在20％以上可以有效抑制砂岩的ASR膨胀；考虑到砂岩碱活性的波动，以及其它粉煤灰在30％掺量下抑制ASR的效果，粉煤灰的最小掺量宜不低于35％。4．AMBT法测试的各种粉煤灰对砂岩ASR的抑制效果为75％'-'--90％，ACPT法测试的各种粉煤灰对砂岩ASR的抑制效果为40％～77％，说明在混凝土试验中各种粉煤灰的抑制效果都有所下降，并且不同粉煤灰之间的差异也拉大。在80。C、lmol／LNaOH并Ca(OH)2饱和的溶液中浸泡后，粉煤灰反应产物的XRD分析、SEM分析结果表明，在AMBT法试验中，粉煤灰的火山灰活性被大大激发，导致其抑制效果远大于用ACPT法测出的。5．粉煤灰的某单一化学成分，如CaO含量或碱含量，不足以全面反映粉煤灰对ASR的抑制效果。以粉煤灰的化学成分因子Cm与粉煤灰抑制ASR的效果之间有良好的相关性，可以用CFA优选粉煤灰。CFA的计算式为：，、一CaO+0．7356R20+1．4607M90—1．8299S03。队一0．7928Si02+0．5673A1203—2．1705Fe203n第九章结论与展望当CFAR<0．400时，粉煤灰掺量30％左右可以有效抑制锦屏一级砂岩骨料的ASR；当CFA>0．400时，则需要更大的掺量。6．由于粉煤灰中有约80％的成分都可以溶解并参与火山灰反应，反应程度与反应形式与各化学成分的含量和比例有关，而与这些成分原来以何种矿物存在无关，所以，粉煤灰的矿物组成对其抑制ASR的效果没有明显影响；粉煤灰的细度对抑制ASR效果有影响，但不及化学成分影响明显。用粉煤灰中的非晶态Si02和非晶态A1203分别取代CFA中的Si02总量和A1203总量并没有使相关系数有所提高；用比表面积与CFA组合则可以更好地反映粉煤灰对ASR的抑制效果，组合成的物化因子C的表达式为：c：生里±!：竺竺竺Z墨!翌二!：Z竺墨坠垒翌二!：!竺!鱼坠·SSA一2Ⅲ-20．0467Si02—0．075103+0．4064Fe2037．大坝混凝土中由碱活性人工砂引入的活性石粉以及引气剂引入的气泡对ASR膨胀有一定免疫作用；较低的浆骨比也会使得ASR破坏受到限制。由于大坝混凝土自身存在这三个自免疫力，其效果相互叠加，大约有40％～80％的ASR膨胀得到了抑制，大坝混凝土中的ASR并不像现有室内试验方法表现出的那么严重。8．三种新型ASR抑制材料对锦屏一级水电站所用砂岩都有一定抑制效果。掺入锂渣粉会导致砂浆或者混凝土发生微膨胀，这种微膨胀主要发生在早期。掺量在30％以上时锂渣粉可以有效抑制ASR膨胀：AMBT法测试的抑制率约为89％以上，；ACPT法试验中试件6个月膨胀率低于判据0．04％且基本稳定。Si02含量低、CaO和S03含量高的锂渣粉对ASR的抑制效果略逊于同掺量的粉煤灰，Si02含量高、CaO和S03含量低的锂渣粉对ASR的抑制效果与同掺量的粉煤灰相当。改性沸石复合粉在掺量30％以上时，AMBT法测试的28d膨胀率为0．049％～0．058％，ACPT法测试的180d膨胀率为0．016％～0．029％，可以有效抑制锦屏砂岩的ASR，但是抑制效果不及粉煤灰显著。HLC—ASW型高效减水剂对AAR具有一定的抑制效果，约为20％，明显优于普通萘系高效减水剂。n南京水利科学研究院硕士学位论文9．2展望由于时间和精力有限，有些问题还研究的不够深入，希望今后能在以下几个方面进一步深入研究：1．AMBT法、CPT法以及ACPT法都没有考虑到大坝混凝土的特性，如浆骨比、胶材用量、水灰比、骨料粒径、强度等级等等，因此这些方法作为单纯的骨料碱活性鉴别可以，但是如何与大坝混凝土中的实际表现相对应，还有待进一步研究。2．粉煤灰在不同的标准试验方法中抑制ASR的机理不同，并且有可能不同于实际混凝土中作用的机理，在这方面也有待进一步研究。n在学期间发表的论文和参加的科研项目一、发表的论文1．蔡跃波，丁建彤，盥．大坝混凝土对AAR的自免疫力【J】．岩土工程学报，2008，30(11)：1610．1613．(El检索，20085111797740)2．丁建彤，直堡，蔡跃波．基于ASR抑制效果的粉煤灰品质评价指标叨．建筑材料学报，2009，12(2)：239．243．(EI检索，20092312112924)3．丁建彤，盥，蔡跃波．锂渣粉对ASR的抑制效果及其自身微膨胀的分离【J】．河海大学学报(自然科学版)，2008，36(6)：824．827．4．直堡，丁建彤，蔡跃波．锂渣粉对ASR的抑制效果【c】∥第七届全国混凝土耐久性学术交流会论文集，湖北：宜昌．2008：309．315．5．CAIYue—bo，DINGJian—tong，曼△!Y匦Self-immunityofdamconcretetoalkali—aggregatereaction[C]HInternationalConferenceonDamSafetyManagementOctober22．24，2008Nanjing，China．二、参加的科研项目1．国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合基金项目：“突出骨料因素和温湿度历史的高性能大坝混凝土"(项目批准号50539040)；2．水利部公益性行业科研专项经费项目：“重大水利工程AAR风险预防核心技术”(200801057)；3．雅砻江锦屏一级水电站大坝混凝土性能特殊专题试验研究。81n参考文献致谢衷心感谢导师丁建彤教授级高工的悉心指导。丁老师严谨的治学理念、灵活的学术思想、勤奋的工作作风、勇于创新又严密细致的科研态度、从对方角度出发考虑问题的思维方式，都将使我受益终生。丁老师在生活上给予我的关心和帮助也让我倍感温暖，在此，除表示深深的谢意以外，也希望丁老师多多保重自己的身体。课题组的陈波工程师对我的学习、生活给予了很多关心和帮助，在论文写作方面也给我很多指导，在此深表谢意。感谢课题组的刘国栋、胡海明等试验员在试验工作中给予我大力的支持和帮助。感谢龚英、赵伟、安普斌等同学与我在试验方面进行的有益探讨，感谢董波、闫亚楠、高磊、石南南、高欣欣、张辉、朱盛胜等同学与我一起度过这充实而又不乏乐趣的三年。感谢研究生部赵小妹老师在学习和生活上给予的鼓励和关怀。感谢父母的关心和支持，他们是我的坚强后盾!为竟学业20载寒窗，换来了父母两鬓白霜。聚少离多，翘首相盼!独在异乡，祝父母身体健康!最后，向其他所有给予我帮助的人们表示深深的感谢。白银2009．6．15于江苏南京n参考文献【1】MehtaEK．ConcreteTechnologyforSustainableDevelopment【J】，ConcreteInternational，1999，(11)：1-8．【2】LoBoC．ChallengingASRPredictiveTesting【J】．TheConcreteProducer,1998，(3)：193—195．【3】李金玉．中国大坝混凝土中的AAR【J】，水力发电，2005，31(1)：34—37．【4】蒋素芬．小浪底工程AAR控制【J】，水利水电科技进展，2003，23(5)：41．43．[5]ThomasM．D．A．，MatthewsJ．D．PerformanceofFlyashConcreteinU．K．Structures【J】．ACIMaterialsJournal．1993，90(6)：586-593．【6】WigumB．J．，PedersenL．T．，GrelkB．State-of-theArtReport：KeyParametersInfluencingtheAlkaliAggregateReaction[R]．SintefBuildingandInfrastrure，Oct．2006．【7】史迅．三峡主体工程混凝土预防碱集料反应的综合技术措施【J】．水电站设计，2003，19(1)：56．58．【8】周麒文，李光伟．磷渣抑制集料碱硅酸反应的试验研究【J】．水利水电科技进展，2008，(2)：39—46．【9】MartinC．，PatriceR．，FrancisL．ReductionofASRExpansionUsingPowdersGroundfromVariousSourcesofReactiveAggregates【J】．Cement&ConcreteComposites(2009)，doi：10．1016／j．cemconcomp．2009．04．13．【10】黎能进，兰祥辉．煤矸石抑制水泥石碱硅酸反应研究[J】．水泥工程，2008(1)：24．27．【1l】RamachandranVS．Alkali—AggregateExpansionInhibitingAdmixtures【J】．CementandConcreteComposites，1998，20：149—161．【12】LumleyJ．S．ASRSuppressionbyLithiumCompounds【J】．CementandConcreteResearch，1997，27(2)：235-244．【13】BianQ．，NishicayashiS．，KurodaT．VariousChemicalsinSuppressingExpansionDuetoAlkali—SilicaReaction．[C]／／Proceedingsof10thInternationalConferenceonAlkali·AggregateReactioninConcrete．Melbourne，Australia,1996：868．875．n参考文献【14】吴定燕，方坤河，曾力，等．粉煤灰抑制AAR研究【J】．云南水力发电，2001，17(3)：34-37．【15】CarrasquilloRL，SnowPGEffectofFlyAshonAlkali—AggregateReactioninConcrete阴．ACIMaterialsJournal，1987，84(4)：299-305．【16】唐国宝，丁．蜊，张恬等．低钙粉煤灰与高钙粉煤灰对碱集料反应抑制作用的试验比较阴．粉煤灰，2002，(3)：3-6．【17】《水利水电施工手册》编委会．水利水电工程施工手册一混凝土工程【M】．北京：中国电力出版社，2002：64．【18】杨华全，李文伟．水工混凝土研究与应用【M】．北京：中国水利水电出版社，2005：38．【19】MalvarLJ，LenkeLR．EfficiencyofFlyAshinMitigatingAlkali—SilicaReactionBasedonChemicalComposition[J】．ACIMaterialsJournal，2006，103(5)：319．326．【20】ShehataM．H．，ThomasM．D．A．TheEffectofFlyAshCompositiononTheExpansionofConcreteDuetoAlkaliSilicaReaction[J]．CementandConcreteResearch，2000，30(7)：1063—1072．【21】ShehataM．H．TheEffectsofFlyAshandSilicaFumeonAlkaliSilicaReactioninConcrete【D】．CivilEngineeringUniversityofToronto．2001：180-184．[22】胡明玉．运用模糊神经网络研究碱集料反应和混凝土性能【D】．南京：南京工业大学，2003：80-84．【23】Nagataki，S．，Ohga，H．，Inoue，T．EvaluationofFlyAshforControllingAlkali-AggregateReaction【C】．Proceedingsofthe2ndCANMET／ACIInternationalConferenceonDurabilityofConcrete，AmericanConcreteInstitute，1991：955．972．【24】Kawabata，Y，Yamada，K．，Matsushita，H．EvaluationofCharacterofFlyAshRelatedtoSuppressingEffectonAlkali—SilicaReaction[C】．／／DobokuGakkaiRonbunshuuE，2007，63(3)：379—395．(InJapanese)．【25]B6mb6M．A．，CariesA．，DuchesneJ．，eta1．InfluenceofParticleSizeDistributionontheEffectivenessofType-FFlyAshinSuppressingExpansionDuetoAlkali-SilicaReactivity[C]／／FifthCANMET／ACIInternationalConference,1995：177．192．n参考文献[26】OblaK．H．，HillR．L．，ThomasM．D．A．，eta1．PropertiesofConcreteContainingUltraFineFlyAsh【J】．ACIMaterialsJournal，2003，100(5)：426—433．【27】ThomasM．D．A．ReviewofTheEffectofFlyAshandSlagonAlkali—AggregateReactioninConcrete[R】．London：ConstmctionResearchCommunicationsLtd，1994：5．6．【28】ThomasM．D．A．，FoumierB．，FolliardK．J．，eta1．PerformanceLimitsforEvaluatingSupplementaryCememingMaterialsUsingAcceleratedMortarBarTest叨．ACIMaterialsJournal，2007，5：115-122．[29】AlasaliM．M．，MalhotmVM．RoleofConcreteIncorporatingHighVolumesofFlyAshinControllingExpansionDuetoAlkaliAggregateReactions【J】．ACIMaterialsJournal，1991，88(2)：159-163．【30】HobbsD．W-Alkali—SilicaReactioninConcrete【M】．ThomasTelford，London．1988：115．123，【31】ShayanA．PredictionofalkalireactivitypotentialofsomeAustralianaggregatesandcorrelationwitllserviceperformance【J】．ACIMaterialsJournal，1992，89(1)：13—23．[32】高仁辉，秦鸿根，魏程寒．粉煤灰对硬化浆体表面氯离子浓度的影响明．建筑材料学报，2008，(4)：420-424．[33】陈雷，肖佳，赵金辉．粉煤灰高强混凝土氯离子扩散性能的试验研究【J】．粉煤灰，2008，(3)：6-8．【34】曹文涛，余红发，胡蝶，等．粉煤灰和矿渣对表观氯离子扩散系数的影响[J】．武汉理工大学学报，2008，(1)：48．51．【35】UchikawaH．，UchidaS．HaneharaS。RelationshipbetweenStructureandPenetrabilityofNaIoninHardenedBlendedCememPasteMortarandConcrete【C】．／／Proceedingsofthe8thInternationalConferenceonAlkali—AggregateReaction，Kyoto，1989：121-128．【36】DiamondS．ASR—Anotherlookatmechanisms【C】．Proceedingsofthe8mInternationalConferenceonAlkali-AggregateReaction，Kyoto，1989：83—94．【37】Tang，M．andHan，S．EffectofCa(OH)2onalkali—silicareaction[C】．／／Proceedingsofthe7mInternationalConferenceontheChemistryofCement,V01．II，1980：94．n参考文献【38】TangM．，YeYE，YuanM．Q．，ZhengS．H．ThePreventiveEffectofMineralAdmixturesonAlkali—SilicaReactionandItsMechanism【J】．CememandConcreteResearch，1983，13：171-176．【39】RichardH．AlkaliSilicaReactivity：aOverviewofResearch．[R／OL]．http：／／onlinepubs．trb．org／Onlinepubs／shrp／SHRP—C一342．pdf：41【40】RamyarK．TopalA．EffectsofAggregateSizeandAngularityonAlkali—SilicaReaction【J】．CementandConcreteResearch2005，35：2165—2169．【4l】TamotsuK．ShoichiI．，AkiraYEffectsofParticleSize，GradingandContentofReactiveAggregateonASRExpansionofMortarsSubjectedtoAutoclaveMethod【C】．The12mInternationalConferenceonAARinConcrete．2004：736-743．【42】CememandConcreteAssociationofNewZealand，TR03AlkaliSilicaReactionMinimizingtheRiskofDamagetoConcreteGuidanceNotesandRecommendedPractice(2ridEdition)【M】，2003．【43】王爱勤，张承志．水工混凝土的AAR问题[J】．水利学报，2003，34(2)：117．121．[44】陶珍东，郑少华．粉体工程与设备[M】．北京：化学工业出版社，2003：12—13．【45】钱觉时．粉煤灰特性与粉煤灰混凝土口川．北京：科学出版社，2002：15—17．【46】ToumaW．E．，FowlerD．F．andCarrasquilloR．L．Alkali—SilicaReactioninPortlandCementConcrete：TestingMethodsandMitigationAlternatives．ReportICAR301—1F，InternationalCenterforAggregatesResearch，Austin，Texas，2001：520．【47】RILEMTC一106．Alkali-AggregateReaction-AcceleratedTests【J】．MaterialsandStructrues，1996，29(190)：323—334．【48】FoumierB．，Chewier．R．，DeGrosboisM．，eta1．TheAcceleratedConcretePrismTest(604C)：VariabilityofTheTestMethodandProposedExpansionLimits【C】．／／The12thICAAR，2004，BeijingChina,pp314—323．[49】RangarajuER．，SompuraK．R．AStudyonInfluenceofAlkaliContentofCememonExpansionsObservedintheStandardandModifiedASTMC1260Procedures[C]／／TransportationResearchBoard84thAnnualMeeting，Washington，D．C．，2005．【50】MckeenR．G，LenkeL．R．，PallachullaK．K．MitigationofAlkaliSilicaReactivityinNewMexico【R】．NewMexico：MaterialsResearchCenter,1998．n参考文献【5l】王永逵．材料试验和质量分析的数学方法【M】．北京：中国铁道出版社，1990：166．168．【52】MastalerzM．，HowerJ．C．，DrobniakA．，eta1．Fromin—SituCoaltoFlyAsh：AStudyofCoalMinesandPowerPlantsfromIndiana【J】．InternationalJournalofCoalGeology,2004，3-4(59)：171-192．【53】MardonS．M．，HowerJ．C．ImpactofPropertiesonCoalCombustionBy-productQuality：ExamplesfromaKentuckyPowerPlant【J】．InternationalJournalofCoalGeology,2004，3-4(59)：153—169．【54】钱觉时．粉煤灰特性与粉煤灰混凝-t-[M]．北京：科学出版社，2002：70—78．【55】钱觉时，王智，张玉奇．粉煤灰的矿物组成(下)【J】．粉煤灰综合利用，2001，(4)：24-28．【56】BerryE．E．，HemmingsR．T．，CorneliusB．J．MechanismsofHydrationReactionsinHighVolumeFlyAshPastesandMortars[J】．CementandConcreteComposites，1990，12(4)：253-261．[57】VassilevS．，MenendezR．，AlvarezD．，eta1．Phase—MineralandChemicalCompositionofCoalFlyAshesasaBasisforTheirMulti—ComponentUtilization：1．CharacterizationofFeedCoalsandFlyAshes．Fuel，2003，14(82)：1793—1811．【58]WardC．R．，FrenchD．DeterminationofGlassContentandEstimationofGlassCompositioninFlyAshusingQuantitativeX-rayDiffractometry[J】．Fuel，2006(85)：2268—77．【59】王福元，吴正严．粉煤灰利用手册【M】．北京：中国电力出版社．1997：74．【60】谭宏斌，熊海涛，甄宝勤．粉煤灰水热法提硅合成沸石工艺研究【J】．非金属矿，2008，31(1)：13．18．【61】HidekazuT．，YasuhikoS．，RyoziH．FormationofNa-Aand-XZeolitesformWasteSolutionsinConversionofCoalFlyAshtoZealots【J】．MaterialsResearchBulletin．2002(37)：1878—82．【62】KekaO．，NarayanC．E，gmarN．S．ZeolitefromFlyAsh：SynthesisandCharacterization川．Bull．Mater．Sci．，2004，27(6)：555-564．【63】王福元，吴正严．粉煤灰利用手册【M】．北京：中国电力出版社．1997：74．[64】王爱勤，张承志．水工混凝土的AAR问题【J】．水利学报，2003(2)：117．121．【65】DL／T5144-2001，水工混凝土施工规范【S】．北京：中国电力出版社．2002，5．n参考文献【66】DL／T5112—2000，碾压混凝土施工规范【S】．北京：中国电力出版社．2001，5．【67】MoissonM，CyrM，RingotE，etal，EfficiencyofReactiveAggregatePowderinControllingtheExpansionofConcreteAffectedbyAlkali-silicaReaction(ASR)【C】，In：Proceedingsofthe12thInternationalConferenceonAlkali—AggregateReactioninConcrete，Beijing：AcademicPublishers，2004：617-624．【68】BardPedersen，ErnstMortell，ViggoJensen，EffectsofAlkali-reactiveCrushedFillersonExpansionsDuetoASR【A】，In：Proceedingsofthe12thInternationalConferenceonAlkali—AggregateReactioninConcrete，Beijing：AcademicPublishers，2004：764-772．【69】RamachandranVS．AlkaliAggregateExpansionInhibitingAdmixtures[J】，CementandConcreteComposites，1998，(20)：149-161．【70】AmericanConcreteInstitute，ACI221．1RState-of-the-ArtReportonAlkali—AggregateReactivity【R】，FarmingtonHills，MIUSA，1998．【71】JensenA．D，ChaRe巧iS．，ChristensenP，eta1．StudiesofAlkaliSilicaReaction：PartIIEffectofAirEntrainmentonExpansion【J】，CementandConcreteResearch，1984，14(3)：3l1-314．【72】朱蓓蓉，杨全兵，吴学礼，等．SJ．2新型引气剂及其引气混凝土性能【J】．混凝土，2001，(4)：21—24．【73]RamyarK．，TopalA．EffectsofAggregateSizeandAngularityonAlkali—SilicaReaction【J】．Cementandconcreteresearch35(2005)：2165—2169．【74】TamotsuK．，ShoichiI．，AkiraYEffectsofParticalSize，GradingandContentofReactiveAggregateonASRExpansionofMortarsSubjectedtoAutoclaveMethod【A】，12thInternationalConferenceonASRinConcrete．Beijing：AcademicPublishers，2004：736-743．[75】张承志，王爱勤，王海生．关于集料碱活性评定的一些问题【J】．混凝土与水泥制品，2004，(1)：6-10．【76】SwamyR．N．TheAlkaliSilicaReactioninConcrete【M】．NewYork：VanNostrandReinhold．1992：74—75．[77】杨春晖．锂盐渣混凝土性能研究与应用【J】．四川建材，2004，(6)：19—21．[78】陈应球．锂盐渣混凝土在水工建筑中的应用【J】．贵州水力发电，2000，(3)：37．41．n参考文献【79】胡平．高性能锂渣粉混凝土【J】．建筑科技，1999，(5)：12．13．【80】张兰芳，陈剑雄，李世伟，等．锂渣粉混凝土的性能研究【J】．施工技术，2005，(8)：59—68．[8l】何锋．用锂盐渣作水泥掺合材的探讨【J】．I匹1)ll水泥，2004，(6)：16—18．【82】宗永红，甘立军，汪永治．掺合料对混凝土ASR抑制效果的研究四．新疆大学学报，2006，19(增刊)：76．79．【83】曾祖直．锂渣粉的来源和锂渣粉混凝土的增强抗渗机理探讨们．I四)ll有色金属，2000，(4)：49—52．【84】周麒文，李光伟．磷渣抑制集料碱硅酸反应的试验研究[J】．水利水电科技进展，2008，(2)：39．46．【85]牛全林，冯乃谦，谢威．几种超细矿粉抑制混凝iAAR的试验研究【J】，水泥工程，2004(5)．