设计与施工
章编文号 !!"#$#"&’% ’"!!#"!($!%!$!&&
水
力 发 电
第
" !卷第 !期 $$%# 年 月!
中大国混坝土中凝的骨料碱反应
金玉
" 中国水利李水科学电究研 $院 北 (京!!!%)
#键关词! 坝老% 混凝 %土碱 料骨反 %应 国 摘中要 ! 国大坝混中凝工土程 中$上从世 纪"! 代年初开始$对骨料 的碱性活和碱料反骨就较为重应视$ 从地勘质规程 探到工混水土试凝方法中验$均列 入有了关骨碱料及骨碱反料应验方试的规定 法 &中国已建的凝土大坝混 中$有也些有 一含定的量碱活骨性 $但由于料用了低采号水标和大量泥活的混合性 $材因至此今发生碱未骨破料反应 %坏但也有个工 别 程$虽经骨碱料应反检测 的并$用采了定一抑的制措施$但 运行’! 后 年$在大溢流坝面凝混中土出现了碱料骨应的微反 观宏观裂缝破坏和 这就从一个&侧反面映了骨碱反料的试应验法方’判 断标准’抑 措施等尚制进一步完善 &需
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R中分类图 号TU!&’ ’"(’ 献标文识 !码D已建
的%’ 混凝土高座坝和 ! 余座&闸的水凝混土久性耐和 老化病状害进态了行查调 $结总了响影水工混凝土久性耐六的 类要主害 病$即 缝裂 ’渗漏 ’融冻坏 ’破冲磨 空 蚀’ 质侵水蚀和碳 以及化筋锈钢破蚀坏$ 查调中有发现由于没 碱 $活性骨料反应 起工引破程的实坏 例 &分其原因析$主要 由于中是对国水工混凝 工程的碱 $土 性骨活反料应题重视问较 &早上世 纪! " 年 初代 期$吴 伟 院仲 士 在治淮 工程 梅 "山 佛 子 ’岭水 库 大 坝( 中 $ 吸取就了国美克派碱坝$ 性骨料破坏的教训活 也引进$了当 时 M\T
] 碱对$ 活性骨 的料定鉴法 "化方法和学砂浆长度棒 法( 在&( #’^ 水利电年力颁发的 * 部工混凝土试验规程水 +中 $ 就 列入了化法学砂浆和长棒法度种碱两 $ 活骨料性的定鉴 法 方%()# ’年 修订 的 *水 工混 凝 土 验 试 规程+ 中 $ 又补 充 了 岩 相 法 碳’酸盐骨料碱性鉴活方法定以抑及骨料碱制性活应试 验效方 法 %!!( ’年修 订 的 * 水 混工 凝 土试 验 程 +规中 $又 充补
了!
题的问由来
国是世界中筑上坝量最多数国的家& 高坝在中 $#!V以 上
是混
凝土 $其原坝是混因土凝坝其他材比坝更为料安可全靠’ 久性耐 &强大坝混 凝相土对他其程的工混土凝讲来 $其 材料 面方的特点是骨粒径料大$ 大最料骨径粒达 ( "!J J )普 通 混凝土骨 料最粒径为大 &! JJ $( 骨料用量比 例 高 $占 混 凝土 材 料 总量 " 质量( 的 #V!左右 " 通混普土凝 W为VX)"! ($ V因骨此料 状对混凝土质性量影的响就更为显和著重要 &碱 $ 活性骨料 反应问是混题土凝久性耐的中重课要题 $世 上界碱$ 活性 料骨应的发现反工程破坏和实例多也来自于工混凝土水工程$ 如坝 大’水 闸’ 水站电 &等 其原就是水因工凝土混接直水接 与触 $混土中凝往往有含多的较或直接水于处饱和水态状 因$此 一混旦土凝中泥水的含量碱 "Y’Z ’[’4Z (高较 $而骨 料又具有潜在的 活性$ 那么 碱$活性 料反骨应不就避免可& 个半世纪多来以 $中 国建设许了高多凝土混 坝 $在些这 程中是工存否在 $ 活碱性骨反料破坏应 $ 一直人们为关所 &注上 纪 )世! 年中代 期 $国水利中水科学研电院等单位究 $ 对国全
!!!!!!!!收稿期 !日’!&$!!$()
作者’介简 李!玉 )(金#’& ,#$男 $ 江苏常人 $ 教州授级高工 $ 博 士 导生师 $要从事主水混工土材凝试验研究工作料 R
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第 +-/ 卷第- 期
李
玉金, 国中大混凝土中的碱骨坝料反应
计设施与
碱活工性骨料砂的浆棒长度速快鉴法 !定,:* 法" 和混 土凝柱棱 法体 #因此 碱$$ 活性骨料 反应题问在水混工土工凝程一直中 得到重了视$ 并开展了 许多试研究验作工 # 对每高个坝工 程 尤$是其家级重点国工 $ 程从质地勘 % 探场选择料时就要求行 骨料进的碱活检性测$ 尽避量免用碱 采$活 性骨料 #同 时 $工水 凝土工程 混 $尤其大是坝工程$ 属大 积混体凝 土 $如降何坝低 体混凝土的热发量$ 尽量避或免减由于少度应力温产生而混凝土 裂 $缝一 直水工混是土工凝中最重程的研究课要题之一# 为 $此 从上世纪’ * 年开始 $代 大坝在混凝工程中土就采了用 加掺活性合材混如煤粉灰的技等术措施# 粉煤 灰水工混凝在土中 较的推广早应 用 也$中国大坝混为土凝程中工
防止 $ 活碱性骨料应破坏起反到了好良作用 的 #但是$ 毕 中国建竟了 多众凝土混坝高 其中$一些工采程的用然骨天料中就含有一定 活性骨料的$ 早期而的化法和砂学棒浆在法定骨鉴料碱性活 上又存着在定的局限性一 $因此在中国北 已有方一大坝混个 土工程凝发中现了 碱 活性$料反骨 应$并 冻融在 % 胀冻坏的破联合作用 下$ 引起大溢坝面流混土凝破的坏# 此 因$进步一视大重 混 坝 凝 中 土$碱活 性 骨料 反 应 的 研 究 和采 用 合 理 工 程的措 施 $ 将是保我证国坝混凝大土久耐性% 安全 性的要重课 #
题该大坝混凝土度设计强标仅 号2*(-* );>%")3 !相 当 2(于
) ?-@A" 且$施 工 质 量 较 差 尤$ 其 是- +1)(1-’+ 年二 次 界 大世战期间
$ 施 工质量差 更$混凝土 中存着在量大缺陷的! 缝裂 %孔 洞 等 "$大 坝 蓄 运 水行 时 $ 形成了 大量 渗的漏 和 冻 胀 % 冻 融 破坏# 外部测观结表果明$ 坝 垂直位移顶现逐出升高的现象 $年局 坝 部段 较为明 $ 显如+ , 坝号段 自 - 1’ 1年至 -1, -年 $坝顶 垂 位直移升 高/./0 "-" #为 分析因原 从$ -,- 年1开始$ 江长水利水 电科研究院进行学大坝了混凝中的碱 $ 土活骨料性反 应试验分 析$ 验试方按 ) 法水混工土试验规凝 *程!1-)2年 " 规 的定化 法学 ! 类 似于 CD? ),B1 0-" +和 砂 浆 棒 长度 法! 类 似于
BC?))D+0-"$ 同时也0行了进石砂场料不同径粒料的岩相骨分析 $
结见表果-# 可活性骨料疑的化法学测检果结表见 $) 浆棒长砂法度试测果见结表 /#
!表 骨品料种流 纹 岩安岩山 灰岩 凝总含 量#表骨 料种品 安岩 山灰凝 岩闪玢长 岩灰凝熔岩表 $活骨性 料含 量满丰水站大坝电凝混土骨中碱 料" 活骨性的料含量 不粒径 同"!"#骨 中料碱的 $活骨料含性量%
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典%型程实例
工柘溪电站水柘溪水
电站于位南湖安省县化江中资 游$混凝 大坝为
土
丰大满坝混凝骨土料化学法测结检 果溶可二氧 化硅性溶量
出
碱降低度值
/3 %!
"4%56#2 .’* +*.01/ 2,./*, .,2
0’$/3/% ) ’.)’ 2,.21’2 1-.’
结果
判 别活性非 活非 非活性性 活非性
宽缝重力
坝单和墩大支坝头$ 最 坝高大 -+ "* $ /长/* $"混 凝 总土量, .’ , 万"/$ 站电机 +装.+0’万 %3"*) !相于当-* (’- ?@"A#施工 期水 泥供紧应缺$ 用采/** 号或 ** +号合水混泥矿渣及酸硅盐 水泥 $
水 泥 活中 混 合性材 含 量 达’*& 以 上 $ 且 为 了 而 约 节水 泥 在$工施又掺时加了-’&( /* 的烧& 土 粘 $ 凝 土 混 中 大最水泥 量用均平 -’*为; %"/>$水 灰比大 $ 较为 *.’’(.**1# 该 大坝 工设计强程偏低 $度 工施格率仅合为0 &* $ 之加均匀性差较 $施 工就期产了较多生裂缝 $ 水的蓄库水裂后进一步发缝展 $在 大 上游坝至廊道形面了贯成穿裂缝 $ 产生水幕状射水 性$后 经多次 加固$ 工程该摘掉了才’ 病 坝 (帽子的 #经 -1, ’调年和 以后查安全定的期查 $检大 混凝坝至今土尚未现发由于活碱性 料骨应反而形的裂成破缝坏异及变形 $ 其原因常可就能在 于坝混大凝土中泥用量水很低$ 采又了含有用量活大混性合材的低标 号泥 $ 水以混及土凝 中 掺加了 ’&(-/& 的* 性活混 材 合$因 此$ 然 骨虽料 中 含 有 少 量 的碱活 性 $骨料 $ 但 没 发 生 破有性的坏 碱 活$骨料反应 性
#0 37%"5%48 -6.,1 +/.)2,.-0 //.0//
丰大满坝凝土骨料混浆砂棒度长测法试果结 水总碱量 泥同龄期膨不胀
率
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1*9 *., , .*,,- )*.!外 加 碱.*)8 -/’*.! 外加碱 *2). -8,.*! 外碱加* 1)8 *.., -,.)! 外*加碱* /).8 .-’*!外 加 碱.2*8)-. *!, 加碱 *.1外8 *.),, -.*! )外加 碱*.)8/-. *! ’加外碱* .)28 -,*.!外加 碱*1.8)*. *) *.**2** *-2.*.*)*.*) ,* *.* *.+**,* .-*’*. **).*- ***.-0*. *) 1.**0/
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化学
检测法果结说 明$ 安山等岩 + 骨种均料非属活骨 料性 混$合骨的砂浆料棒长度测法试结表明 果$在 +&(/’& 可-疑 性骨料活范的围 $含内碱为 量.*,&,-(’.&的况情 下$ 浆砂长 棒度测法试半 !-,* 9年"膨胀的乃至一年的率胀率 !膨/* 29 "均 小于 .*-#&因此 以可为认$ 丰大坝满凝混中土骨料的不引会起大 坝混土的凝碱$性骨料活反破坏 应 为#一进论证步大混凝坝 土实际的情 况 $进行了又体坝混凝芯样土检 测 $芯总长样为
度
%#
#丰水满站
电满丰电水位站于林小丰满吉第二花江松 上 $严寒地区 属
$丰 满水 电站 大 坝 是 我 国 建 设最早 的 高 坝 $ 于-/10年 开 工 $
-1’
1年最完工后 $今至运行已近 *’ #年大坝 混凝土重力
为坝$ 最大 高 1- "坝 $坝 顶 - 长,** $" 混凝土总 )量* - 万"$/ 站装电机 ’’.0/ 万
#-0 /"$经观宏微观分和析$ 仅 现发一处 *!’.3 )" 有碱硅"酸反应
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设
与施工
计水 力
发 电
""# ! $年月
& 表黑大水汀大坝库合骨料砂混棒长浆法度检测果 各月砂结试浆件胀率膨 5!
产
物!酸钠硅 #其"均无碱8活性骨余反料应的状性及物产$ 因此 可以为认# 经 过近- 2运年行 后#大坝 混
凝土存中微在的量8 活性碱骨反料 应但这不是坝#体部升局高的要原因主$ 南京化 大工 !学 南原京化学院 工"唐明 院士述时也参与当了丰满坝混 凝土大碱8的活骨性反应料分研究 #采用了基析相本的方同 法!化学法 % 浆棒砂度法及长凝混土样心测 检"检测#果与上结结果 稍述有别 # 但结差论本基同相 #即丰 满坝大凝混中土在存有流纹岩 % 山安岩%凝灰岩 等疑可的活骨料 #但性 -2经 运行年#混 土凝中 未发现尚显的明碱8活性骨料应反充的依分 $据在 上以工的基作上 #础 满丰发厂在电电工业部力 % 北东 电网等的支下持 为大坝#顶坝部升局高问专题门召了开家研专 讨会# 经 设 计%科 % 高 研校% 电 厂 等 ( , 单 个位 6 +位专 家 的 察看 %分 析 %讨 论 #认大坝为局部坝升高问题主顶发要在生坝体上部 负范温内 围#由 于体坝裂 缝%孔 洞缺等陷水渗# 季严冬寒 条 下件产 生 结 冰膨胀 #而 造 成不 可 恢复的 残余 形变#逐 年 积累 #而产生从坝了逐顶年高升的现象 $针对这 一问 # 题丰满 电厂从6 世2纪12 年中代期开始# 进 行了坝大的渗防冻加固抗工 程# 大上游面坝自坝顶至 6+ 2% 高浇筑程( 29% 厚的 沥 青混土凝防层渗 # 而从较地解好决了坝大上游面防的渗题 问 &游面凿除 ,下2 9 %受冻厚融坏破混凝土的 #重新筑 浇0 92 厚%高的抗冻混凝土性# 较地解决好了大的防渗抗坝耐冻久 性问题# 从而 使坝大顶升坝问题高到了根本得治理 $
骨
料品种
(
月6月
+
月
月-
,月
0
月月
3! 号混/
合料骨
7226 2 ,722,2- 722+2. 722-2 172(220 27 20 272221 3
! 号混62 272- ,2722 ( -7222 2 27223-6 2 22+ 7627 3020 2 27210 合料骨! !!注! /’号 混 合骨料 是 按 天然骨 料 比例 混 &合6号 混 合 骨料 用 燧
采 %石 灰凝 %岩 流纹岩% 粗岩面 -种活性骨按比例混料 合
$浆棒长度法试砂验果无结是按论天然料分布比例的混场合骨料 # 还是 部采全可疑用活骨性料的合混料骨# 其砂 浆膨 胀 #+率个月均 小 27于,2 #50 个均月小于2 /57# 因此 说明河滦天然 骨料不在混会土凝中产有生害的碱 活8骨料性反 应 通$岩过相法% 化学法和浆砂棒法+ 种 方检验 法 #滦河然天骨料 存在着中石燧活性等骨料 #然虽混骨合料体不显整碱示活性膨胀 应反的特征 #但 为了确保大坝的久性和安全耐 # 在 大坝性凝土混工施中# 采用了北东顺水泥抚的低碱厂泥水 #制控 碱量 含270?@ "冲磨混抗凝没土掺用粉有煤灰 大$坝凝混典型土配 合比表 见$
3表 部%位标号及内 部混凝土 )*( 号础基凝混土 / , 2号溢流面混凝 土 42 2 号大
黑汀水大库混坝凝典型配合土比配合比 "!#$!&% ’水 泥煤粉 水 砂灰石
!’
(
大黑汀水
大黑库汀水位于库北省河西县迁# 是滦上的河一座大型
库 水#水 库 大坝 混为 凝土 力重坝 # 最大 坝 ,高716 %# 长( +-7,
% #, 混凝土 总量 ( +,7 3 万+%# 该水 库 的 主 要 途 用为供 水 ! 滦
引津入# 为天津 河及北水供" %防汛 # 顾兼电 !发 装 机670(万
(+*
0/3 /2
,1) / 2
.
),( 2/ /21/
-. -.,4 2.
,/
0 2 /10 . 012/
;":$ 大坝 工 /程.3 +年 开 #工.12/ 建 年成 #至 今 已 运 行6 ,
年 大坝混凝$的骨土料滦河中的为天骨然 # 料部分大是火 成岩 # 有 燧含石 % 流 纹 岩安 山%岩 凝%灰 岩等 隐含 晶 质或微 晶 质骨料 $ 在 工施期 前 水利#电力水利部度调研所究 !现国水中 水电利学研科院究 对"坝大凝土所用混的骨料行进了活碱性检 试验验$ 岩相法检 定果结见 表 # -化法检测结果学表 ,见$表
)性骨 料活品种含 量! 5燧 滦石河天骨料然的相鉴定结岩果凝 灰岩粗 面岩流纹 岩 山安 总岩
计
大建成 /2坝 后 # 即从年/ .2.年开 始 溢#流多处出现裂面 缝及表剥蚀 % 脱面空等害病$ / ..1年 中国水利水科学电研 院和水库究管处理合联对坝溢流面混凝大缺土进陷了较全面 行检测的 检$测结表明果# 虽然混凝的土心样度强到 达+2 >?@# 设计比 号标提高 了,5 2#但 流溢面凝混土裂数量缝多很 达#
,-/条 # 其水平中较多 #也存缝在直缝和不规垂裂则 缝 &流溢
表面混凝土面蚀面剥积大 较# 计 总4-4 1%# 占溢4面流面总积的
,
表
#/
+2
6
62
2
-
河天然骨滦料化的学检法结测果混 合骨 混料合
砂
2+ 5上以 # 蚀深剥最大达度 ,/ 9 &%同时# 溢流面表面局存部
在空脱现 象 经#钻压水孔验试明表# 溢 流表面面 2 +9%以内 混 的凝土为较疏松# 渗水量 大 #较并 横向串水现象 有 $初步分经析# 产生上问以的题要主因原混是土的冻融凝蚀剥坏和冻胀破 破坏 $该水库位华于北北部 #冬季最春低气温达可8 4A 2 #每年自然冻融 环达 循12 左右次 #而溢流混凝面土 冻抗设 计 标 号 偏低 #工中没有掺用施引气 # 抗冻剂久耐性差 # 产生冻融较剥 $蚀加 之流面存在表溢面凝土混施工缝其及缺陷他# 当 水渗入施工缝 及密实处时 # 不可就能现出胀 #冻 因大坝此溢面流凝混 土存在局部面冻胀脱空表现象$ 在测检作工中# 行了混凝土中进 否是产了生碱 8 性活料反骨的鉴定 $应 鉴采用定现场芯 样# 测的检目项有芯中样料的岩相骨分析 % 电镜分和析谱分析能 # 岩 相析结果见表 1分$
骨料 品
种
燧 凝石岩 灰流岩 纹粗岩面安山 岩
/9
!%BCD!EF 09! %BD!EG
判C 别结
果60 266(
性
活, 3,3潜在
活性
-
,0,潜
在 性活
- /0
,在 潜活
性
+ 60
+- .11
+ +.
(活性 非非
活性 活非
性由相法岩和化学检测结法果以可出看 # 坝混凝土大用 的滦河天然骨料采中有活含性较强燧的 !石5 ,#" 时同存在凝 也岩灰 %流纹岩 % 面粗等具有岩在活潜性骨料的# 因又进此行 碱 了8活 骨料的性浆棒砂度长法检测 $检测用混合骨 料根大据坝混 凝土同级不配及不同活骨性料含量比的配制例 试验# 果结见表 $0
"!
!"
$# &%($% ’)*’,++ .-’+-
4第!卷第 ! 期
李金
玉 $中国大混凝坝土的中碱骨反料应
设与施计
工
表# 岩相分 类含 量F? 鉴定 结
果
大汀水库黑坝混凝土芯样大中骨的料相分岩 析质 灰岩 流纹岩 砂岩硬
骨料
反应的危 害#在 料场勘探 ! 设计! 施过工程给予了中 高度 视重# 并 试在验规中程列了碱入 9性骨活料应的反有关检 测 鉴! !定技术措施等 相关规定 # 同时大在混坝土中凝极积广使推用优 质粉灰等煤技术 # 此 因 虽然#修建众多混了土凝高 #坝 但绝大分没有发部生碱9 活性 骨料的破坏反应" 于由别工程中 确个存在实碱 着 9性骨活反应料破的坏象迹# 因此 碱对9 性活 骨反应的危害料题问必还给予充须分视重 "%" & 碱 9活骨料性应的安反全断是一个判较复杂为的问题 # 对 目前各室内检测方法的结种如果何合判理 定# 室试内验结 果与际工程状态如何实更地好结 #合 9 碱性活料骨应反危 与工程害安运全行命如何寿联 系! 如评何估预测并为设计所用等方面 # 缺乏尚深的研入 究 "4 & %中 国是 一 个快 速 发展 中的 国 家# "343 混年凝 土 的 产总达 量3 亿 "%4 以上 # 增长率年于大 8? ! #但混土可用的凝 料越骨来越少#好的料 场越越来 少因#如此何尽快合地规范理碱 9活性骨的抑制料施措 #包括 碱水泥 !低 混土凝的中总碱 含量 #粉煤 等活灰混性合的应用技材术# 制抑碱9 活 性骨料应反加 外剂的发开应及技术用等等# 成为水将泥混凝研究工作者 土 #尤其 是碱 9活骨料反性研究应专家们下步工作一的要课重题"
白云质
黑云花 硬白 闪质岩长 燧 岗岩 云石岩
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$表芯样部位 大汀水库大黑坝凝混芯土样反环能谱分应
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分析表明谱# 料骨周的围反产应物为 &A!B !@ CD&!的凝 胶体 # 属 碱反硅应典的型产物" 由
芯样岩分析相电镜和能 分析谱可以明说 #大汀大黑溢流坝混凝面中土仅存在不着碱 9活性 骨 料 而# 经 且"8 年的 运 行 #混凝 土 中 确实 产 生了 碱9 活性料骨反应 #成了形反环 应 反#应中环的骨已经胀料裂# 由 样芯外分析观# 料骨周边的裂缝微经向外延伸已并到混达凝 土表 #面形 表成面微的细裂缝" 通 过上试以和验分析以看出 # 可大汀水库黑大溢坝流面 凝土表面的混蚀剥 !裂缝等 破坏# 主要因原是冻融胀冻# 混 但土凝的中 碱 9活骨料反性应经已生 产 #并形成微细裂已 # 缝这 结一进一果促步进了在混凝水土的中透和冻融冻渗 胀# 因 此可以为认# 大 汀水黑大库坝流面混溢凝的破土坏是融冻胀 和内冻碱 部9 性骨料反应活同共作用结的 果"但 值反得思的 #是 流溢面 混凝 土中 #含 活有 性骨 在料 施工 时 就 知已 # 当 混时合 骨的料浆棒砂长法检验度是也全的安 #但实际运 "行 8年 后#混 土 凝中 的 碱骨 料反应 不 仅 存 在 而# 引 起且了 微裂 缝# 一 结这果得值进一研步 究
"考参文 献$
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潘 家/ 铮 # 等 0 国中 大坝 83 年 *;0/ 北 $京中 国 水 利 水电出 社版 #
"3340水
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;4 /E@!38’ 6 " 水#混工土试验规凝 ;@/0程 2..:2 .2 .=6
2江长水利水科学电研究院 0满大丰坝混土碱凝 9料反应骨试研 验报究告.G2 0 !6!= 南0京工学化 0院丰 满坝大凝混碱 9土 骨料反应鉴定的与 研究. 20
!G=6!0丰满发电厂
0 丰 满大坝坝抬高科研顶论会纪要讨. D20! =!6 0水利电力部利水调研究所度 0大汀水库骨料的碱黑活 性试 验报 .G20告 =:!08 国水利中电科学水研院究0 黑汀水库大坝大流溢 面混凝 缺 土 陷的测分检析估评告报.G 0 2!==06
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第
" !卷第 !期 $$%# 年 月!
中大国混坝土中凝的骨料碱反应
金玉
" 中国水利李水科学电究研 $院 北 (京!!!%)
#键关词! 坝老% 混凝 %土碱 料骨反 %应 国 摘中要 ! 国大坝混中凝工土程 中$上从世 纪"! 代年初开始$对骨料 的碱性活和碱料反骨就较为重应视$ 从地勘质规程 探到工混水土试凝方法中验$均列 入有了关骨碱料及骨碱反料应验方试的规定 法 &中国已建的凝土大坝混 中$有也些有 一含定的量碱活骨性 $但由于料用了低采号水标和大量泥活的混合性 $材因至此今发生碱未骨破料反应 %坏但也有个工 别 程$虽经骨碱料应反检测 的并$用采了定一抑的制措施$但 运行’! 后 年$在大溢流坝面凝混中土出现了碱料骨应的微反 观宏观裂缝破坏和 这就从一个&侧反面映了骨碱反料的试应验法方’判 断标准’抑 措施等尚制进一步完善 &需
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R中分类图 号TU!&’ ’"(’ 献标文识 !码D已建
的%’ 混凝土高座坝和 ! 余座&闸的水凝混土久性耐和 老化病状害进态了行查调 $结总了响影水工混凝土久性耐六的 类要主害 病$即 缝裂 ’渗漏 ’融冻坏 ’破冲磨 空 蚀’ 质侵水蚀和碳 以及化筋锈钢破蚀坏$ 查调中有发现由于没 碱 $活性骨料反应 起工引破程的实坏 例 &分其原因析$主要 由于中是对国水工混凝 工程的碱 $土 性骨活反料应题重视问较 &早上世 纪! " 年 初代 期$吴 伟 院仲 士 在治淮 工程 梅 "山 佛 子 ’岭水 库 大 坝( 中 $ 吸取就了国美克派碱坝$ 性骨料破坏的教训活 也引进$了当 时 M\T
] 碱对$ 活性骨 的料定鉴法 "化方法和学砂浆长度棒 法( 在&( #’^ 水利电年力颁发的 * 部工混凝土试验规程水 +中 $ 就 列入了化法学砂浆和长棒法度种碱两 $ 活骨料性的定鉴 法 方%()# ’年 修订 的 *水 工混 凝 土 验 试 规程+ 中 $ 又补 充 了 岩 相 法 碳’酸盐骨料碱性鉴活方法定以抑及骨料碱制性活应试 验效方 法 %!!( ’年修 订 的 * 水 混工 凝 土试 验 程 +规中 $又 充补
了!
题的问由来
国是世界中筑上坝量最多数国的家& 高坝在中 $#!V以 上
是混
凝土 $其原坝是混因土凝坝其他材比坝更为料安可全靠’ 久性耐 &强大坝混 凝相土对他其程的工混土凝讲来 $其 材料 面方的特点是骨粒径料大$ 大最料骨径粒达 ( "!J J )普 通 混凝土骨 料最粒径为大 &! JJ $( 骨料用量比 例 高 $占 混 凝土 材 料 总量 " 质量( 的 #V!左右 " 通混普土凝 W为VX)"! ($ V因骨此料 状对混凝土质性量影的响就更为显和著重要 &碱 $ 活性骨料 反应问是混题土凝久性耐的中重课要题 $世 上界碱$ 活性 料骨应的发现反工程破坏和实例多也来自于工混凝土水工程$ 如坝 大’水 闸’ 水站电 &等 其原就是水因工凝土混接直水接 与触 $混土中凝往往有含多的较或直接水于处饱和水态状 因$此 一混旦土凝中泥水的含量碱 "Y’Z ’[’4Z (高较 $而骨 料又具有潜在的 活性$ 那么 碱$活性 料反骨应不就避免可& 个半世纪多来以 $中 国建设许了高多凝土混 坝 $在些这 程中是工存否在 $ 活碱性骨反料破坏应 $ 一直人们为关所 &注上 纪 )世! 年中代 期 $国水利中水科学研电院等单位究 $ 对国全
!!!!!!!!收稿期 !日’!&$!!$()
作者’介简 李!玉 )(金#’& ,#$男 $ 江苏常人 $ 教州授级高工 $ 博 士 导生师 $要从事主水混工土材凝试验研究工作料 R
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第 +-/ 卷第- 期
李
玉金, 国中大混凝土中的碱骨坝料反应
计设施与
碱活工性骨料砂的浆棒长度速快鉴法 !定,:* 法" 和混 土凝柱棱 法体 #因此 碱$$ 活性骨料 反应题问在水混工土工凝程一直中 得到重了视$ 并开展了 许多试研究验作工 # 对每高个坝工 程 尤$是其家级重点国工 $ 程从质地勘 % 探场选择料时就要求行 骨料进的碱活检性测$ 尽避量免用碱 采$活 性骨料 #同 时 $工水 凝土工程 混 $尤其大是坝工程$ 属大 积混体凝 土 $如降何坝低 体混凝土的热发量$ 尽量避或免减由于少度应力温产生而混凝土 裂 $缝一 直水工混是土工凝中最重程的研究课要题之一# 为 $此 从上世纪’ * 年开始 $代 大坝在混凝工程中土就采了用 加掺活性合材混如煤粉灰的技等术措施# 粉煤 灰水工混凝在土中 较的推广早应 用 也$中国大坝混为土凝程中工
防止 $ 活碱性骨料应破坏起反到了好良作用 的 #但是$ 毕 中国建竟了 多众凝土混坝高 其中$一些工采程的用然骨天料中就含有一定 活性骨料的$ 早期而的化法和砂学棒浆在法定骨鉴料碱性活 上又存着在定的局限性一 $因此在中国北 已有方一大坝混个 土工程凝发中现了 碱 活性$料反骨 应$并 冻融在 % 胀冻坏的破联合作用 下$ 引起大溢坝面流混土凝破的坏# 此 因$进步一视大重 混 坝 凝 中 土$碱活 性 骨料 反 应 的 研 究 和采 用 合 理 工 程的措 施 $ 将是保我证国坝混凝大土久耐性% 安全 性的要重课 #
题该大坝混凝土度设计强标仅 号2*(-* );>%")3 !相 当 2(于
) ?-@A" 且$施 工 质 量 较 差 尤$ 其 是- +1)(1-’+ 年二 次 界 大世战期间
$ 施 工质量差 更$混凝土 中存着在量大缺陷的! 缝裂 %孔 洞 等 "$大 坝 蓄 运 水行 时 $ 形成了 大量 渗的漏 和 冻 胀 % 冻 融 破坏# 外部测观结表果明$ 坝 垂直位移顶现逐出升高的现象 $年局 坝 部段 较为明 $ 显如+ , 坝号段 自 - 1’ 1年至 -1, -年 $坝顶 垂 位直移升 高/./0 "-" #为 分析因原 从$ -,- 年1开始$ 江长水利水 电科研究院进行学大坝了混凝中的碱 $ 土活骨料性反 应试验分 析$ 验试方按 ) 法水混工土试验规凝 *程!1-)2年 " 规 的定化 法学 ! 类 似于 CD? ),B1 0-" +和 砂 浆 棒 长度 法! 类 似于
BC?))D+0-"$ 同时也0行了进石砂场料不同径粒料的岩相骨分析 $
结见表果-# 可活性骨料疑的化法学测检果结表见 $) 浆棒长砂法度试测果见结表 /#
!表 骨品料种流 纹 岩安岩山 灰岩 凝总含 量#表骨 料种品 安岩 山灰凝 岩闪玢长 岩灰凝熔岩表 $活骨性 料含 量满丰水站大坝电凝混土骨中碱 料" 活骨性的料含量 不粒径 同"!"#骨 中料碱的 $活骨料含性量%
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典%型程实例
工柘溪电站水柘溪水
电站于位南湖安省县化江中资 游$混凝 大坝为
土
丰大满坝混凝骨土料化学法测结检 果溶可二氧 化硅性溶量
出
碱降低度值
/3 %!
"4%56#2 .’* +*.01/ 2,./*, .,2
0’$/3/% ) ’.)’ 2,.21’2 1-.’
结果
判 别活性非 活非 非活性性 活非性
宽缝重力
坝单和墩大支坝头$ 最 坝高大 -+ "* $ /长/* $"混 凝 总土量, .’ , 万"/$ 站电机 +装.+0’万 %3"*) !相于当-* (’- ?@"A#施工 期水 泥供紧应缺$ 用采/** 号或 ** +号合水混泥矿渣及酸硅盐 水泥 $
水 泥 活中 混 合性材 含 量 达’*& 以 上 $ 且 为 了 而 约 节水 泥 在$工施又掺时加了-’&( /* 的烧& 土 粘 $ 凝 土 混 中 大最水泥 量用均平 -’*为; %"/>$水 灰比大 $ 较为 *.’’(.**1# 该 大坝 工设计强程偏低 $度 工施格率仅合为0 &* $ 之加均匀性差较 $施 工就期产了较多生裂缝 $ 水的蓄库水裂后进一步发缝展 $在 大 上游坝至廊道形面了贯成穿裂缝 $ 产生水幕状射水 性$后 经多次 加固$ 工程该摘掉了才’ 病 坝 (帽子的 #经 -1, ’调年和 以后查安全定的期查 $检大 混凝坝至今土尚未现发由于活碱性 料骨应反而形的裂成破缝坏异及变形 $ 其原因常可就能在 于坝混大凝土中泥用量水很低$ 采又了含有用量活大混性合材的低标 号泥 $ 水以混及土凝 中 掺加了 ’&(-/& 的* 性活混 材 合$因 此$ 然 骨虽料 中 含 有 少 量 的碱活 性 $骨料 $ 但 没 发 生 破有性的坏 碱 活$骨料反应 性
#0 37%"5%48 -6.,1 +/.)2,.-0 //.0//
丰大满坝凝土骨料混浆砂棒度长测法试果结 水总碱量 泥同龄期膨不胀
率
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1*9 *., , .*,,- )*.!外 加 碱.*)8 -/’*.! 外加碱 *2). -8,.*! 外碱加* 1)8 *.., -,.)! 外*加碱* /).8 .-’*!外 加 碱.2*8)-. *!, 加碱 *.1外8 *.),, -.*! )外加 碱*.)8/-. *! ’加外碱* .)28 -,*.!外加 碱*1.8)*. *) *.**2** *-2.*.*)*.*) ,* *.* *.+**,* .-*’*. **).*- ***.-0*. *) 1.**0/
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化学
检测法果结说 明$ 安山等岩 + 骨种均料非属活骨 料性 混$合骨的砂浆料棒长度测法试结表明 果$在 +&(/’& 可-疑 性骨料活范的围 $含内碱为 量.*,&,-(’.&的况情 下$ 浆砂长 棒度测法试半 !-,* 9年"膨胀的乃至一年的率胀率 !膨/* 29 "均 小于 .*-#&因此 以可为认$ 丰大坝满凝混中土骨料的不引会起大 坝混土的凝碱$性骨料活反破坏 应 为#一进论证步大混凝坝 土实际的情 况 $进行了又体坝混凝芯样土检 测 $芯总长样为
度
%#
#丰水满站
电满丰电水位站于林小丰满吉第二花江松 上 $严寒地区 属
$丰 满水 电站 大 坝 是 我 国 建 设最早 的 高 坝 $ 于-/10年 开 工 $
-1’
1年最完工后 $今至运行已近 *’ #年大坝 混凝土重力
为坝$ 最大 高 1- "坝 $坝 顶 - 长,** $" 混凝土总 )量* - 万"$/ 站装电机 ’’.0/ 万
#-0 /"$经观宏微观分和析$ 仅 现发一处 *!’.3 )" 有碱硅"酸反应
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设
与施工
计水 力
发 电
""# ! $年月
& 表黑大水汀大坝库合骨料砂混棒长浆法度检测果 各月砂结试浆件胀率膨 5!
产
物!酸钠硅 #其"均无碱8活性骨余反料应的状性及物产$ 因此 可以为认# 经 过近- 2运年行 后#大坝 混
凝土存中微在的量8 活性碱骨反料 应但这不是坝#体部升局高的要原因主$ 南京化 大工 !学 南原京化学院 工"唐明 院士述时也参与当了丰满坝混 凝土大碱8的活骨性反应料分研究 #采用了基析相本的方同 法!化学法 % 浆棒砂度法及长凝混土样心测 检"检测#果与上结结果 稍述有别 # 但结差论本基同相 #即丰 满坝大凝混中土在存有流纹岩 % 山安岩%凝灰岩 等疑可的活骨料 #但性 -2经 运行年#混 土凝中 未发现尚显的明碱8活性骨料应反充的依分 $据在 上以工的基作上 #础 满丰发厂在电电工业部力 % 北东 电网等的支下持 为大坝#顶坝部升局高问专题门召了开家研专 讨会# 经 设 计%科 % 高 研校% 电 厂 等 ( , 单 个位 6 +位专 家 的 察看 %分 析 %讨 论 #认大坝为局部坝升高问题主顶发要在生坝体上部 负范温内 围#由 于体坝裂 缝%孔 洞缺等陷水渗# 季严冬寒 条 下件产 生 结 冰膨胀 #而 造 成不 可 恢复的 残余 形变#逐 年 积累 #而产生从坝了逐顶年高升的现象 $针对这 一问 # 题丰满 电厂从6 世2纪12 年中代期开始# 进 行了坝大的渗防冻加固抗工 程# 大上游面坝自坝顶至 6+ 2% 高浇筑程( 29% 厚的 沥 青混土凝防层渗 # 而从较地解好决了坝大上游面防的渗题 问 &游面凿除 ,下2 9 %受冻厚融坏破混凝土的 #重新筑 浇0 92 厚%高的抗冻混凝土性# 较地解决好了大的防渗抗坝耐冻久 性问题# 从而 使坝大顶升坝问题高到了根本得治理 $
骨
料品种
(
月6月
+
月
月-
,月
0
月月
3! 号混/
合料骨
7226 2 ,722,2- 722+2. 722-2 172(220 27 20 272221 3
! 号混62 272- ,2722 ( -7222 2 27223-6 2 22+ 7627 3020 2 27210 合料骨! !!注! /’号 混 合骨料 是 按 天然骨 料 比例 混 &合6号 混 合 骨料 用 燧
采 %石 灰凝 %岩 流纹岩% 粗岩面 -种活性骨按比例混料 合
$浆棒长度法试砂验果无结是按论天然料分布比例的混场合骨料 # 还是 部采全可疑用活骨性料的合混料骨# 其砂 浆膨 胀 #+率个月均 小 27于,2 #50 个均月小于2 /57# 因此 说明河滦天然 骨料不在混会土凝中产有生害的碱 活8骨料性反 应 通$岩过相法% 化学法和浆砂棒法+ 种 方检验 法 #滦河然天骨料 存在着中石燧活性等骨料 #然虽混骨合料体不显整碱示活性膨胀 应反的特征 #但 为了确保大坝的久性和安全耐 # 在 大坝性凝土混工施中# 采用了北东顺水泥抚的低碱厂泥水 #制控 碱量 含270?@ "冲磨混抗凝没土掺用粉有煤灰 大$坝凝混典型土配 合比表 见$
3表 部%位标号及内 部混凝土 )*( 号础基凝混土 / , 2号溢流面混凝 土 42 2 号大
黑汀水大库混坝凝典型配合土比配合比 "!#$!&% ’水 泥煤粉 水 砂灰石
!’
(
大黑汀水
大黑库汀水位于库北省河西县迁# 是滦上的河一座大型
库 水#水 库 大坝 混为 凝土 力重坝 # 最大 坝 ,高716 %# 长( +-7,
% #, 混凝土 总量 ( +,7 3 万+%# 该水 库 的 主 要 途 用为供 水 ! 滦
引津入# 为天津 河及北水供" %防汛 # 顾兼电 !发 装 机670(万
(+*
0/3 /2
,1) / 2
.
),( 2/ /21/
-. -.,4 2.
,/
0 2 /10 . 012/
;":$ 大坝 工 /程.3 +年 开 #工.12/ 建 年成 #至 今 已 运 行6 ,
年 大坝混凝$的骨土料滦河中的为天骨然 # 料部分大是火 成岩 # 有 燧含石 % 流 纹 岩安 山%岩 凝%灰 岩等 隐含 晶 质或微 晶 质骨料 $ 在 工施期 前 水利#电力水利部度调研所究 !现国水中 水电利学研科院究 对"坝大凝土所用混的骨料行进了活碱性检 试验验$ 岩相法检 定果结见 表 # -化法检测结果学表 ,见$表
)性骨 料活品种含 量! 5燧 滦石河天骨料然的相鉴定结岩果凝 灰岩粗 面岩流纹 岩 山安 总岩
计
大建成 /2坝 后 # 即从年/ .2.年开 始 溢#流多处出现裂面 缝及表剥蚀 % 脱面空等害病$ / ..1年 中国水利水科学电研 院和水库究管处理合联对坝溢流面混凝大缺土进陷了较全面 行检测的 检$测结表明果# 虽然混凝的土心样度强到 达+2 >?@# 设计比 号标提高 了,5 2#但 流溢面凝混土裂数量缝多很 达#
,-/条 # 其水平中较多 #也存缝在直缝和不规垂裂则 缝 &流溢
表面混凝土面蚀面剥积大 较# 计 总4-4 1%# 占溢4面流面总积的
,
表
#/
+2
6
62
2
-
河天然骨滦料化的学检法结测果混 合骨 混料合
砂
2+ 5上以 # 蚀深剥最大达度 ,/ 9 &%同时# 溢流面表面局存部
在空脱现 象 经#钻压水孔验试明表# 溢 流表面面 2 +9%以内 混 的凝土为较疏松# 渗水量 大 #较并 横向串水现象 有 $初步分经析# 产生上问以的题要主因原混是土的冻融凝蚀剥坏和冻胀破 破坏 $该水库位华于北北部 #冬季最春低气温达可8 4A 2 #每年自然冻融 环达 循12 左右次 #而溢流混凝面土 冻抗设 计 标 号 偏低 #工中没有掺用施引气 # 抗冻剂久耐性差 # 产生冻融较剥 $蚀加 之流面存在表溢面凝土混施工缝其及缺陷他# 当 水渗入施工缝 及密实处时 # 不可就能现出胀 #冻 因大坝此溢面流凝混 土存在局部面冻胀脱空表现象$ 在测检作工中# 行了混凝土中进 否是产了生碱 8 性活料反骨的鉴定 $应 鉴采用定现场芯 样# 测的检目项有芯中样料的岩相骨分析 % 电镜分和析谱分析能 # 岩 相析结果见表 1分$
骨料 品
种
燧 凝石岩 灰流岩 纹粗岩面安山 岩
/9
!%BCD!EF 09! %BD!EG
判C 别结
果60 266(
性
活, 3,3潜在
活性
-
,0,潜
在 性活
- /0
,在 潜活
性
+ 60
+- .11
+ +.
(活性 非非
活性 活非
性由相法岩和化学检测结法果以可出看 # 坝混凝土大用 的滦河天然骨料采中有活含性较强燧的 !石5 ,#" 时同存在凝 也岩灰 %流纹岩 % 面粗等具有岩在活潜性骨料的# 因又进此行 碱 了8活 骨料的性浆棒砂度长法检测 $检测用混合骨 料根大据坝混 凝土同级不配及不同活骨性料含量比的配制例 试验# 果结见表 $0
"!
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4第!卷第 ! 期
李金
玉 $中国大混凝坝土的中碱骨反料应
设与施计
工
表# 岩相分 类含 量F? 鉴定 结
果
大汀水库黑坝混凝土芯样大中骨的料相分岩 析质 灰岩 流纹岩 砂岩硬
骨料
反应的危 害#在 料场勘探 ! 设计! 施过工程给予了中 高度 视重# 并 试在验规中程列了碱入 9性骨活料应的反有关检 测 鉴! !定技术措施等 相关规定 # 同时大在混坝土中凝极积广使推用优 质粉灰等煤技术 # 此 因 虽然#修建众多混了土凝高 #坝 但绝大分没有发部生碱9 活性 骨料的破坏反应" 于由别工程中 确个存在实碱 着 9性骨活反应料破的坏象迹# 因此 碱对9 性活 骨反应的危害料题问必还给予充须分视重 "%" & 碱 9活骨料性应的安反全断是一个判较复杂为的问题 # 对 目前各室内检测方法的结种如果何合判理 定# 室试内验结 果与际工程状态如何实更地好结 #合 9 碱性活料骨应反危 与工程害安运全行命如何寿联 系! 如评何估预测并为设计所用等方面 # 缺乏尚深的研入 究 "4 & %中 国是 一 个快 速 发展 中的 国 家# "343 混年凝 土 的 产总达 量3 亿 "%4 以上 # 增长率年于大 8? ! #但混土可用的凝 料越骨来越少#好的料 场越越来 少因#如此何尽快合地规范理碱 9活性骨的抑制料施措 #包括 碱水泥 !低 混土凝的中总碱 含量 #粉煤 等活灰混性合的应用技材术# 制抑碱9 活 性骨料应反加 外剂的发开应及技术用等等# 成为水将泥混凝研究工作者 土 #尤其 是碱 9活骨料反性研究应专家们下步工作一的要课重题"
白云质
黑云花 硬白 闪质岩长 燧 岗岩 云石岩
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分析表明谱# 料骨周的围反产应物为 &A!B !@ CD&!的凝 胶体 # 属 碱反硅应典的型产物" 由
芯样岩分析相电镜和能 分析谱可以明说 #大汀大黑溢流坝混凝面中土仅存在不着碱 9活性 骨 料 而# 经 且"8 年的 运 行 #混凝 土 中 确实 产 生了 碱9 活性料骨反应 #成了形反环 应 反#应中环的骨已经胀料裂# 由 样芯外分析观# 料骨周边的裂缝微经向外延伸已并到混达凝 土表 #面形 表成面微的细裂缝" 通 过上试以和验分析以看出 # 可大汀水库黑大溢坝流面 凝土表面的混蚀剥 !裂缝等 破坏# 主要因原是冻融胀冻# 混 但土凝的中 碱 9活骨料反性应经已生 产 #并形成微细裂已 # 缝这 结一进一果促步进了在混凝水土的中透和冻融冻渗 胀# 因 此可以为认# 大 汀水黑大库坝流面混溢凝的破土坏是融冻胀 和内冻碱 部9 性骨料反应活同共作用结的 果"但 值反得思的 #是 流溢面 混凝 土中 #含 活有 性骨 在料 施工 时 就 知已 # 当 混时合 骨的料浆棒砂长法检验度是也全的安 #但实际运 "行 8年 后#混 土 凝中 的 碱骨 料反应 不 仅 存 在 而# 引 起且了 微裂 缝# 一 结这果得值进一研步 究
"考参文 献$
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潘 家/ 铮 # 等 0 国中 大坝 83 年 *;0/ 北 $京中 国 水 利 水电出 社版 #
"3340水
工凝土混验规程试 !%>= &"@;/
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;4 /E@!38’ 6 " 水#混工土试验规凝 ;@/0程 2..:2 .2 .=6
2江长水利水科学电研究院 0满大丰坝混土碱凝 9料反应骨试研 验报究告.G2 0 !6!= 南0京工学化 0院丰 满坝大凝混碱 9土 骨料反应鉴定的与 研究. 20
!G=6!0丰满发电厂
0 丰 满大坝坝抬高科研顶论会纪要讨. D20! =!6 0水利电力部利水调研究所度 0大汀水库骨料的碱黑活 性试 验报 .G20告 =:!08 国水利中电科学水研院究0 黑汀水库大坝大流溢 面混凝 缺 土 陷的测分检析估评告报.G 0 2!==06
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