水工混凝土的碱骨料反应问题

水工混凝土的碱骨料反应问题
王爱勤1, 张承志2(1.中国水利水电科学研究院 结构材料所，北京 100038； 2.北京市建筑材料科学研究院，北京 100041)
摘要：全面比较了水工混凝土与普通混凝土的差异，系统地分析了这些差异在碱骨料反应方面所导致的不同行为。在此基础上发现当碱骨料反应发生时，水工混凝土比普通混凝土有更大的危险性。同时也对在普通混凝土基础上得出的一些评判方法及判据、混凝土安全碱含量等控制指标能否用于水工混凝土提出疑问。 关键词：水工混凝土； 碱骨料反应； 差异； 表现行为中图分类号：TU528.041?????? 文献标识码：A
??? 碱骨料反应所导致的严重后果已逐渐被人们所认识。近年来，许多水利工程已经开始重视碱骨料反应问题，越来越多的工程在开工前对骨料进行碱活性检验，并采取积极措施预防碱骨料反应的发生。但是，水工混凝土有其自身的特点，在许多方面不同于普通混凝土。正是由于这种差异，碱骨料反应在水工混凝土中也将表现出不同的行为。在这一方面，至今还没有被人们所察觉。在大多数水利工程中，对碱骨料反应的判断，对一些预防措施的决策，一般都是依据普通混凝土的一些研究结果。用普通混凝土的研究结果来分析水工混凝土碱骨料反应问题，很可能导致一些错误的认识，并作出一些错误的决策。对此，应该引起足够的重视。本文首先分析水工混凝土与普通混凝土的差异，并进一步分析这些方面对混凝土碱骨料反应行为的影响。旨在对水工混凝土的碱骨料反应问题有更清楚的认识。1? 水工混凝土与普通混凝土的差异??? 从混凝土的碱骨料反应行为考虑，水工混凝土与普通混凝土至少存在以下5个方面的差异：?? (1)骨料粒径较大。水工混凝土最大骨料粒径一般为150mm，而且所占的比例较高，80～150mm骨料大约占骨料总量的30％以上。而普通混凝土最大骨料粒径一般不超过40mm，一些水泥制品的骨料粒径甚至不超过20mm。?? (2)混凝土强度等级较低。除了一些特殊部位外，水工混凝土的强度等级一般较低。特别是重力坝，混凝土强度等级更低。以三峡主体工程为例，大坝内部混凝土90d龄期的设计强度仅为15MPa，大坝外部混凝土90d龄期的设计强度仅为20MPa，水位变化区外部混凝土90d龄期的设计强度仅为25MPa。而普通混凝土28d龄期的设计强度一般为30～40MPa。60MPa以上的高强混凝土也已经较普遍地被采用。道路混凝土28d龄期的设计强度一般也在30MPa以上。??? (3)胶凝材料用量较少。由于考虑到水化热，除了特殊部位外，水工混凝土的胶凝材料用量通常较低，一般不超过200kg/m3。而普通混凝土胶凝材料用量都在300kg/m3以上，甚至超过400kg/m3。??? (4)长期处于潮湿环境中。由于水工建筑物的特殊性，水工混凝土一般长期处于饱水状态。即便是在水上部份，由于水工建筑物体积特别大，内部的水份难以扩散蒸发，仅仅由于胶凝材料的水化而消耗掉一部分拌合水，这是非常有限的。而且由于毛细管作用，下部的水也会扩散上来。而对于普通混凝土，由于大部分建筑物都处于地面以上，它们的干湿状态受环境控制。在一些干燥地区，混凝土可能较长时间地处于干燥状态。即便在一些多雨潮湿地区，混凝土也很难保持在饱水状态下。??? (5)寿命要求较长。水工建筑物一般投资较大，建设期较长，因此，一般要求有较长的使用寿命。同时，由于水工建筑物的特殊重要性，通常对耐久性要求较高。三峡工程从1993年破土动工，到2009年结束，需花费17年的建设期。仅工程建设投资就高达500多亿元。而且三峡大坝一旦出现问题，将会殃及长江下游的七省一市，其后果是不堪设想的。在这些方面，其它混凝土工程是无法与水电工程相比的。因此，水电工程所要求的使用寿命一般较长。三峡工程的使用寿命要求长达数百年。而建工、道路等部门对混凝土使用寿命的要求一般为100年。特别是道路混凝土，使用寿命仅要求40年。因为即便混凝土不发生碱骨料反应，路面经20～30年的磨损，局部冲击，基础不均匀沉陷等因素，也需重建。从上述分析可以看出，在这5个方面，水工混凝土与普通混凝土有相当大的差异，这也将导致碱骨料反应行为的较大差异。