3水泥混凝土堿集料反應的預防
混凝土發(fā)生堿集料反應的條件是集料的堿活性、水泥的含堿量大或由其它途徑得到堿以及潮濕的外部環(huán)境,預防堿集料反應也應圍繞這三個方面采取相應的措施。
3.1選擇集料
集料的堿活性成分和反應性大小與材料來源密切相關。在選擇集料時應展開廣泛的調查和試驗,選擇和開采沒有堿活性或堿活性較低的料源。能與堿反應的礦物巖石是普遍的,選擇完全沒有堿活性的集料是困難的,堿活性的高低是相對的,而不是絕對的。
3.2采用低堿水泥
目前常用的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥含堿量較高。為了減少堿集料反應,應盡量使用含堿量(以氧化鈉計)不大于0.6%的低堿水泥。然而目前國內外水泥生產為節(jié)省能源、保護環(huán)境,改濕法生產為干法生產,并回收利用含堿的窯爐廢氣和含堿量較高的窯灰,低堿水泥較難獲得,必要時可聯(lián)系廠家組織專門生產。
3.3加入火山灰類材料
在混凝土混合料中摻入某些水硬性材料如粉煤灰、礦渣、硅灰等礦物混合材料既可節(jié)省部分水泥又可有效抑制堿集料反應,其中粉煤灰是最容易得到的材料。在混凝土中摻加粉煤灰能及時吸收混凝土中的堿,并且能提高混凝土的抗?jié)B性,阻滯水分和堿離子進入混凝土內部和向集料附近的遷移,是技術上可行、經濟上合理的方法。在摻入粉煤灰時應盡量使用低堿(小于1.5%)、低鈣(小于10%)粉煤灰,并控制摻入劑量,一般來說粉煤灰的最佳摻量占膠凝材料總重量的25%~30%,在最佳摻量的條件下,混凝土的強度、和易性以及抑制堿集料反應的效果均較好。
3.4為混凝土創(chuàng)造相對干燥的外部環(huán)境
有關文獻指出,當相對濕度低于80%時,混凝土不會發(fā)生堿集料反應。混凝土結構特別是機場道面或公路路面在完全干燥的環(huán)境下使用是不可能的,美國加利福利亞南部沙漠公路的實測表明,即使在夏天大多數(shù)混凝土路面5cm以下的相對濕度也大于80%,但創(chuàng)造相對干燥的外部環(huán)境對防止或減輕堿集料反應是有利的。主要措施有:通過道(路)面和排水設計迅速有效的排除道(路)面上的雨水;加強道基排水防止道基過濕;隔絕土基毛細水上升,特別是在鹽漬土地區(qū);提高混凝土密實度和抗?jié)B性;加強道(路)面接縫的日常維護,提高道(路)面接縫的密封程度。
3.5已鋪筑混凝土道(路)面堿集料反應的抑制
美國的戰(zhàn)略公路研究計劃(SHRP)提出了一種使用化學阻制劑來抑制堿集料反應的方法。即在混凝土道(路)面上噴灑鋰鹽,尤其是氫氧化鋰溶液最好,它對于新舊混凝土中的堿集料反應有很好的抑制效果,可以限制混凝土的進一步膨脹,延長(路)面的使用壽命。
總之,要預防混凝土的堿集料反應需要采取一系列綜合措施,步步設防,才能有效地預防堿集料反應。
4預防堿集料反應的實踐
空軍為防止堿集料反應制定了一系列措施,涉及道面材料、道面設計和施工等方面,現(xiàn)結合機場道面設計和施工的工程實踐,給出預防堿集料反應的具體做法。
4.1環(huán)境調查與材料選擇
4.1.1環(huán)境調查
環(huán)境調查是調查機場附近5年以上的水泥混凝土工程,判斷是否有堿集料反應現(xiàn)象,分析產生堿集料反應原因,以便在工程中采取有效的預防措施。
4.1.2材料選擇
(1)水泥:當混凝土集料中含有堿活性成分時,嚴格水泥的含堿量,水泥的含堿量以當量氧化鈉(Na2O+0.658K2O)計,不得超過0.6%。
(2)砂:當工程所在地出現(xiàn)過堿集料反應現(xiàn)象時,對混凝土用砂要進行堿活性試驗,當測定含有活性二氧化硅和活性碳酸鹽成分時不得使用。
(3)石料:當工程所在地出現(xiàn)過堿集料反應現(xiàn)象時,對混凝土用石料要進行堿活性試驗,當測定含有活性二氧化硅(如蛋白石、玉髓、磷石英、應變石英、玻璃體等)和活性碳酸鹽成分(如泥質白云石質石灰石、蛭石)等堿活性成分時不得使用。
當砂、石料含有堿活性成分,在特殊情況下需使用時,控制混凝土的堿含量,每m3混凝土的含堿量應不超過2kg(計算方法參見《混凝土堿含量限定標準》)。當超過時應采用低堿水泥,并進行堿集料反應試驗,確?;炷敛粫l(fā)生堿集料反應。
(4)外加劑:在混凝土摻加外加劑時要防止導致堿集料反應和其它副作用,嚴格限制使用高堿外加劑。
4.2設計
地勢、排水設計,要盡快排除道面雨水徑流,跑道道面盡量采用8‰~10‰雙向橫坡,兩側道肩坡度適當加大,跑道兩側土質地區(qū)為15‰~20‰,土質表面要比道面低2~3cm,道坪中不宜采用V形溝、集水井的排水方案。
道基處在地下水位較高時,應做好道基的排水;當土質為鹽漬土或土中硫酸鹽、堿性鹽含量大時,應根據具體情況采取換土、降低地下水位、做隔離層等措施;土質為粉砂、地下水位較高時,應采取隔離毛細水等措施。
舊道面修建加鋪層時,不應采用松散材料作隔離層,可用油氈、塑料布、瀝青砂等作隔離層。舊道面凹陷的處理不能采用材料找平,宜采用低標號混凝土(或貧混凝土)等不透水材料找平。
4.3施工
水泥混凝土配合設計控制混凝土的堿含量,即每m3混凝土的含堿量應不超過2kg。當超過時應進行堿集料反應,如試驗發(fā)生堿—硅酸反應,應采用低堿水泥、低活性或非活性集料;如試驗發(fā)生堿—碳酸鹽反應,應嚴禁使用堿活性集料。
施工準備階段做好全場臨時排水,防洪排澇;做好道基施工,防止出現(xiàn)不均勻沉陷,造成道面和道基積水。
混凝土的拌和用水量,應嚴格按配合比控制。嚴格遵守規(guī)范進行混凝土的攪拌和振搗,確?;炷脸浞职韬?、水泥充分水化,提高混凝土的密實性和均勻性;采用真空吸水工藝時,采用吸水時間和吸水量雙重控制,以期保證吸水效果同時帶走混凝土中部分已溶于水的堿。
積極采用新工藝、新技術和新材料,提高混凝土的質量,主要有在道面混凝土中摻粉煤灰、推廣真空吸水工藝等。
近幾年來,由于我們在機場水泥混凝土道面的設計和施工時始終把預防堿集料反應放在重要地位,在工程可行性研究、初步設計、施工圖設計和施工的各個環(huán)節(jié)都給予充分重視,新建和翻建的機場中沒有再發(fā)生堿集料反應,證明這些措施是行之有效的。