苏丹天然砂和砾石的潜在碱活性反应研究论文
1 概述
苏丹是非洲最大的国家，面积为2560000km2。南北贯穿尼罗河。西部干旱的内陆毗邻乍得和利比亚，东临红海和埃塞俄比亚。地区大多偏远、不良地质的映射和恶劣的气候抑制着苏丹的发展。苏丹国已经开始兴建混凝土水坝。在该国的主要水泥工业集中在喀土穆北部的阿特巴拉。水泥种类很多，大多是靠进口。Sims 和 Evans的发现的通过了肯尼亚坎布鲁方案，提高了非洲对潜在碱硅酸反应的认识。
碱骨料反应是混凝土里的碱性孔隙液体之间的反应，主要是波兰水泥和某些类型的集料产生的破坏作用，最常见的反应类型是碱硅酸反应（ASR），硅质骨料形成一种钙碱性硅胶。这种凝胶吸水后体积膨胀从而破坏了混凝土。
2 试验工作
试验采用的集料来自于苏丹当地像红海、北卡尔多番、尼罗河州和苏丹北部。5个天然砂样（S1~S5）来自于季节性水道，5个天然砾石样品（G1~G5）来自于砾石料场。这些用作土石坝工程的混凝土集料。具体集料信息见表1。水泥采用普通硅酸盐水泥的碱含量是0.71%的氧化钠。天然砂的水灰比为0.45，天然砾石水灰比是0.5。
岩相检测（美国材料学会C295）是用来检测集料的潜在碱活性成分。反应试验（快速砂浆棒试验：美国材料学会C1260）进行反应的强度和骨料的潜在膨胀性。肉眼检查和试样切片检查确定所观察到的膨胀，如果有膨胀的话，则是由于碱硅酸反应造成的。
3 集料的地质背景研究
（1）天然砂：河道及季节性河道的冲积层，在当地被称为瓦迪斯和科尔斯，在苏丹遍布很广。这些冲积层是细集料的重要来源。它们包含不同类型的母质，但主要是石英砂。
（2）天然砾石：苏丹有丰富的残积土，也是天然砂砾的重要来源。这些冲积层由一些分解和崩解的努比亚型沉积物形成。风化的多孔的细粒材料被有效分离，通过天然的侵蚀和运输造成的更耐用的岩石碎片和矿物颗粒。主要形成了石英颗粒和一些砂岩碎片。砾岩层残迹仍然被保存着。
4 潜在碱活性检测
对所有样品进行了岩相分析和快速碱活性试验。岩相分析表明，几乎所有的样品中，都有不同量的潜在碱硅酸反应的`成分。这些活性成分包括：微晶石英脉，静脉让微晶硅和高压石英。
根据美国材料学会 C1260砂浆棒试验，这些集料则被认为是没有反应的。它们形成一定的碱硅胶，但是这并没有伴随着过度扩张。所有试样中都观测到凝胶和微裂的碱硅胶反应。
5 结论
本研究采用苏丹各个地区的有疑似活性成分的天然骨料。岩相检验表明所有待测样品中含有不同数量的潜在碱活性成分。然而，美国材料学会标准快速砂浆棒膨胀试验表明，所有的集料样品试验结果都符合美国材料学会标准C1260的要求，14d的膨胀率小于0.1% 。因此，根据这一方法可将这些集料列为无反应或无害，尽管事实上它们形成一定量的凝胶，但是这并没有伴随着过度扩张。
因此，建议尽管试验的集料是无害的，但它们只能用具有少量碱的波特兰水泥，如0.6%或更少的混凝土或砂浆里，因为这些所有都包含潜在的碱硅酸反应成分。为了减少由于碱骨料反应对工程造成危害的风险，建议这种潜在的活性集料，配合使用低碱水泥，并更换25%~40%重量的F级粉煤灰（或N级火山灰）。