蘇丹天然砂和礫石的潛在堿活性反應(yīng)研究論文
1 概述
蘇丹是非洲最大的國(guó)家，面積為2560000km2。南北貫穿尼羅河。西部干旱的內(nèi)陸毗鄰乍得和利比亞，東臨紅海和埃塞俄比亞。地區(qū)大多偏遠(yuǎn)、不良地質(zhì)的映射和惡劣的氣候抑制著蘇丹的發(fā)展。蘇丹國(guó)已經(jīng)開(kāi)始興建混凝土水壩。在該國(guó)的主要水泥工業(yè)集中在喀土穆北部的阿特巴拉。水泥種類(lèi)很多，大多是靠進(jìn)口。Sims 和 Evans的發(fā)現(xiàn)的通過(guò)了肯尼亞坎布魯方案，提高了非洲對(duì)潛在堿硅酸反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。
堿骨料反應(yīng)是混凝土里的堿性孔隙液體之間的反應(yīng)，主要是波蘭水泥和某些類(lèi)型的集料產(chǎn)生的破壞作用，最常見(jiàn)的反應(yīng)類(lèi)型是堿硅酸反應(yīng)（ASR），硅質(zhì)骨料形成一種鈣堿性硅膠。這種凝膠吸水后體積膨脹從而破壞了混凝土。
2 試驗(yàn)工作
試驗(yàn)采用的集料來(lái)自于蘇丹當(dāng)?shù)叵窦t海、北卡爾多番、尼羅河州和蘇丹北部。5個(gè)天然砂樣（S1~S5）來(lái)自于季節(jié)性水道，5個(gè)天然礫石樣品（G1~G5）來(lái)自于礫石料場(chǎng)。這些用作土石壩工程的混凝土集料。具體集料信息見(jiàn)表1。水泥采用普通硅酸鹽水泥的堿含量是0.71%的氧化鈉。天然砂的水灰比為0.45，天然礫石水灰比是0.5。
巖相檢測(cè)（美國(guó)材料學(xué)會(huì)C295）是用來(lái)檢測(cè)集料的潛在堿活性成分。反應(yīng)試驗(yàn)（快速砂漿棒試驗(yàn)：美國(guó)材料學(xué)會(huì)C1260）進(jìn)行反應(yīng)的強(qiáng)度和骨料的潛在膨脹性。肉眼檢查和試樣切片檢查確定所觀(guān)察到的膨脹，如果有膨脹的話(huà)，則是由于堿硅酸反應(yīng)造成的。
3 集料的地質(zhì)背景研究
�。�1）天然砂：河道及季節(jié)性河道的沖積層，在當(dāng)?shù)乇环Q(chēng)為瓦迪斯和科爾斯，在蘇丹遍布很廣。這些沖積層是細(xì)集料的重要來(lái)源。它們包含不同類(lèi)型的母質(zhì)，但主要是石英砂。
�。�2）天然礫石：蘇丹有豐富的殘積土，也是天然砂礫的重要來(lái)源。這些沖積層由一些分解和崩解的努比亞型沉積物形成。風(fēng)化的多孔的細(xì)粒材料被有效分離，通過(guò)天然的侵蝕和運(yùn)輸造成的更耐用的巖石碎片和礦物顆粒。主要形成了石英顆粒和一些砂巖碎片。礫巖層殘跡仍然被保存著。
4 潛在堿活性檢測(cè)
對(duì)所有樣品進(jìn)行了巖相分析和快速堿活性試驗(yàn)。巖相分析表明，幾乎所有的樣品中，都有不同量的潛在堿硅酸反應(yīng)的`成分。這些活性成分包括：微晶石英脈，靜脈讓微晶硅和高壓石英。
根據(jù)美國(guó)材料學(xué)會(huì) C1260砂漿棒試驗(yàn)，這些集料則被認(rèn)為是沒(méi)有反應(yīng)的。它們形成一定的堿硅膠，但是這并沒(méi)有伴隨著過(guò)度擴(kuò)張。所有試樣中都觀(guān)測(cè)到凝膠和微裂的堿硅膠反應(yīng)。
5 結(jié)論
本研究采用蘇丹各個(gè)地區(qū)的有疑似活性成分的天然骨料。巖相檢驗(yàn)表明所有待測(cè)樣品中含有不同數(shù)量的潛在堿活性成分。然而，美國(guó)材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)快速砂漿棒膨脹試驗(yàn)表明，所有的集料樣品試驗(yàn)結(jié)果都符合美國(guó)材料學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)C1260的要求，14d的膨脹率小于0.1% 。因此，根據(jù)這一方法可將這些集料列為無(wú)反應(yīng)或無(wú)害，盡管事實(shí)上它們形成一定量的凝膠，但是這并沒(méi)有伴隨著過(guò)度擴(kuò)張。
因此，建議盡管試驗(yàn)的集料是無(wú)害的，但它們只能用具有少量堿的波特蘭水泥，如0.6%或更少的混凝土或砂漿里，因?yàn)檫@些所有都包含潛在的堿硅酸反應(yīng)成分。為了減少由于堿骨料反應(yīng)對(duì)工程造成危害的風(fēng)險(xiǎn)，建議這種潛在的活性集料，配合使用低堿水泥，并更換25%~40%重量的F級(jí)粉煤灰（或N級(jí)火山灰）。