2.1 砂岩碱活性检验及碱活性抑制试验
卡基娃水电站为混凝土面板堆石坝，混凝土采用当地的砂岩作为人工骨料。按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中规定的骨料碱活性检验方法，对当地的砂岩的碱活性进行检验，检验结果表明：当地的砂岩具有潜在的碱活性。
按照《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2001）中的有关规定，在使用碱活性骨料时应进行专门的论证。因此结合卡基娃水电站的实际情况，开展对当地砂岩碱活性进行抑制的试验研究。试验研究分别采用《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中规定的砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法进行。
2.1.1 卡基娃水电站砂岩碱活性检验
分别于2005年、2006年及2007年对卡基娃电站当地的上坝址区、下坝址区、陈昌沟料场、则窝沟口料场、普尔沟料场变质石英砂岩进行了碱活性检验，试验采用《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中规定的化学法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法和砂浆长度法进行检验。试验结果分述如下。
1.化学法
按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中规定的化学法进行检验，结果见表2.1。
《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中化学法规定：当试验结果出现Rc＞70而Sc＞Rc或Rc＜70而Sc＞35+Rc/2中的任何一种，该试样就被判定为具有潜在有害反应。由检验结果来看，Rc＞70但Sc＜Rc，因此，由化学法可以判定卡基娃水电站的变质石英砂岩不具有碱硅酸反应活性。
表2.1 化学法检验试验结果
2.砂浆长度法
依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中规定的砂浆长度法对卡基娃水电站的变质石英砂岩进行检验，结果见表2.2。
表2.2 砂浆长度法检验结果
《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中砂浆长度法规定：砂浆试件的半年膨胀率小于0.10%时，则为非活性骨料。试验结果表明：11组试件半年膨胀率均小于0.10%。因此，按砂浆长度法的试验结果，可以判定卡基娃水电站变质石英砂岩不具有碱硅酸反应活性。
3.砂浆棒快速法
按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中规定的砂浆棒快速法对卡基娃水电站的变质石英砂岩进行检验，其中水泥采用四川峨胜中热42.5硅酸盐水泥。按GB/T 750对水泥进行压蒸膨胀率测定，压蒸膨胀率为0.031%，满足砂浆棒快速法水泥压蒸膨胀率小于0.2%的要求。检验结果见表2.3。
表2.3 砂浆棒快速法检验结果
依据《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中砂浆棒快速法规定：
砂浆试件14d膨胀率小于0.10%时，则骨料为非活性；砂浆试件14d膨胀率大于0.20%时，则骨料为具有潜在碱活性；砂浆试件14d膨胀率在0.10%～0.20%之间的应结合现场记录、岩相分析。或开展其他的辅助试验、试件观测时间延至28d后的测试结果综合评定。
试验结果表明：除11号普尔沟和50%9号+50%11号组合两组试件的14d砂浆膨胀率小于0.1%，为非活性骨料外，其余10组试件的14d砂浆膨胀率在0.1%～0.2%之间，因此按砂浆棒快速法的检验结果，可以初步判定卡基娃水电站变质石英砂岩为可凝的活性骨料。
4.混凝土棱柱体法
试验按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中规定的混凝土棱柱体法进行，检验结果见表2.4。
表2.4 混凝土棱柱体法检测结果
按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中混凝土棱柱体法规定：混凝土棱柱体试件1年膨胀率大于0.04%时，则骨料为具有潜在碱活性。由试验结果可以看出：6组混凝土试件的1年膨胀率均大于0.04%。因此按混凝土棱柱体法的检验结果，可以判定所检测的卡基娃水电站变质石英砂岩具有潜在危害性反应的碱活性。
2.1.2 卡基娃水电站变质石英砂岩碱活性的判定
对2005年、2006年及2007年开展的卡基娃水电站上坝址区、下坝址区、陈昌沟料场、则窝沟口料场、普尔沟料场变质石英砂岩碱活性检验的试验结果进行统计，其统计结果见表2.5。
表2.5 卡基娃水电站变质石英砂岩碱活性检验结果统计
由表2.5统计结果可见，化学法检测的11组变质石英砂岩为非活性骨料；砂浆长度法检测的11组变质石英砂岩为非活性骨料；砂浆棒快速法检测10组变质石英砂岩为可疑骨料，2组为非活性骨料；混凝土棱柱体法检测7组变质石英砂岩为具有潜在危害的活性骨料；综合考虑以上几种方法的检验结果，可以判定卡基娃水电站的变质砂岩具有潜在的碱硅酸反应的活性。
2.1.3 卡基娃砂岩人工骨料碱活性抑制试验研究
结合卡基娃水电站的实际情况，对当地的砂岩碱活性进行抑制的试验研究主要分为4个部分：①水泥品种对抑制砂岩碱活性的影响；②粉煤灰等级对抑制砂岩碱活性的影响；③粉煤灰的掺量对抑制砂岩碱活性的影响；④粉煤灰抑制砂岩碱活性有效性的评估。试验方法采用《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DJ/T 5151—2001）中规定的砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法。
1.试验原材料的基本性能
本次试验所采用的水泥为峨胜P·MH42.5水泥和峨胜P·O42.5水泥；采用的粉煤灰为宣威Ⅰ级和宣威Ⅱ级粉煤灰。水泥和粉煤灰的化学成分见表2.6。
表2.6 试验材料水泥/粉煤灰的化学成分
峨胜P·MH42.5水泥及峨胜P·O42.5水泥的压蒸膨胀率分别为：0.011%、0.014%，满足《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DJ/T 5151—2001）中砂浆棒快速法对水泥压蒸膨胀率小于0.20%的要求。
2.水泥品种对抑制砂岩碱活性的影响
由于水泥原材料的差异，导致水泥的矿物成分有所不同。试验采用卡基娃水电站当地的具有活性的砂岩骨料，采用峨胜P·MH42.5水泥和峨胜P·O42.5水泥，粉煤灰为宣威Ⅰ级粉煤灰。在相同试验条件下，进行水泥品种对抑制砂岩碱活性影响的试验研究。
（1）砂浆棒快速法试验结果。砂浆棒快速法的水泥品种对抑制碱活性的影响见表2.7，水泥品种对碱活性的抑制效果分析见表2.8。膨胀率及膨胀抑制率分析见图2.1～图2.6。
表2.7 水泥品种对抑制碱活性的影响
表2.8 水泥品种对碱活性的抑制效果
图2.1 峨胜P·MH42.5水泥砂浆膨胀率
图2.2 峨胜P·MH42.5水泥砂浆膨胀抑制率
图2.3 峨胜P·O42.5水泥砂浆膨胀率
图2.4 峨胜P·O42.5水泥砂浆膨胀抑制率
图2.5 中热水泥与非活性骨料的比较
图2.6 普硅水泥与非活性骨料的比较
分析试验结果可以看出以下几点：
1）粉煤灰掺量为20%时，峨胜中热水泥及峨胜普硅水泥的膨胀抑制率均达到80%以上，粉煤灰掺量为30%时，峨胜中热水泥及峨胜普硅水泥的膨胀抑制率均达到90%以上。
2）当粉煤灰掺量为10%、20%、30%时，峨胜中热水泥的膨胀抑制率分别比峨胜普硅水泥的抑制率高7.3%、1.7%、0.8%，表明峨胜中热水泥的抑制效果略优于峨胜普硅水泥。
3）与非活性骨料的膨胀率相比，粉煤灰掺量为20%时。采用峨胜中热水泥时，活性骨料的14d膨胀率小于非活性骨料的膨胀率，采用峨胜普硅水泥，活性骨料的14d膨胀率略大于非活性骨料；粉煤灰掺量增至30%时，无论采用峨胜中热水泥还是峨胜普硅水泥，活性骨料的14d膨胀率均小于非活性骨料。
（2）混凝土棱柱体法试验结果。按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中混凝土棱柱体法进行抑制试验，其结果见表2.9。
表2.9 混凝土棱柱体法试验结果
由试验结果可以看出以下几点：
1）当粉煤灰掺量为0%时，采用峨胜普硅水泥配置的混凝土试件1年的膨胀率较峨胜中热水泥配置的混凝土高4.24%，说明峨胜中热水泥对卡基娃水电站砂岩碱活性的抑制作用优于峨胜普硅水泥。
2）当粉煤灰掺量分别为10%、20%、30%时，采用峨胜普硅水泥配置的混凝土试件1年的膨胀率较峨胜中热水泥配置的混凝土高，分别高11.9%、8.0%、30.0%，表明在相同条件下，峨胜中热水泥对卡基娃水电站砂岩碱活性的抑制作用优于峨胜普硅水泥。
3.粉煤灰等级对抑制砂岩碱活性的影响
由于粉煤灰的矿物成分及物理性能不同，对抑制碱活性膨胀的效果有一定差异，本次试验选用了宣威Ⅰ级灰和宣威Ⅱ级灰进行对比试验，以研究粉煤灰等级对抑制碱活性膨胀的影响。
（1）砂浆棒快速法试验结果。砂浆棒快速法试验结果见表2.10。抑制效果分析结果见表2.11及图2.7～图2.10。
表2.10 粉煤灰等级对抑制碱活性的影响
表2.11 粉煤灰等级对碱活性的抑制率分析
图2.7 掺宣威Ⅰ级灰砂浆膨胀率
图2.8 掺宣威Ⅰ级灰砂浆膨胀抑制率
图2.9 掺宣威Ⅱ级灰砂浆膨胀率
图2.10 掺宣威Ⅱ级灰砂浆膨胀抑制率
试验结果显示，当粉煤灰掺量分别为10%、20%和30%时，掺宣威Ⅰ级灰14d的膨胀抑制率分别较掺宣威Ⅱ级灰高14.7%、7.9%、1.4%；28d的膨胀抑制率分别高21.5%、6.7%、1.2%，表明在相同条件下，掺宣威Ⅰ级粉煤灰的抑制效果要优于掺宣威Ⅱ级粉煤灰。
（2）混凝土棱柱体法试验结果。混凝土棱柱体法试验结果见表2.12及图2.11和图2.12，不同掺量下宣威Ⅰ级灰和宣威Ⅱ级灰的1年膨胀抑制率见表2.13。
表2.12 混凝土棱柱体法试验结果
图2.11 Ⅰ级灰与Ⅱ级灰的膨胀率比较（一）
图2.12 Ⅰ级灰与Ⅱ级灰的膨胀率比较（二）
表2.13 混凝土棱柱体法的抑制效果
试验结果显示如下：
1）当粉煤灰掺量大于20%时，宣威Ⅰ级、宣威Ⅱ级粉煤灰的膨胀抑制率均大于75%。
2）当粉煤灰掺量分别为10%、20%和30%时，掺宣威Ⅰ级灰混凝土1年的膨胀抑制率分别较掺宣威Ⅱ级灰高1.7%、6.3%、1.3%；表明在相同条件下，掺宣威Ⅰ级粉煤灰的抑制效果要优于掺宣威Ⅱ级粉煤灰。
4.粉煤灰掺量对抑制砂岩碱活性的影响
选用活性骨料，峨胜中热水泥及宣威Ⅰ级粉煤灰和宣威Ⅱ级粉煤灰，选取6个粉煤灰掺量0%、5%、10%、15%、20%和30%，进行不同粉煤灰掺量对砂岩碱活性抑制率影响的试验研究。
（1）砂浆棒快速法试验结果。砂浆棒快速法试验结果见表2.14，结果分析见图2.13、图2.14。
表2.14 粉煤灰掺量对抑制碱活性的影响
图2.13 粉煤灰掺量与砂浆膨胀抑制率关系（14d）
图2.14 粉煤灰掺量与砂浆膨胀抑制率关系（28d）
从试验结果可以看出以下几点：
1）随着粉煤灰掺量的提高，无论是Ⅰ级粉煤灰还是Ⅱ级粉煤灰，活性骨料的膨胀率降低，抑制率增高。
2）当粉煤灰掺量从5%增加到20%时，掺Ⅰ级粉煤灰的活性骨料的14d膨胀率降低了88.5%，掺Ⅱ级粉煤灰的活性骨料的14d膨胀率降低了80.9%，粉煤灰掺量从5%增加到30%时，掺Ⅰ级粉煤灰的活性骨料的14d膨胀率降低了93.1%，掺Ⅱ级粉煤灰的活性骨料的14d膨胀率降低了91.4%。
3）与非活性骨料的膨胀率相比，掺20%Ⅰ级粉煤灰时，活性骨料的14d膨胀率低于非活性骨料的14d膨胀率；掺20%Ⅱ级粉煤灰时，活性骨料的14d膨胀率与非活性骨料的14d膨胀率接近；掺30%Ⅱ级粉煤灰时，活性骨料的14d膨胀率低于非活性骨料的14d膨胀率。
（2）混凝土棱柱体法试验结果。混凝土棱柱体法试验结果见表2.15，结果分析见图2.15。
表2.15 混凝土棱柱体法试验结果
图2.15 粉煤灰掺量与混凝土膨胀抑制率关系（1年）
从试验结果可以看出以下几点：
1）随着粉煤灰掺量的提高，无论是Ⅰ级粉煤灰还是Ⅱ级粉煤灰，活性骨料的混凝土膨胀率降低。
2）当粉煤灰掺量从0%增加到30%时，掺Ⅰ级粉煤灰的活性骨料1年的混凝土膨胀抑制率达到91%，掺Ⅱ级粉煤灰的活性骨料1年的混凝土膨胀抑制率达到90%。
2.1.4 粉煤灰抑制砂岩碱活性有效性
如何评价粉煤灰抑制骨料碱活性的有效性，迄今为止国际上还没有统一和有效的评价手段和标准。采用掺粉煤灰的膨胀抑制率、砂浆14d膨胀限定值以及低于非活性骨料砂浆膨胀值等3个指标，从粉煤灰取代水泥后抑制ASR的能力、抑制碱活性膨胀的程度以及抑制碱活性膨胀的工程安全性等3个方面可以对粉煤灰抑制碱活性的有效性进行评估。
1.粉煤灰膨胀抑制率R
以粉煤灰膨胀抑制率R的大小评价粉煤灰所具有抑制碱活性反应的能力，参照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中5.7“抑制骨料碱活性效能试验”的要求，以R是否大于75%作为掺粉煤灰是否具有抑制碱活性反应效能的标准。
不同粉煤灰掺量下的砂浆膨胀抑制率试验结果表明：掺20%的粉煤灰时，无论是宣威Ⅰ级粉煤灰还是宣威Ⅱ级粉煤灰，砂浆膨胀抑制率均大于75%。表明掺20%的宣威Ⅰ级粉煤灰或宣威Ⅱ级粉煤灰时，具有抑制碱活性反应的效能。
2.砂浆14d膨胀值
参照砂浆棒快速法的要求，以砂浆的14d膨胀值小于0.1%限定值作为标准。当掺一定量的粉煤灰时，其14d砂浆膨胀值小于0.1%，则认为所选掺量的粉煤灰其抑制碱活性的膨胀满足标准要求。
不同粉煤灰掺量下14d的砂浆膨胀率试验结果表明：掺10%的宣威Ⅰ级粉煤灰或掺15%宣威Ⅱ级粉煤灰时，其14d的砂浆膨胀率均小于0.1%，表明当掺量不小于15%的粉煤灰时其抑制碱活性反应的膨胀能够满足标准要求。
3.低于非活性骨料的砂浆膨胀值
在实际工程中，非活性骨料可以作为混凝土的人工骨料。因此以相同碱含量情况下非活性骨料的砂浆膨胀值作为标准，当掺一定量的粉煤灰时，活性骨料的砂浆膨胀率低于相同碱含量情况下非活性集料的砂浆膨胀值，则认为在掺一定量的粉煤灰砂浆棒情况下，将活性骨料用于实际工程中具有一定的安全性。砂浆棒快速法试验结果显示，粉煤灰掺量为30%时，无论采用中热水泥还是普硅水泥，无论是Ⅰ级粉煤灰还是Ⅱ级粉煤灰，活性骨料的14d膨胀率均小于非活性骨料的14d膨胀率。
2.1.5 结论
按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）中相关的碱活性检验方法，对卡基娃水电站当地的人工骨料进行了碱活性检验，综合考虑化学法、砂浆长度法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法的检验结果，可以判定卡基娃水电站的变质砂岩具有潜在的碱硅酸反应的活性。
依据砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法对卡基娃水电站的砂岩进行了碱活性抑制试验，由抑制试验结果可以得出以下结论：峨胜中热水泥的抑制效果略优于峨胜普硅水泥的抑制效果。掺宣威Ⅰ级粉煤灰的抑制效果要优于掺宣威Ⅱ级粉煤灰的抑制效果。粉煤灰掺量不小于30%时，无论采用峨胜中热水泥还是峨胜普硅水泥，无论是宣威Ⅰ级粉煤灰还是宣威Ⅱ级粉煤灰，均能有效地抑制砂岩骨料的碱活性反应。