蘇丹天然砂和礫石的潛在鹼活性反應研究論文

蘇丹天然砂和礫石的潛在鹼活性反應研究論文

　　1 概述

　　蘇丹是非洲最大的國家，面積為2560000km2。南北貫穿尼羅河。西部乾旱的內陸毗鄰查德和利比亞，東臨紅海和衣索比亞。地區大多偏遠、不良地質的對映和惡劣的氣候抑制著蘇丹的發展。蘇丹國已經開始興建混凝土水壩。在該國的主要水泥工業集中在喀土穆北部的阿特巴拉。水泥種類很多，大多是靠進口。Sims 和 Evans的發現的通過了肯亞坎布魯方案，提高了非洲對潛在鹼矽酸反應的認識。

　　鹼骨料反應是混凝土裡的鹼性孔隙液體之間的反應，主要是波蘭水泥和某些型別的集料產生的破壞作用，最常見的反應型別是鹼矽酸反應（ASR），矽質骨料形成一種鈣鹼性矽膠。這種凝膠吸水後體積膨脹從而破壞了混凝土。

　　2 試驗工作

　　試驗採用的集料來自於蘇丹當地像紅海、北卡爾多番、尼羅河州和蘇丹北部。5個天然砂樣（S1~S5）來自於季節性水道，5個天然礫石樣品（G1~G5）來自於礫石料場。這些用作土石壩工程的混凝土集料。具體集料資訊見表1。水泥採用普通矽酸鹽水泥的鹼含量是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（美國材料學會C295）是用來檢測集料的潛在鹼活性成分。反應試驗（快速砂漿棒試驗：美國材料學會C1260）進行反應的強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察到的膨脹，如果有膨脹的話，則是由於鹼矽酸反應造成的。

　　3 集料的地質背景研究

　　（1）天然砂：河道及季節性河道的沖積層，在當地被稱為瓦迪斯和科爾斯，在蘇丹遍佈很廣。這些沖積層是細集料的重要來源。它們包含不同型別的母質，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。風化的多孔的細粒材料被有效分離，透過天然的侵蝕和運輸造成的更耐用的岩石碎片和礦物顆粒。主要形成了石英顆粒和一些砂岩碎片。礫岩層殘跡仍然被儲存著。

　　4 潛在鹼活性檢測

　　對所有樣品進行了巖相分析和快速鹼活性試驗。巖相分析表明，幾乎所有的樣品中，都有不同量的潛在鹼矽酸反應的`成分。這些活性成分包括：微晶石英脈，靜脈讓微晶矽和高壓石英。

　　根據美國材料學會 C1260砂漿棒試驗，這些集料則被認為是沒有反應的。它們形成一定的鹼矽膠，但是這並沒有伴隨著過度擴張。所有試樣中都觀測到凝膠和微裂的鹼矽膠反應。

　　5 結論

　　本研究採用蘇丹各個地區的有疑似活性成分的天然骨料。巖相檢驗表明所有待測樣品中含有不同數量的潛在鹼活性成分。然而，美國材料學會標準快速砂漿棒膨脹試驗表明，所有的集料樣品試驗結果都符合美國材料學會標準C1260的要求，14d的膨脹率小於0.1% 。因此，根據這一方法可將這些集料列為無反應或無害，儘管事實上它們形成一定量的凝膠，但是這並沒有伴隨著過度擴張。

　　因此，建議儘管試驗的集料是無害的，但它們只能用具有少量鹼的波特蘭水泥，如0.6%或更少的混凝土或砂漿裡，因為這些所有都包含潛在的鹼矽酸反應成分。為了減少由於鹼骨料反應對工程造成危害的風險，建議這種潛在的活性集料，配合使用低鹼水泥，並更換25%~40%重量的F級粉煤灰（或N級火山灰）。