某天然砂砾石料场骨料碱活性研究

吴晓华 王 朋 李煜宵 鹿明轩 贾海萍

（长江三峡勘测研究院有限公司（武汉），湖北 武汉 430074）

1 碱活性的基本概念

碱活性骨料是指在一定条件下会与混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂等中的碱物质发生化学反应，导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏的骨料。化学反应类型包括碱硅酸反应、碱硅酸盐反应及碱碳酸盐反应。

2 料场概况

仁沱大中坝天然砂砾石料场位于长江右岸仁沱镇支坪花铺村的长江与綦江河汇合处的上游一长江江心洲，台面平坦宽阔，呈近似三角形分布，最长约1800m，最宽约750m，阶地台面分布高程178～185m，面积约1.6km2。

料场钻孔揭露为第四系冲积堆积物（Qal）和下伏的侏罗系上统遂宁组（J3s）地层：地层岩性从上而下依次为粉、细砂夹粉土层→砂砾石层→粘土岩、粘土质粉砂岩、粉砂岩。

砂砾石层为材料层，砂为粉细砂，含砂率约22%，主要为0.60mm及以下粒径组，级配不良；含砾率约78%，粒径主要为20～80mm，少量大于150mm，砾石磨圆度较好，多呈次圆状～次棱角状，砾石质地坚硬，成分主要为火成岩及变质岩类岩石，少量沉积岩。

3 碱活性试验

仁沱大中坝天然砂砾石料场共取3组砂砾石样，采用岩相法、砂浆棒快速法和混凝土棱柱体试验法进行试验，试验按DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》相关方法进行。

3.1 岩相法

岩相法检验骨料碱活性是通过肉眼和借助偏光显微镜鉴定骨料的矿物组成及其含量，以及矿物结晶程度和结构，初步判断骨料是否存在碱活性以及碱活性骨料的品种和数量，是骨料碱活性鉴定的必选方法。

本次试验对3组砂样、砾石样分别进行了岩相鉴定，试验成果见表3.1、表3.2。

由试验成果可知：料场砂粒主要成分为灰岩、石英、玄武岩、长石、燧石及云母石英片岩等；砾石的岩性成分复杂，种类较多，常见砾石的岩石成分为玄武岩、花岗斑岩、花岗岩、英安岩、变质砂岩、安山岩、凝灰岩等及少量的石英岩和糜棱岩。砂料和砾石料中均含有一定量的碱活性矿物成分，它们是否具有碱活性危害性反应需通过碱活性膨胀反应验证。

表3.1 砂料的主要岩石及矿物含量成果表

表3.2 砾石料的主要岩石及矿物含量成果表

3.2 砂浆棒快速法

砂砾石料的砂浆棒快速法检测主要针对三个方向进行，一是天然砂的碱活性检测；二是砾石的碱活性检测；三是砾石中不同岩性的碱活性检测。天然砂样无需筛分，将试样洗净晾干，并按实际细度模数成型；砾石料按照DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》规定的方法进行。即把砾石破碎成表3.3所示级配及比例组合的细骨料再进行试验。

表3.3 砂料级配比例表

评定标准：14d膨胀率<0.1%，为非活性骨料；14d膨胀率>0.2%，为具有潜在危害性反应活性骨料；14d膨胀率介于0.1%-0.2%之间，应结合现场记录、岩相分析、观测时间延至28d后的测试结果或开展其他辅助试验等综合评定。试验成果见表3.4、表3.5、表3.6。

从试验成果可知：3组天然砂样14d膨胀率大于0.10%小于0.20%，延长至28d的膨胀率均大于0.2%，可评定具有潜在碱活性；3组砾石样中14d膨胀率大于0.2%，评定具有潜在碱活性；砾石中的主要活性岩石为花岗岩、花岗斑岩、变质砂岩和石英岩。

表3.4 砂样砂浆棒快速法试验成果

3.3 混凝土棱柱体试验法

按照DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》规定的方法进行。粗骨料为三级配：20mm～15mm、15mm～10mm、10mm～5mm，各按1/3等量混合。细骨料细度模数为2.7±0.2。混凝土配合比：水泥用量为420±10kg/m3；水灰比为0.42～0.45；粗细骨料质量比为60:40。试验中除外加NaOH使水泥碱含量达到1.25%外，不使用其他的外加剂及掺和料。试件尺寸为285mm 75mm 75mm，一组为三根试件。试件成型在20℃±2℃的拌和间进行，试件成型后连试模一起送入20℃±2℃，相对湿度95%以上的养护室中养护24h±2h拆模，在20℃±2℃的恒温室中测量试件的基准长度，然后把试件放入养护筒中（底部加适量水），盖严筒盖，并放入38℃±2℃的养护室中养护。在1周、2周、4周、8周、13周、18周、26周、39周和52周龄期测量试件的长度变化。

表3.5 砂石料砂浆棒快速法试验成果

表3.6 砂石料中各主要岩石砂浆棒快速法试验成果

评定标准：棱柱体一年膨胀率超过0.04%时，骨料具有活性；反之，则骨料评为非活性。

从表3.7可以看出，当龄期为364d，即1年时，仁沱大中坝料场砂砾石料成型的混凝土棱柱体试件的膨胀率均大于0.04%，评定为活性骨料。

表3.7 混凝士棱柱体法试验成果

4 小结

（1）料场砂粒主要成分为灰岩、石英、玄武岩、长石、燧石及云母石英片岩等；砾石的岩石成分为玄武岩、花岗斑岩、花岗岩、英安岩、变质砂岩、安山岩、凝灰岩等及少量的石英岩和糜棱岩；其中花岗岩、花岗斑岩、变质砂岩和石英岩为主要活性岩石。

（2）料场的砂料、砾石料均具有潜在碱活性，若作为混凝土骨料，将不利于工程的安全性和耐久性，须采取适当的工程技术措施抑制其碱活性反应。