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1、混凝土骨料的碱活性及其评价(刘莹王学杰)时间：2021.03.05创作：欧阳理/摘要/膏料碱港性检验的方法较多。判定膏料 是否具有潜在港性，大多需要采用几种检验方法相互 印证，以提高结论的准确性。本文采用多种方法对实 际工程采用的膏料进行检验，通过具体分析，对膏料 碱港性进行了评价。，关键词/碱港性砂浆棒快速法评价1前言所谓碱膏料反应是指混凝土原材料中的水泥、外 加剂、掺合料和水中的碱(Na2O+0.658K2O )与膏 料中的港性成分逐渐反应，其反应生成物吸水膨胀使 混凝土产生内部应力，导致混凝土膨胀开裂损坏。混 凝土的碱一膏料反应是混凝土耐久性研究的重要课题 之一。由于港性膏料经搅拌后大体
2、上呈均匀分布，所 以一旦发生碱膏料反应，混凝土内各部分均产生膨胀 应力，将混凝土自身胀裂，发展严重的只能拆除，无 法补救，因而被称为混凝土的癌症。鉴定骨料的碱活性和活性程度是预防工程混凝土 发生碱骨料反应的重要程序，世界各国都很重视骨料 活性的检测。比较常见的、被认为行之有效的检测骨 料活性的方法有很多种。骨料是否具有活性的结论， 对工程影响很大，因此需要通过专门的试验进行检 验。2碱骨料反应的分类及检验方法不同的活性骨料，其破坏机理也不同，一般接与 碱反应的岩石类型，可将碱一骨料反应刻分为三种类 型，即碱-硅酸反应、碱-碳酸盐反应、碱-硅酸盐反 应。碱-硅酸反应(Alkali-Silica
3、Reaction )碱-硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅 成分反应，产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶其反应式可归纳为：2NaOH+SiO2+nH2O 一 Na2O.SiO2.NH2O碱硅酸类呈白色凝胶固体，其体积大于反应前的 体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨胀引起混凝土 内部膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨 料反应的发展，使混凝土内部膨胀应力楮大，导致混 凝土开裂，发展严重的会使混凝土结构崩溃。能与碱 发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、玛瑙、 鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺陷的石英以及 微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种 岩石中，因而迄今为止世界各国发生的
4、碱骨科反应事 例中，绝大多数为碱-硅酸反应。碱-碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction )一般的碳酸岩、石灰石和白云石是非活性的，只 有泥质石灰质白云石，才发生碱-碳酸盐反应。碱-碳酸盐反应主要是脱(去)白云石反应，即某些 特定的微晶白云石和氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾 (KOH)等碱类反应生成氢氧化镁/ Mg(OH)2即水镁 石/和碳酸盐等；这些生成物和水泥水化产物氢氧化 钙/Ca(OH)2 /又起反应，重新生成碱，使脱白云石 反应继续下去，直到白云石被完全作用完，或碱的浓 度被继续发生的反应阵至足够低为止。碱-硅酸盐反应(Alkali-Silicate React
5、ion )碱硅酸盐反应是指混凝土中的碱与骨料中某些层 状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距楮 大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂。骨料碱活性的检验方法一般有如下几种：岩相法/它是通过肉眼和显微镜观察新鲜岩石断 口来鉴定骨料的种类和成分，特别是那些已知活性矿 物存在与否的骨料，以此来判断其是否存在碱活性， 但其缺点是得不到活性组分含量与膨胀率的定量关 系。化学法/它是在规定条件下，测定碱溶液和骨料 反应溶出的二氧化硅浓度及碱度阵低值，借以判断骨 料在使用高碱水泥的混凝土中是否产生危害性的反 应。该方法不适用于含碳酸盐的骨料。不能鉴定由于 微晶石英或变形石英所导致的众多慢性膨胀骨料。骨料
6、活性判定：当试验结果出现碱度阵低值70 而滤液中的二氧化硅浓度碱度阵低值或碱度阵低值 V70而滤液中的二氧化硅浓度35+碱度阵低值/2中 的任何一种，该试样就被评为具有潜在有害反应。砂浆长度法：它是通过测定水泥砂浆试件的长度 变化，以鉴定水泥中的碱与活性骨料间的反应所引起 的膨胀是否具有潜在危害。它是在岩相法检验和化学 法检验均不能作出定论时进行的，适用于碱骨料反应 较快的碱-硅酸盐反应和碱-硅酸反应，不适用于碱-碳 酸盐反应。骨料活性判定：对于砂样：当砂浆半年的膨胀率 超过0.10%，或3个月的膨胀率超过0.05%时，即被 评为具有危害性的活性骨料。反之，如低于上述数 值，则被评为非活性骨料
7、。对于石料：当砂浆半年膨 胀率低于0.10%，或3个月的膨胀率低于0.05%时， 即被评为非活性骨料。反之，如超过上述数值，则被 评为具有危害性的活性骨料。碳酸盐骨料碱活性检验：在规定条件下测量碳酸 盐骨料试件在碱溶液中的长度变化，以鉴定其作为混 凝土骨料是否具有碱活性。该方法适用于碳酸盐岩石 的研究与料场初选，但是试验龄期较长，约需要 12 周。骨料活性判定：浸泡84天试件膨胀率在0.10%以 上时，该岩样应评为具有危害性。不宜作为混凝土骨 料。必要时应以混凝土试验结果作出最后评定。砂浆棒快速法：砂浆棒快速法是同时被美国和加 拿大定为标准的方法(ASTM C1260-94 和 CSAA23.
8、2-25A )，该方法能在16天内检测出骨料在 砂浆中的潜在有害的碱硅酸反应，尤其适合于检验 反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料。被认为是比 较精确可靠的，但它的问题是过于严格。砂浆棒快速法评定标准为：(1 )砂浆试件14d的膨胀率小于0.1%，则骨料 为非活性骨料；(2) 砂浆试件14d的膨胀率大于0.2%，则骨料 为具有潜在危害性反应的活性骨料；(3) 砂浆试件14d的膨胀率在0.1%至0.2%之间 的，对这种骨料应结合现场记录、岩相分析、或开展 其他的辅助试验、试件观测的时间延至 28d后的测试 结果来进行综合评定。混凝土棱柱体试验法：混凝土棱柱体法是评定混 凝土试件在升温及潮湿条件养护
9、下，水泥中的碱与骨 料反应所引起的膨胀是否具有潜在危害。适用于碱-硅 酸反应和碱-碳酸盐反应，试验周期较长，需要一年。骨料活性判定：当试件一年的膨胀率不小于0.04%时，则判定为具有危害性反应的活性骨料；膨 胀率小于0.04%时，则判定为非活性骨料。压蒸法(又叫快速法)：本方法是由中国工程建 设标准化协会推荐的(CES 48 : 93中的150。压蒸 法)，该方法能在砂浆试件成型一天后就对骨料的碱 活性给出定量的判断，但由于高温高压改变了水泥水 化条件，其结果如何与实际情况作比较仍存在争论。3骨料碱活性的评价对一种骨料潜在活性的判断，必须建立在试验资 料的基础上，而每一种试验方法并非十全十美，
10、有的 还需在实践中加以充实和完善，所以对于砂、石料场 的骨料是否存在潜在活性只有通过连续的、系统的取 样并有针对性的选择检验方法才能作出合适的评价。合水县城供水工程可行性研究阶段要对其骨料进 行碱活性检验，粗细骨料分别取自巴家嘴料场和长庆 桥料场。首先用岩相法鉴定骨料的种类和矿物组成， 初步鉴定活性成分。之后采用砂浆棒快速法对骨料的 碱活性进一步效验。岩相法是进行薄片鉴定对骨料进行详细定名。这 对选择合适的检测方法有重要指导作用，一直是作为 骨料碱活性检验的首选方法。表1、表2为某工程骨 料碱活性岩相法的检验结果，由此可知，两组样品分 别为浅灰色岩屑石英粉砂质泥灰岩及暗紫红色泥质屑 粉砂岩。其
11、矿物组成中均无微晶石英、应变石英等活 性矿物成分。初步判定为非活性骨料。经岩相法进行测试结果分析，此次研究砂样样品 为暗紫红色泥质屑粉砂岩。经薄片鉴定分析后得出：岩石综和描述：标本一暗紫红色，粉砂状结构， 碎屑颗粒细小，断而不平整；局部可见直径为 5mm 的暗紫红色泥质团块，以及直径为 1mm的灰白色方 解石细脉，呈不规则椭球状分布无序。岩石遇稀盐酸 剧烈起泡，为钙质胶猪。薄片：具泥质粉砂状结构， 碎屑粒径为0.008-0.05mm，其中以0.01-0.03mm 为 主，分选中等。碎屑多为不规则状，大多呈棱角状， 少量呈次棱角状，磨圆度差。局部可见细长条状颗粒 呈半定向排列。碎屑成分主要为石英
12、，少量石长、云 母、绿泥石，以及泥岩、灰岩岩屑。石英无色透明， 多呈棱角状不规则分布，少量颗粒可见局部被碳酸盐 交代；长石为斜长石，可见明显的聚片双晶/ 云母多 呈细长条状、短片状，部分呈不规则弯曲，主要为白 云母，无色透明，黑云母可见有褐铁矿浸染现象；绿 泥石多呈细长条状、片状，常见弯曲/泥岩岩屑粗细 混杂，可见不规则状砂屑及长条状砾屑，界线较模 糊，岩屑内云母呈细长条状半定向排列；粉砂质灰岩 岩屑粒径为0.03-0.1mm，具较明显的高级白干涉色及 闪突起，岩屑中含棱角状石英、长石，其粒径为 0.05-0.1mm无序分布。填隙物为粘土质杂基含量高，有重结晶；胶结物为方解石、铁质和绿泥石，方
13、 解石多呈交代团块状。颗粒之间基本为基底式胶猪。详细定名：暗紫红色泥质屑粉砂岩经岩相法进行测试结果分析，此次研究砾石样为 浅灰色岩屑石英粉砂质泥灰岩。经薄片鉴定分析后得 出：岩石综和描述：标本一浅灰色，泥质粉砂状结 构，局部可见粒径2-20mm的暗紫红色泥岩角砾，呈 不规则状，杂乱分布。岩石遇稀盐酸剧烈起泡，为钙 质胶猪。薄片一具粉砂状泥质结构，见因颜色的差异 所形成的备带构造，贯穿整个薄片。碎屑粒径为 0.008-0.05mm，其中以 0.03-0.05mm 为主，分选中 等。碎屑多为不规则状，大多呈棱角状，少量呈次棱 角状，磨圆度差。细长条状颗粒呈半定向排列。碎屑 成分主要为石英、长石、灰
14、岩岩屑及少量云母、绿泥 石。石英无色透明，多呈棱角状不规则分布，少量颗 粒可见局部被碳酸盐无序交代；长石主要为斜长石， 可见明显的聚片双晶/云母多呈细长条片状半定向排 列，部分呈不规则弯曲，主要为白云母，黑云母少而 且具绿泥石化，多呈细长条状、片状半定向排列，常 见弯曲/灰岩岩屑含量高，棱角状一次棱角状分布杂 乱，部分岩屑中可见不规则粒状方解石，具较明显的 高级白干涉色及闪突起。填隙物为大量灰泥状和粘土 质杂基，以及铁质胶结物，局部可见红褐色粘土质团 块和方解石团块，有交代特征，颗粒之间呈基底式胶 结。详细定名：浅灰色岩屑石英粉砂质泥灰岩为进一步判断该骨料的碱活性，且检验该骨料在 砂浆中的潜在
15、有害的碱硅酸反应。结合工程的施工 阶段及试验经费等要求，选用砂浆棒快速法进行进一 步的论证。砂浆棒快速法能在16天内检测出骨料在 砂浆中的潜在有害的碱硅酸反应，尤其适合于检验 反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料。砂浆棒快速法：首先对样品按规定级配进行粉碎 后，采用压蒸膨胀率小于0.20%碱含量为0.9% 0.1%的水泥进行成型，水泥与骨料的质量比为 1 : 2.25, 组为3个试件，共需水泥400g、砂900g,砂 浆水灰比为0.47。放入80 2 。的烘箱中，测得基准 长度后进行3次观测，即3d、7d、14d。砂浆棒快速法试验结果见表3 （略）。龄期膨胀曲 钱见图1图2。检验结果表明:编号为
16、BJZS的砾石样品和CQQL 的粗砂样品砂浆备14天膨胀率分别为0.046%、 0.031%，小于0.1%。评定为非活性骨料。该结果与 岩相法检验结果一致。通过岩相法及砂浆棒快速法对该工程骨料的碱活 性检验及分析，得出的结论一致，经综合评定，两个 料场的骨料均为非活性骨料。4结语(1)骨料碱活性检验有多种方法，应根据骨料的 岩性、反应类型和工程的实际情况等有针对性的选择 检验方法。(2 )由于碱一骨料反应的复杂性，骨料碱活性检 验不应采用单一的方法，应在岩相法、化学法的基础 上再选择一种或两种以上的方法进行，对检验结果进 行综合评价。(3)实际工作中不同检验方法得出的结论可能会 出现不一致的现象，建衩采用棱柱体法作进一步的检 验，并最终作出判定。参考文献1 /水工混凝土试验规程(SL352-2006)，中 国水利水电出版
