CN102515606A - 可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料 - Google Patents

Abstract

可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，各组分质量比为：高玻璃体含量的球状超细无机工业废料20～90，晶态氢氧化铝0～60，高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰10～70。掺量为胶凝材料总质量的10％～30％。高玻璃体含量的球状超细无机工业废料中的玻璃体含量≥95％，粒度特征参数D₅₀≤1.0μm，采用公式

计算的理化因子I_pc≥1.20×10⁷。晶态氢氧化铝为工业级，Al₂O₃含量≥63.5％，细度为180目～6000目。高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰中的SiO₂含量≥85％。本发明在30％以下的较低掺量下有效抑制混凝土碱-硅酸反应病害，降低混凝土的粘性，不增加混凝土的水化热。

Description

可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料

技术领域

本发明属于水泥混凝土材料领域，涉及水泥混凝土材料的碱骨料反应抑制材料，更具体地针对碱-硅酸反应抑制，尤其是采用碱活性较高的骨料配制的混凝土，且其掺合料用量受到有关规范或者运输距离、来源的限制时，或者硅灰的加入对混凝土其他性能产生不利影响时，提供的一种可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料。

背景技术

混凝土碱骨料反应是指混凝土中的水泥、外加剂、矿物掺合料和拌和水中的可溶性碱(钾、钠)溶于混凝土孔隙液中，与骨料中能与碱反应的活性成分在混凝土硬化后逐渐发生的一种使混凝土产生内应力，易导致混凝土工程膨胀开裂等危害的物理化学反应。碱骨料反应有两种类型：碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应，前者更为常见。碱-硅酸反应是指混凝土中的碱与骨料中含活性二氧化硅类矿物之间的一种化学反应；该反应的生成物碱硅凝胶吸水膨胀，可导致混凝土结构损坏。

碱骨料反应作为导致混凝土耐久性下降的重要原因之一，已在世界范围内造成了大量混凝土工程的破坏和巨大的经济损失。

碱骨料反应的抑制措施主要包括减少非活性骨料用量、控制混凝土中的碱含量、掺加矿物掺合料、掺加锂盐等化学外加剂。

当骨料受到来源的限制、非活性骨料不易获得的情况下，除了控制混凝土中的碱含量以外，使用矿物掺合料(粉煤灰、硅灰、矿渣、沸石粉、偏高岭土等)是预防混凝土碱骨料反应破坏的最实用、经济和有效的途径。

但是，近年来在中国西南、西北等地区的水利水电工程中，遇到骨料的碱活性较高的情况。采用掺合料抑制这类高碱活性骨料的碱骨料反应病害时，存在粉煤灰运距过远、粉煤灰掺量受到混凝土其它性能制约和有关规范限制、硅灰掺量受到混凝土施工和易性和水化热限制等问题。

例如，在雅砻江流域水电开发中遇到一种典型的泥质粉砂岩骨料。采用ASTM C 1260或DL/T 5151-2002《水工混凝土砂石骨料试验规程》等标准中在80℃、1M浓度NaOH溶液里浸泡14天的砂浆棒快速法测试该骨料的碱活性时，14天龄期的膨胀率高达0.311％，而根据有关标准，≥0.20％即认为存在潜在碱活性；采用DL/T 5151-2002《水工混凝土砂石骨料试验规程》等标准中的38℃混凝土棱柱体法测试该骨料的碱活性时，1年龄期的膨胀率高达0.177％，而根据有关标准，≥0.04％即认为存在潜在碱活性；试件在90d龄期时即已经开裂。

对于这样的高活性骨料，根据Fournier等(Proceedings of the 12^th Int.Conf.Alkali-Aggregate Reaction in Concrete：Mingshu Tang，Min Deng(Eds.)，V.1，InternationalAcademic Publishers/World Publishing Corp，Beijing，China，2004，pp.528-537.)在加拿大渥太华做的室外暴露试验结果，需要很高的粉煤灰或者硅灰掺量：当骨料的碱活性较高，例如，纯水泥混凝土试块的38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率达到0.338％时，即使掺加30％的普通粉煤灰或者10％的硅灰，也不足以将膨胀率降低到0.04％这个安全界限以下。上述雅砻江流域的泥质粉砂岩骨料的1年膨胀率即可达到Fournier等所试验骨料的2年膨胀率的一半以上，需要更高的粉煤灰或者硅灰掺量。

粉煤灰和硅灰的掺量过高都会产生一些负面影响。粉煤灰掺量过高，混凝土的早期强度不足、碳化明显增加、后期密实性也不足，因此，土木、水利、交通等行业的设计施工规范对于粉煤灰掺量都有明确的限制，例如，DL/T 5055-2007《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》中规定，对于永久建筑物中的钢筋混凝土结构用水工混凝土，当采用普硅水泥时，其中的F类粉煤灰掺量应≤30％。

硅灰对碱-硅酸反应具有良好的抑制效果，但硅灰的掺量超过5％时，混凝土的粘度将增加，和易性下降，对施工进度的影响比较明显；而且由于硅灰的活性较高，水化热较大，自生收缩较大，容易带来混凝土的裂缝问题。许多建设、设计和施工单位对硅灰有负面看法。

而且，许多水利水电工程距离粉煤灰产地的运距较远。以雅砻江流域中上游的水电站为例，距离粉煤灰产地运距超过500km，运费大大增加，甚至粉煤灰的出厂价加上运费后超过了采用当地水泥的价钱，这也限制了粉煤灰掺量。

专利CN200510039176.9“无氯无碱多功能复合混凝土矿渣掺合料及其生产方法”中，所采用的掺合料主要以锂渣粉、亚钙渣粉、萤石尾矿粉、硅灰为主，所需的掺量占混凝土中胶凝材料总量的30～50％，这属于很高的掺量。其虽然没有说明所适用骨料的碱活性范围，但根据其实施例给出的膨胀率可推断，实施例中的试验对象是14天砂浆棒法膨胀率为0.28％的碱活性骨料，而根据有关标准(如ASTM C1260、DL/T 5151等)的判据——14天砂浆棒法膨胀率≥0.20％视为潜在碱活性，这种骨料属于典型碱活性程度的骨料。其说明书中未给出38℃混凝土棱柱体法的抑制效果。

专利CN200710187838.6“一种用于抑制混凝土碱集料反应的组合物及其制备方法”采用铝盐、锂盐、钡盐、钙镁盐作为主要成分，虽然其掺量较低(水泥质量的6％～8％)，但实施例只给出了对于普通活性骨料的抑制效果。其实施例虽然没有说明所适用骨料的碱活性范围，但根据其膨胀率降低量指标和膨胀率指标反算，可知所针对的碱活性骨料的砂浆膨胀率为0.20％，而根据有关标准(如ASTM C1260、DL/T 5151等)的判据——14天砂浆棒法膨胀率≥0.20％视为潜在碱活性，这种骨料只是正好被评定为具有潜在碱活性。同时，由于其中优选的碱金属盐或者碱土金属盐为锂盐这种价格昂贵的组分，且其中锂盐比例占10～30％，其材料成本将较高。其说明书中未给出38℃混凝土棱柱体法的抑制效果。

专利CN200510104259.1“抑制碱骨料反应的混凝土外加剂及制备工艺”采用吸附了H+的改性沸石粉抑制碱-硅酸反应，其推荐掺量为5％，较低。其实施例虽然没有说明所适用骨料的碱活性范围，但根据其14天砂浆棒膨胀率测试值和较基准试件降低百分比反算，可知采用破碎玻璃作为骨料的基准试件的膨胀率为0.29％，而根据有关标准(如ASTM C1260、DL/T5151-2001等)的判据——14天砂浆棒法膨胀率≥0.20％视为潜在碱活性，这种骨料属于典型碱活性程度的骨料。其说明书中未给出38℃混凝土棱柱体法的抑制效果。

上述专利所涉及的抑制材料除了存在所针对的骨料碱活性程度有限的局限性外，在抑制效果测试评价方法的选择上也存在局限性。现有专利和文献中主要采用80℃快速砂浆棒法评价掺合料对碱-硅酸反应的抑制效果。这种方法将试件在80℃、1M浓度的NaOH溶液中浸泡14d～28d，根据掺加了掺合料的试件与空白试件相比的膨胀率降低百分比，评价掺合料的抑制效果，详见ASTM C1567和DL/T 5150-2001等国内外标准。根据蔡跃波和丁建彤等在《中国科学》2011年第12期(增刊)上发表的论文，采用这种方法评价粉煤灰等主要矿物组成为玻璃体的掺合料时，不管玻璃体自身活性高低，所用的高温高碱环境将导致全部玻璃体以及大部分石英、部分莫来石晶态矿物与碱反应，掺合料的活性程度被大大激发，抑制碱-硅酸反应的能力被夸大，而实际的混凝土结构物在常温、低碱环境下，掺合料抑制碱-硅酸反应的的效果与玻璃体的自身活性有很大关系。因此，80℃快速砂浆棒法高估了粉煤灰之类的掺合料对碱-硅酸反应的抑制效果，其测得的膨胀率降低百分比远远大于采用更符合实际工况的38℃混凝土棱柱体法的测试结果。

换言之，对于主要矿物组成为52％～89％玻璃体的普通粉煤灰而言，其中所含的石英、莫来石、磁铁矿等品态矿物等在常温低碱环境下很难反应并消耗碱，对于碱骨料反应抑制可视为无效成分。

大量研究表明，普通粉煤灰的细度对其碱-硅酸反应抑制效果有一定影响。细度可以用45μm筛余、比表面积、颗粒平均粒径(常用体积平均粒径D(4，3)或表面积平均粒径D(3，2))、颗粒中位直径D₅₀等衡量。普通粉煤灰的颗粒中位直径D₅₀一般大于10μm。

通过磨细普通粉煤灰或者采用常规风选方式得到的超细粉煤灰的平均粒径一般在几微米级别(见符国力等，《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》，2011年，第3期；周士琼等，《铁道科学与工程学报》，2004年第2期；潘钢华等，《混凝土》，1996年第3期)，而且磨细过程中同时将一些粗颗粒碾碎成不规则形状，其物化特性与高玻璃体含量的球状超细无机工业废料有显著差异。这样得到的粉煤灰中仍然含有较多的晶相矿物(周士琼等，《铁道科学与工程学报》，2004年第2期)。施惠生等(《粉煤灰》，2010年第5期)所用的分选超细粉煤灰颗粒大部分呈球状，但平均粒径仍然有2.8μm，其矿物组成特征未知。

根据丁建彤等在《建筑材料学报》(2010年第4期)上的论文，粉煤灰的理化因子(见式1)与粉煤灰对碱-硅酸反应的抑制效果高度相关。

粉煤灰的理化因子：

$C=\frac{0.0467\mathrm{Si}{O}_2-0.0751O_3+0.4064{\mathrm{Fe}}_2{O}_3}{\mathrm{CaO}+1.0997R_{2}O-1.7050\mathrm{MgO}-1.8916{\mathrm{SO}}_3}\·{\mathrm{SSA}}^{2.7112}$ 式(1)；

式中，CaO、R₂O(为当量碱含量，＝Na₂O+0.658K₂O)、MgO、SO₃、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃分别为粉煤灰各化学成分的质量百分数；SSA为粉煤灰的比表面积(单位为m²/kg)，采用激光粒度仪测试得到的粒径分布，假设粉煤灰颗粒均为球状，计算得到。

根据刘志辉和兰祥辉等(第十届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文摘要集，2007年)、封孝信和胡晨光等(混凝土低碳技术国际学术研讨会暨第九届全国高性能混凝土学术研讨会，2010年)的研究，分析纯Al(OH)₃对碱-硅酸反应有一定的抑制效果，尤其是长期(最长72d)抑制效果较好。但根据他们的试验，分析纯Al(OH)₃掺量在10％时，均不足以将高碱活性骨料的砂浆棒快速法28d膨胀率降低到0.1％以下；其掺量需要20％左右才足够。他们的论文中均未提供混凝土棱柱体法这种更加接近实际的测试方法的结果。

对于上述问题，现有的技术尚不能提供一种经济有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，本发明针对采用碱活性较高的骨料配制的存在碱-硅酸反应可能的混凝土，且其掺合料用量受到有关规范或者运输距离、来源的限制时，或者硅灰的加入对混凝土其他性能产生不利影响时，在30％以下的较低掺量下有效抑制其碱-硅酸反应病害，并且降低混凝土的粘性，同时改善混凝土的抗裂性。

本发明的技术方案是：一种可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其组分质量比为：高玻璃体含量的球状超细无机工业废料20～90，晶态氢氧化铝0～60，高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰10～70。该掺合料的掺量为胶凝材料总质量的10％～30％。

更优化和更具体地说，本发明中：

所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，所述高玻璃体含量的球状超细无机工业废料中的玻璃体含量≥95％，且其粒度特征参数D₅₀≤1.0μm，且其采用式1计算的理化因子I_pc≥1.20×10⁷：

理化因子计算式：

$\mathrm{Ipc}=\frac{0.0467\mathrm{Si}{O}_2-0.0751O_3+0.4064{\mathrm{Fe}}_2{O}_3}{\mathrm{CaO}+1.0997R_{2}O-1.7050\mathrm{MgO}-1.8916{\mathrm{SO}}_3}\·{\mathrm{SSA}}^{2.7112}$ 式(1)；

式中，CaO、R₂O(为当量碱含量，＝Na₂O+0.658K₂O)、MgO、SO₃、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃分别为各化学成分的质量百分数；SSA为比表面积(单位为m²/kg)，采用激光粒度仪测试得到的粒径分布，假设颗粒均为球状，计算得到。

高的玻璃体含量意味着其中难于反应的晶态矿物较少；颗粒直径更细，反应活性也更高；理化因子较大时，其中有利于抑制碱-硅酸反应的有效化学成分含量更高。满足这种要求的无机工业废料之前尚未用于抑制碱-硅酸反应。申请人的试验表明，其对碱-硅酸反应具有超出预期的抑制效果。

所述高玻璃体含量的球状超细无机工业废料可采用特殊的收尘装置从使用流化床或者循环流化床焚烧造纸厂淤泥或者市政污泥时的烟道中收集，或从火力发电厂的粉煤灰排放烟道中收集，或从普通粉煤灰中采用特殊的分选装置收集，或采用煤矸石磨细、燃烧后采用特殊的收尘装置收集其烟道灰，或采用浮选法对普通粉煤灰脱炭干燥后在高分散超细粉体分级装置中分选。

所述晶态氢氧化铝为工业级，其Al₂O₃含量≥63.5％，其细度为180目～6000目。目数更小时，颗粒较粗，抑制效果较差。该氢氧化铝可采用符合GBT 4294-1997《氢氧化铝》标准要求的三个牌号AH-1、AH-2、AH-3，优选AH-1。申请人的试验表明，无定形氢氧化铝对于碱-硅酸反应的短期抑制效果优于晶态氢氧化铝，但长期抑制效果明显不如晶态氢氧化铝，且无定形氢氧化铝对水泥混凝土有促凝作用，不适用于常规浇筑施工的混凝土。

所述高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰(又称硅粉)的SiO₂含量≥85.0％，优选含量≥92％，更优选含量≥95％；当量碱含量≤1.50％，优选≤1.00％；其余性能满足GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求。这种硅灰可选用生产50％硅铁合金、75％硅铁合金或98％金属硅的副产品，优选采用75％硅铁合金或98％金属硅的副产品，更优选采用98％金属硅的副产品。加密或者不加密的硅灰均可采用，但加密硅灰的堆积密度较小，更方便运输和使用。

在本发明所述的掺合料中，所述高玻璃体含量的球状超细无机工业废料的质量比例为20～90，所述晶态氢氧化铝的质量比例为0～60，所述高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰的质量比例为10～70，且所述掺合料采用式2计算的化学因子I_c≥5.0，优选≥15.0，更优选≥20.0。

$\mathrm{Ic}=\frac{0.7928{\mathrm{SiO}}_2+0.5673{\mathrm{Al}}_2{O}_3-2.1705{\mathrm{Fe}}_2{O}_3}{\mathrm{CaO}+0.7356R_{2}O+1.4607\mathrm{MgO}-1.8299{\mathrm{SO}}_3}---\left(2\right);$

化学因子I_c较大时，其中有利于抑制碱-硅酸反应的有效化学成分含量更高。申请人通过大量试验获得了掺合料的化学因子I_c与其对碱-硅酸反应抑制效果之间的相关性。

所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料的掺量为胶凝材料总质量的10％～30％。对于碱活性较低(砂浆棒快速法14d膨胀率介于0.100～0.19％)的骨料，可采用10％～15％的掺量；对于碱活性中高(砂浆棒快速法14d膨胀率介于0.20～0.29％)的骨料，可采用15％～20％的掺量；对于碱活性较高(砂浆棒快速法14d膨胀率≥0.30％)的骨料，应采用20％～30％之间的掺量。

所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料掺加后，由于其中含有20％～90％的高玻璃体含量的球状超细无机工业废料，该组分可起到良好的填充效应、滚珠效应，因此，与单掺硅粉的混凝土相比，可降低混凝土的粘性；并且，虽然该掺合料中含有10％～70％的硅灰，但总体仍具有一定的减水效果，在与减水剂组合使用时——这是常规的做法，其砂浆减水率与单独掺加减水剂的结果相比，按照GB 8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》测试，绝对值可进一步提高1％～10％，从而相应地减少混凝土用水量和胶凝材料总量，用水量和胶凝材料总量的降低幅度与所属掺合料的掺量线性正相关。伴随着胶凝材料总量的降低，还将带来混凝土水化热降低、收缩减少、混凝土抗裂性改善、胶凝材料带入混凝土中的总碱量降低等综合效应。

本发明的优点：

(1)可有效抑制采用碱-硅酸活性较高的骨料导致的碱骨料反应。即可抑制按照有关标准中的砂浆棒快速法测试所得14d膨胀率≥0.20％的活性骨料的碱-硅酸反应。且当采用80℃砂浆棒快速法和38℃混凝土棱柱体法测试本发明的掺合料对碱-硅酸反应的抑制效果时，所得的抑制效率比较接近。

(2)所需的掺量较低，占胶凝材料总质量的比例≤30％。

(3)可降低混凝土的粘性。并可将砂浆减水率进一步提高1％～10％，相应降低混凝土用水量以及胶凝材料总量，从而降低混凝土的水化热、减少收缩、改善混凝土抗裂性、降低胶凝材料带入混凝土中的总碱量。

具体实施方式

实施例1：

掺合料中各组分的质量比例为：

玻璃体含量95％、D₅₀＝558nm、理化因子I_pc＝3.9×10⁷的球状超细无机工业废料：50份

晶态氢氧化铝：0份；

无定形SiO₂含量92％、当量碱含量1.14％，其余性能满足GB/T 18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求的无机工业废料硅灰：50份；

掺合料的化学因子I_c＝7.3；

采用中国西南地区某水电站泥质粉砂岩碱活性骨料。该骨料按照DL/T 5151-2002《水工混凝土砂石骨料试验规程》等标准中的砂浆棒快速法在80℃、1M浓度NaOH溶液里浸泡14天龄期的膨胀率为0.311％，按照DL/T 5151-2002《水工混凝土砂石骨料试验规程》等标准中的混凝土棱柱体法在38℃下养护1年龄期的膨胀率为0.177％。

掺合料掺量25％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.098％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.037％，可有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害。

实施例2：

掺合料中各组分的质量比例为：

玻璃体含量98％、D₅₀＝325nm、理化因子I_pc＝6.4×10⁷的球状超细无机工业废料：33份；

氧化铝含量65.4％的1000目晶态氢氧化铝(牌号AH1)：33份；

无定形SiO₂含量92％、当量碱含量1.14％，其余性能满足GB/T 18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求的无机工业废料硅灰：34份；

掺合料的化学因子I_c＝15.2；

采用与实施例1相同的碱活性骨料。

掺合料掺量20％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.076％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.035％，可有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害，且掺量优于实施例1。

实施例3：

掺合料中各组分的质量比例为：

玻璃体含量98％、D₅₀＝325nm、理化因子I_pc＝6.4×10⁷的球状超细无机工业废料：20份；

氧化铝含量65.4％的6000目晶态氢氧化铝(牌号AH1)：40份；

无定形SiO₂含量96％、当量碱含量0.33％，其余性能满足GB/T 18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求的无机工业废料硅灰：40份；

掺合料的化学因子I_c＝21.1；

采用与实施例1相同的碱活性骨料。

掺合料掺量20％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.050％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.027％，可有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害，且抑制效果优于实施例2。

实施例4

掺合料中各组分的质量比例为：

玻璃体含量95％、D₅₀＝558nm、理化因子I_pc＝3.9×10⁷的球状超细无机工业废料：20份

氧化铝含量63.7％的3000目晶态氢氧化铝(牌号AH3)：60份；

无定形SiO₂含量92％、当量碱含量1.14％，其余性能满足GB/T 18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求的无机工业废料硅灰：20份；

掺合料的化学因子I_c＝25.9；

采用与实施例1相同的碱活性骨料。

掺合料掺量15％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.065％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.021％，可有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害，且掺量优于实施例3。

实施例5

掺合料中各组分的质量比例为：

玻璃体含量98％、D₅₀＝325nm、理化因子I_pc＝6.4×10⁷的球状超细无机工业废料：90份

晶态氢氧化铝：0份；

无定形SiO₂含量98％、当量碱含量0.98％，其余性能满足GB/T 18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求的无机工业废料硅灰：10份；

掺合料的化学因子I_c＝6.8；

掺合料掺量30％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.038％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.033％，可有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害。

实施例6

掺合料中各组分的质量比例为：

玻璃体含量98％、D₅₀＝325nm、理化因子I_pc＝6.4×10⁷的球状超细无机工业废料：20份

氧化铝含量63.7％的180目晶态氢氧化铝(牌号AH3)：10份；

无定形SiO₂含量85％、当量碱含量1.02％，其余性能满足GB/T 18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的无机工业废料硅灰：70份；

掺合料的化学因子I_c＝15.5；

掺合料掺量10％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.026％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.036％，可有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害，且掺量优于实施例3。

对比例1：

玻璃体含量53％、D₅₀＝27.3μm、理化因子I_pc＝3.0×10⁶的普通I级粉煤灰：100份；

该粉煤灰的化学因子I_c＝7.9；

采用与实施例1相同的碱活性骨料。

该粉煤灰掺量20％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.109％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.076％。综合两种方法的结果，根据DL/T 5241-2010《水工混凝土耐久性技术规范》的规定判断，不能有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害。

对比例2：

玻璃体含量53％、D₅₀＝27.3μm、理化因子I_pc＝3.0×10⁶的普通I级粉煤灰：100份；

该粉煤灰的化学因子I_c＝7.9；

采用与实施例1相同的碱活性骨料。

该粉煤灰掺量30％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.048％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.050％。综合两种方法的结果，根据DL/T 5241-2010《水工混凝土耐久性技术规范》的规定判断，不能有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害，且粉煤灰掺量超过了DL/T 5055-2007《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》对抗磨蚀混凝土的最大掺量限制(25％)。

对比例3：

SiO₂含量92％的无机工业废料硅灰：100份；

采用与实施例1相同的碱活性骨料。

硅灰掺量8％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.062％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.049％。综合两种方法的结果，根据DL/T 5241-2010《水工混凝土耐久性技术规范》的规定判断，不能有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害。

且受混凝土抗裂性和施工性能的限制，设计和施工单位不愿采用更高的硅灰掺量。

对比例4：

玻璃体含量53％、D₅₀＝27.3μm、理化因子I_pc＝3.0×10⁶的普通I级粉煤灰：80份；

SiO₂含量92％的无机工业废料硅灰：20份；

该复合掺合料的化学因子I_c＝9.3；

采用与实施例1相同的碱活性骨料。

该复合掺合料掺量25％下，砂浆棒快速法28d膨胀率0.030％，38℃混凝土棱柱体法2年膨胀率0.044％。综合两种方法的结果，根据DL/T 5241-2010《水工混凝土耐久性技术规范》的规定判断，不能有效抑制该骨料的碱-硅酸反应病害。

Claims (8)

1.一种可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，该混凝土掺合料各组分的质量比为：高玻璃体含量的球状超细无机工业废料20～90，晶态氢氧化铝0～60，高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰10～70。

2.根据权利要求1所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，该掺合料计入胶凝材料，且其掺量为胶凝材料总质量的10％～30％。

3.根据权利要求1所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，所述高玻璃体含量的球状超细无机工业废料的玻璃体含量≥95％。

4.根据权利要求1所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，所述高玻璃体含量的球状超细无机工业废料的粒度特征参数D₅₀≤1.0μm。

5.根据权利要求1所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，所述高玻璃体含量的球状超细无机工业废料采用式1计算的理化因子I_pc≥1.20×10⁷：

理化因子计算式：

$\mathrm{Ipc}=\frac{0.0467\mathrm{Si}{O}_2-0.0751O_3+0.4064{\mathrm{Fe}}_2{O}_3}{\mathrm{CaO}+1.0997R_{2}O-1.7050\mathrm{MgO}-1.8916{\mathrm{SO}}_3}\·{\mathrm{SSA}}^{2.7112}$ 式(1)；

式中，CaO、R₂O、MgO、SO₃、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃分别为各化学成分的质量百分数；SSA为比表面积，采用激光粒度仪测试得到的粒径分布，假设颗粒均为球状，计算得到。

6.根据权利要求1所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，所述晶态氢氧化铝为工业级，其Al₂O₃含量≥63.5％，其细度为180目～6000目。

7.根据权利要求1所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，所述高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰的SiO₂含量≥85.0％，当量碱含量≤1.50％，其余性能满足GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的要求。

8.根据权利要求1-9之一所述的可抑制碱-硅酸反应的混凝土掺合料，其特征在于，所述高玻璃体含量的球状超细无机工业废料的质量比例为20～90，所述晶态氢氧化铝的质量比例为0～60，所述高无定形SiO₂含量的无机工业废料硅灰的质量比例为10～70，且所述掺合料采用式2计算的化学因子≥5.0：

$C_{\mathrm{FA}}=\frac{0.7928{\mathrm{SiO}}_2+0.5673{\mathrm{Al}}_2{O}_3-2.1705{\mathrm{Fe}}_2{O}_3}{\mathrm{CaO}+0.7356R_{2}O+1.4607\mathrm{MgO}-1.8299{\mathrm{SO}}_3}---\left(2\right).$