混凝土配合比碱含量实验方法研究.pdf

第 51 卷 2023 年 第 2 期广州建筑 GUANGZHOU ARCHITECTUREVol.51 No.2，2023混凝土混凝土配合比碱含量实验方法研究配合比碱含量实验方法研究李泽钦1,2，朱迎1,2，刘亭亭1,2，蔡志业1,2，邓金梅1,2（1.广州市建筑材料工业研究所有限公司，广州 510663）（2.广东省材料与构件防火检测技术企业重点实验室，广州 510663）摘摘要要：本文为研究不同标准中混凝土配合比碱含量的检测方法的差异，选取了 19 组混凝土配合比样品，测试其配合比碱含量、可溶性碱含量和总碱含量的结果。结果表明，混凝土配合比碱含量与可溶性碱含量的结果相对偏差基本在 10%以内，最高为 12.80%；混凝土的有效碱含量约占总碱含量的 30%50%以内，但有效碱与总碱之间无明确的数量关系。混凝土的配合比碱含量能有效反映可溶性碱含量的结果，该方法对大批量样品的检测效率更高，对碱-骨料反应进行有效预防。关键词关键词：混凝土；碱含量；总碱量；可溶性碱含量；火焰光度计中图分类号中图分类号：TU528.07文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1671-2439(2023)02-041-04作者简介作者简介：李泽钦（1998），男，本科，助理工程师，主要从事建筑材料的检测工作，E-mail：。StudyonExperimentalMethodofAlkaliContentinConcreteMixProportionLI Ze-qin1,2，ZHU Ying1,2，LIU Ting-ting1,2，CAI Zhi-ye1,2，DENG Jing-mei1,2（1.Guangzhou Building Material Institute Limited Company,Guangzhou 510663)（2.Guangdong Province Enterprise Key Laboratory of Materials and Elements Fire Testing Technology,Guangzhou 510663)Abstract：In order to study the difference of testing methods for alkali content of concrete mix proportion in different standards,19 groups ofconcretemixproportionsampleswereselectedtotesttheresultsofalkalicontent,solublealkalicontentandtotalalkalicontentofthemixproportion.Theresultsshowthat therelative deviationbetweenalkali content and solublealkali contentin concretemix proportionisbasically within 10%,andthe highest is 12.80%;The effective alkali content of concrete accounts for 30%50%of the total alkali content,but there is no clear quantitativerelationshipbetweentheeffectivealkali andthetotal alkali.Thealkali contentof concretemixproportioncan effectivelyreflecttheresultsof solublealkalicontent.Thismethodhashigherdetectionefficiencyformasssamplesandcaneffectivelypreventalkaliaggregatereaction.Keywords:concrete;alkali content;total alkali content;soluble alkali content;flame photometer0 引言引言混凝土的碱含量超过一定数值，容易导致碱-骨料反应的发生，是影响结构构件的受力性能和耐久性的重要因素之一1-3。目前，国内外的相关标准规范都有对原材料及混凝土的碱含量做出规定。如 GB 50204-2015 混凝土结构工程施工质量验收规范4中规定：混凝土中碱含量应符合 GB 50010混凝土结构设计规范5的规定和设计要求，同一配合比的混凝土拌合物检查不应少于一次；JGJ 55-2011 普通混凝土配合比设计规程6等规范亦对混凝土碱含量的限量作了规定。而英国交通部和水泥学会则将混凝土碱含量限值控制在 3.0 kg/m3以内，新西兰水泥和混凝土协会则规定为 2.5 kg/m3，南非标准 SABS0100 part II 则规定为 2.0 kg/m3。混凝土的配合比碱含量，依据 JGJ 55-2011 的规定，需分别测定混凝土成型过程中采用原材料的碱含量，如外加剂、矿渣粉、水泥等，再通过公式计算所得混凝土配合比碱含量数值。在计算过程中需计算原材料的有效碱含量，如粉煤灰碱含量为实测值的 1/6，矿渣粉的碱含量为实测值的 1/2；DLT5298-2013 水工混凝土抑制碱-骨料反应7中则规定粉煤灰碱含量为实测值的 1/5，矿渣粉的碱含量为实测值的 1/2，其余矿物掺合料的有效碱含量宜通过实验确定。目前国内外针对混凝土碱含量的研究，主要为以下三个方面：研究混凝土碱含量引起的碱-骨料反应8-10，探索其作用机理并提出相应的预防措施；探索混凝土碱含量测定方法11-12，提高检测工作的效率及检测结果的准确度；研究原材料有效碱含量的取值13-16，明确混凝土配合比碱含量的计算方法。本文基于混凝土碱含量的检测17-18，探讨混凝土配合比碱含量、可溶性碱含量和总碱含量的检测-41-41-广州建筑GUANGZHOU ARCHITECTURE2023 年 第 2 期2corca,tNa O,eq,tcor()mmmm2K O2Na O2Na O,eq2K Om2Na Omsm2corca,sNa O,eq,scor()mmmma,sma,tm方法，并对其实验结果进行对比。1 实验部分实验部分1.1 实验仪器实验仪器FP 650 火焰光度计；GR-200 电子天平；SP-100*100 鄂式破碎机；电热鼓风干燥箱；DF-4 雷磁式矿石粉碎机。1.2 试剂试剂所有试剂均为分析纯，水为实验室自制蒸馏水，试剂的配制参照标准。使用试剂：氢氟酸；硫酸（1+1）；氨水（1+1）；碳酸铵溶液；氧化钾、氧化钠标准溶液等。1.3 实验材料实验材料实验所用材料均依据混凝土试块的配方，在实验室内将原材料拌和成型，之后将成型后的试件，依据 GB/T 50784-2013 中的第 6.2.2 条进行处理：（1）将混凝土试件破碎，剔除石子；（2）缩分至 100 g，研磨至通过 0.08 mm 的筛；（3）用磁铁吸出试样中的金属铁屑；（4）将试样置于 105110 烘箱中烘干 2 h，取出后放入干燥器中冷却至室温备用。1.4 实验方法实验方法1.4.1混凝土配合比碱含量混凝土配合比碱含量混凝土配合比碱含量的检测按照 JGJ 55-2011中的第 3.0.8 条进行，粉煤灰碱含量取实测值的 1/6,粒化高炉矿渣粉碱含量取实测值的 1/2。1.4.2混凝土可溶性碱含量混凝土可溶性碱含量混凝土可溶性碱含量的检测按照 GB/T 50784-2013 中的第 6.3.4 条进行：（1）准确称取 25.0 g（精确至 0.01 g）样品放入500 mL 锥形瓶中，加入 300 mL 蒸馏水，用振荡器振荡 3 h 或 80 水浴锅中用磁力搅拌器搅拌 2 h，然后在弱真空条件下用布氏漏斗过滤。将滤液转移至一个 500 mL 容量瓶中，加水至刻度。（2）混凝土可溶性碱含量的检测应符合 GB/T176-2017 的有关规定。1.4.3混凝土总碱含量混凝土总碱含量混凝土总碱含量的检测按照 GB/T 50784-2013中的第 6.3.3 条进行：即混凝土总碱含量的检测按照 GB/T 176-2017的相应规定进行检测。1.4.4实验结果计算实验结果计算（1）样品中氧化钾质量分数、氧化钠质量分数和氧化钠当量质量分数按下式进行计算：22K OK Os1001000mm22Na ONa Os1001000mm222Na O,eqNa OK O0.658式中为样品中氧化钾的质量分数（%）；为氧化钠的质量分数（%）；为样品的碱含量（%）；为 100 mL 待测液的氧化钾含量（mg）；为100 mL 待测液的氧化钠含量（mg）；为样品的质量（g）。（2）混凝土配合比碱含量计算：hccaammMWCWCWC式中 Mh为混凝土的配合比碱含量（kg/m3）；Wc为混凝土水泥用量（kg/m3）；Wa为混凝土外加剂用量（kg/m3）；Wm为混凝土掺和料用量（kg/m3），CC为水泥有效碱含量(%)；Ca为外加剂有效碱含量(%)；Cm为掺和料有效碱含量(%)。（3）混凝土可溶性碱含量及总碱含量计算：式中为单位体积混凝土中的可溶性碱含量（kg）为单位体积混凝土中的总碱含量（kg）；为芯样的密度（kg/m3），按实测值，无实测值按 2500 kg/m3进行计算；corm为芯样的质量（g）；cm为芯样中骨料的质量（g）；2Na O,eq,s为样品中可溶性碱含量的氧化钠当量的质量分数的检测值（%）；2Na O,eq,t为样品中总碱含量的氧化钠当量的质量分数的检测值（%）。2 实验实验结果与分析结果与分析按上述实验步骤，测得 19 组混凝土样品的配合-42-42-李泽钦等：混凝土配合比碱含量实验方法研究比碱含量、可溶性碱含量和总碱含量，检测结果见表 1，相对偏差计算结果见表 2。表表 1 混凝土样品的碱含量结果混凝土样品的碱含量结果样品编号/%2Na O,eq,s/%2Na O,eq,t芯样质量corm/g芯样中骨料质量cm/g配合比碱含量hM/（kg m-3）可溶性碱含量a,sm/（kgm-3）总碱含量a,tm/（kgm-3）A10.100.302357.021332.022.031.914.24A20.100.342357.111337.112.091.954.77A30.100.332356.291306.291.941.904.55B10.090.292350.101258.101.501.563.82B20.110.302369.501305.502.032.094.08B30.080.362345.201241.201.401.374.77B40.080.342345.201222.201.461.384.43B50.080.312350.101258.101.461.414.18C10.100.332409.761230.761.781.834.27D10.110.302409.761230.761.931.943.84E10.140.392403.801231.802.662.324.99F10.100.362357.501311.501.851.884.95F20.130.362412.101353.102.662.465.11F30.080.292326.801305.801.401.474.08F40.100.382361.151305.151.971.915.19F50.110.332370.151312.152.031.954.57G10.150.382379.971358.972.752.875.45G20.150.422380.381322.382.772.795.89表表 2 混凝土样品的碱含量结果相对偏差混凝土样品的碱含量结果相对偏差样品编号配合比碱含量hM/（kgm-3）可溶性碱含量a,sm/（kgm-3）相对偏差/%总碱含量a,tm/（kgm-3）相对偏差/%1ha,tMm/%A12.031.916.044.24109.0547.84A22.091.956.854.77128.2543.81A31.941.902.034.55134.3342.67B11.501.563.763.82154.6839.26B22.032.093.144.08101.0049.75B31.401.372.214.77240.6029.36B41.461.385.304.43203.5432.94B51.461.413.464.18186.2734.93C11.781.832.674.27133.2942.87D11.931.940.553.8499.0850.23E12.662.3212.804.9987.6353.29F11.851.881.424.95167.8537.33F22.662.467.465.1192.1652.04F31.401.474.974.08191.4334.31F41.971.913.185.19163.3837.97F52.031.954.074.57124.9544.45G12.752.874.275.4598.1350.47G22.772.790.655.89112.7647.00表1 与表2中，编号A1-A3、B1-B5、F1-F5、G1-G2这四组样品依据委托方提供的配合比信息，每组样品所使用的原材料产地、来源相同，仅材料的用量依据配方有所不同；实验中样品的密度按 2500 kg/m3计算。（1）混凝土的总碱含量可分为有效碱和无效碱，在碱-骨料反应当中，起主要作用的成分为混凝土的有效碱，有效碱的检测方法主要为水溶出法。由表1 及表 2 可见，混凝土样品的三种碱含量结果中，混凝土配合比碱含量与可溶性碱含量的结果较为接近，相对偏差最高为 12.80%，基本不超过 10%。由此可说明在混凝土碱-骨料反应的预防当中，混凝土的配合比碱含量与可溶性碱含量均可以作为有效碱的检测方法，两者的结果较为接近。（2）在实际检测工作当中，混凝土的配合比碱含量仅需预先通过检测混凝土使用的原材料的碱含量后，通过其配方即可计算得出混凝土中的有效碱含量。在工程建设当中若大批量的混凝土试件，其所用的原材料相同，则可依据配方快速计算得出其-43-43-广州建筑GUANGZHOU ARCHITECTURE2023 年 第 2 期有效碱含量，可有效提高碱含量的检测效率，同时能够预估成型后的试件的碱含量数值，对碱-骨料反应的发生进行有效预防。而 GB/T 50784-2013 中的可溶性碱含量检测这一方法中，需要试件成型后才能够对混凝土碱含量进行检测，同时还需要对试件进行预先处理，检测效率较低，也不利于大批量检测工作的进行。在这两种方法均能有效检测出混凝土有效碱的情况下，采用 JGJ 55-2011 进行混凝土配合比碱含量的检测会更为合适。（3）本文检测出的混凝土的总碱含量数值均大于 3.0 kg/m3，超出了国内现行标准对混凝土碱含量的限值要求，而混凝土配合比碱含量与可溶性碱含量均满足相关标准的规定。（4）由表 2 中配合比碱含量及总碱含量的比值可见，混凝土的有效碱含量占总碱含量约 30%50%，但二者之间并不存在明显的数量关系，总碱含量较高的混凝土样品其有效碱含量也不一定较高，反之亦然。因此在选择混凝土碱含量的检测方法时，需根据实际检测目的进行选择。3 结论结论本文基于混凝土碱含量的检测，对比了混凝土配合比碱含量、可溶性碱含量和总碱含量的实验方法及结果，得出以下结论：（1）混凝土配合比碱含量及可溶性碱含量检测结果的相对偏差最高为 12.80%，基本低于 10%，两种检测方法均可检测出混凝土的有效碱含量。实际检测工作当中，混凝土配合比碱含量仅需通过检测原材料碱含量和混凝土配比即可计算出有效碱的数值，无需等待试件成型后再进行检测，能提高大批量样品的检测效率，对碱-骨料反应进行有效预防。（2）实验中混凝土有效碱含量占总碱含量约30%50%，有效碱含量为 1.91 kg/m3的、总碱含量为 4.24 kg/m3的试样与有效碱含量为 1.37 kg/m3的、总碱含量为 4.77 kg/m3的试样对比，有效碱含量更低的试样其总碱含量却更高，因此有效碱与总碱含量之间无明确的数量关系。（3）实验中芯样密度按标准规定的 2500 kg/m3进行结果计算。同时亦不确定如龄期等因素是否会对成型后的混凝土试件的可溶性碱含量及总碱含量造成影响，因此测试结果会有一定的误差。参考文献参考文献1 Idawati Ismail et al.Influence of fly ash on the water andchloride permeability of alkali-activated slag mortars andconcretesJ.Construction and Building Materials,2013,48:1187-1201.2 王羊洋,祝雯,黄石明.氯离子对混凝土中钢筋锈蚀行为的影响J.广州建筑,2019,47(02):24-28.3 王海龙.混凝土结构材料耐久性的研究现状与发展趋势J.广州建筑,2011,39(04):27-31.4 GB 50204-2015 混凝土结构工程施工质量验收规范S.5 GB 50010 混凝土结构设计规范S.6 JGJ 55-2011 普通混凝土配合比设计规程S.7 DLT 5298-2013 水工混凝土抑制碱-骨料反应S.8 吴航,卓亚莉.混凝土碱-硅酸反应的原理与破坏特征及其影响因素J.工程质量,2020,38(08):82-86.9 殷强.混凝土碱骨料反应检测方法和碱活性的预防措施D.西南交通大学,2006.10 邓敏,唐明述,兰祥辉,许仲梓.国外关于混凝土碱含量限定的规范与我国应采取的措施J.混凝土与水泥制品,1994(04):8-14.11 沈家万,卢都友,康小朋,许仲梓.溶出法测定既有混凝土构件水溶性碱含量和估算孔溶液碱度J.硅酸盐通报,2015,34(01):173-178.12 陈思,李晓明.用于检测混凝土碱含量的装置,系统和方法P.北京：CN102364335A,2012-02-29.13 Hobbs D W.Influence of pulverized-fuel ash granulatedblast-furnace slag upon expansion caused by the alkali silicareactionJ.Magazine Concrete 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