广东建材２０１４年第３期 质量控制与检测 集料碱活性检测方法及快速法试验研究 黄庆泉 （潮州市建筑工程质量检测站） 【摘 要】概述了碱集料反应机理及集料碱活性检测方法，采用岩相法、快速砂浆棒法、压蒸法三种 快速方法相结合，埘粤东地区某河段河砂进行检测试验，判定集料碱活性并论述不同检测方法的相关 性。 【关键词】反应机理；检测；试验 １前言 碱一集料反应是影响混凝土耐久性的重要因素之 ，近年来已在国内混凝土工程造成严重的破坏。这种 破坏发生在整个混凝土中，往往经过若干年后才会出 现，既难以预防，又难以阻止，更不易修复和挽救，使混 凝土工程丧失使用价值，造成严重的经济损失。因此在 配置混凝土时必须对集料的碱活性进行检测和控制。 ２碱集料反应机理 碱集料反应（ＡＡＲ）是指混凝土材料中的水泥、集料、 ｔ＇ｂ￣ｎＮ、混合料和拌合水中的碱性物质与寂寥中碱活性 矿物发生化学反应，生成膨胀物质使混凝土内部产生自 膨胀应力，造成混凝土从内向外延伸开裂的损毁现象［ｒ。目 前研究存在的碱集料反应主要有三类： ２．１碱一硅酸反应（ＡＳＲ） 碱一硅酸反应（ＡＳＲ）是指混凝土中的碱组分与集料 中某些硅活性组分之间发生化学反应，导致骨料被侵 蚀，生成具有膨胀性的产物并导致混凝土结构开裂。其 中活性ｓｉ０。主要来源于骨料，碱主要来源于水泥和外 加剂，活性ＳｉＯ，与混凝土孔溶液中的Ｎａ 、Ｉ（＋、０Ｈ一等发生 化学反应，牛成碱硅酸凝胶，其反应化学方程式可表示 为： ＳｉＯ２・ｎＨ２０＋２ＲＯＨ— Ｒ２ＳｉＯ３（ｎ＋１）Ｉｔ２０ 具有ＡＳＲ活性的集料是指其含有活性的ＳｉＯ。，即无 定形的ＳｉＯ 、隐晶硅、微晶质和玻璃质二氧化硅，在岩石 中分布比较广泛，在沉积岩、火山岩、变质岩中均有。混 凝土碱集料反应大部分都为碱～硅酸反应眩］。 ２．２碱一碳酸反应（ＡＣＲ） 指混凝土中的碱与某些碳酸盐矿物产生化学反应 引起混凝土发生地图状开裂，其膨胀机理与ＡＳＲ完全不 同。只有粘土质白云石质石灰岩才可能发生ＡＣＲ。当碱 与白云石作用时发生去白云化反应，其反应方程式可表 示为： ＣａＭｇ（Ｃ０３）２＋ＲＯＨ＝Ｍｇ（ＯＨ）２＋ＣａＣＯ３＋ＲＣ０３ 当白云石ＭｇＣＯ。转化为水镁石Ｍｇ（０Ｈ）：，干燥的粘 土暴露后，吸收外界水分，膨胀产生应力导致混凝土开 裂。 ２．３碱硅酸盐反应 指混凝土中碱和骨料中某些层状结构的硅酸盐发 生反应，使层状硅酸盐层间距增大，骨料发生膨胀，使混 凝土膨胀开裂。这种反应速度非常缓慢，产生开裂相对 较小，因此部分研究通常在碱集料反应中忽略该类反 应。 ３集料碱活性检测方法 建设工程施工前期，正确鉴定集料的碱活性是有效 防止混凝土碱集料反应破坏的关键。集料的碱活性检测 是碱集料反应评估中最重要的手段。实际工程中，只有 对所有集料的碱活性做出科学的评定，才能采取科学的 措施预防碱集料反应。 ３．１岩相法 岩相法是碱集料活性鉴定的首选方法，其基于光性 矿物学，借助扫描、ｘ射线衍射分析、红外光谱分析等手 段，鉴定矿物成分及其含量，以及矿物结晶程度和结构， 判定岩石的种类是属二氧化硅类，还是碳酸盐类，以及 是否含有活性矿物及其大约数量。若岩石中没有活性矿 物，则可判定其为非活性岩石为最终结果；若岩石中含 有活性矿物，则需经过进一步对活性矿物的形态、结构、 尺寸等因素进行鉴定。 一２７— 质量控制与检测 ３．２化学法 广东建材２０１４年第３期 和微观检测方法结合，综合所有结果才能作出正确判 化学法碱集料反应检测中的一种传统方法，取一定 断。从对各种检测方法的相互关系上来看，不同方法有 量规定粒度范围的集料和一定浓度的ＮａＯＨ溶液反应， 其各自特点和适用范围，目前还不存在一种绝对权威的 在规定条件下，测定溶出的ＳｉＯ 浓度及碱度降低值，依 检测方法。在实际工程检测时，应严格按照标准，对于结 此判断集料是否具有碱活性。对某些集料，若被判定为 果处于判定标准边缘的可疑骨料，应将多种检测方法配 非活性，则无须进行砂浆棒膨胀试验；若被判断为活性， 合分析再作出判断。则需根据工程经验和砂浆棒膨胀试验结果等作为最终 ４试验与讨论 依据［ 。 ３．３砂浆棒法 砂浆棒法是取规定级配的集料与高碱水泥制备砂 浆棒，在３３￣Ｃ、１００％湿度的环境下养护，以６个月的膨 胀率作为集料碱活性的评判依据。该方法试验周期长， 时间上根本不能满足多数工程需要；同时其检测结果受 水泥含碱量、养护容器的温湿度等因素的影响较大，广 泛存在漏判错判实例，只适用于一‘些高活性的快膨胀类 岩石和矿物。 ３．４快速砂浆棒法 快速砂浆棒法是测量砂浆膨胀为基础的快速方法 中应用最广泛的 种，是以试件在８０￣Ｃ的Ｎａ０Ｈ溶液中 的１４ｄ膨胀值作为评判集料碱活性的依据。经过许多国 家的试验验证，可以检测到慢膨胀岩石或矿物的活性， 但具有明显的岩石和地域局限性，并且不能反映集料在 混凝土中的膨胀水平，不宜用于集料活性程度的判定， 对某些膨胀量较小、膨胀缓漫的集料还存在错判现象 。 ３．５混凝土棱柱体法 混凝土棱柱体法实质与砂浆棒法相似，但试件尺 寸、集料尺寸及级配、水灰比不同，测定６个月、一年或 更长龄期的膨胀率，适用于硅质集料和碳酸盐集料，其 试件与实际混凝土尺寸、级配接近，能较好反应混凝土 实际。但由于其试验周期长，膨胀结果受水泥细度、水灰 比和养护条件等影响较大，因此该方法也不完全可靠＿５＿。 ３．６压蒸法 压蒸法是基于高温高碱条件下的碱集料反应原理， 加速集料的活性组分与碱反应，以达到快速得出评定结 果。根据试件的结构组成可分为压蒸砂浆试体法和压蒸 混凝土试体法，其方法检测速度快，所需试样量少，虽然 在高温条件下进行，与实际混凝土所处环境不同，但与 工程实际和其他方法检测结果相比有很好的相关性，是 一种快速、可靠、操作简便的集料碱活性方法＿６］。 集料碱活性检测是一项综合性的研究，需要将宏观 由于实际工程需要，集料碱活性的检测方法围绕着 快速、可靠、方便、可重复性好等优点发展，目前效果较 好、应用较广泛的就是岩相法、快速砂浆棒法、压蒸法。 本文试验通过采用岩相法、快速砂浆棒法、压蒸法对粤 东地区某河段河砂进行试验研究，对该河砂碱活性进行 判定并讨论三种检测方法的相关性。 ４．１岩相法试验 岩相法检测如图１显示，该人工砂细粒中主要是由 石英和长石组成，含有少量云母及微量铁矿物，具有可 疑碱活性隐晶石英和玉髓，隐晶石英是一 种受地质应力 作用的应变石英，不一一定具有碱活性，而玉髓是一 种结 晶不完善、有缺陷的微晶石英，具有碱活性的可能性比 较大。 图１岩相法分析图 ４．２快速砂浆棒法试验 按照标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标 准》ＪＧＪ５２—２００６中的快速法进行试验。试验级配满足表 １要求： 表１砂级配要求 公称粒径 分级质量／％ ５．０Ｏ～２．５０ｍｍ ｌ０ ２．５Ｏ～１．２５ｍｍ ２５ １．２５－－０．６３ｍｍ ２５ ６３Ｏ～３１５ ｉｎ ２５ ３１５～１６Ｏｕ ｍ １５ 试验配比中水泥与砂的质量比为１：２．２５，水灰比 为０．４７，成型后标准养护（２４±４）ｈ，脱模后将时间放入 广东建材２０１４年第３期 温度（８０±２）℃的烘箱或水浴箱中养护２４ｈ，养护完成 质量控制与检测 Ｌ ——试件基准长度（ｍｍ） 后立即测试时间的基长为Ｌｎ，然后把试件完全浸入装有 浓度为ｉｍｏｌ／Ｌ氢氧化钠的养护筒中，保持溶液温度为 Ｌ厂试件最终长度（『ｎⅡ１） Ｌ——测头长度（２．５ｍｍ） 压蒸法试验结果如表３所示： （８０±２）℃，分别测其３ｄ、７ｄ、ｌＯｄ、１４ｄ长度Ｌ ，通过以下 公式计算试件膨胀率： ￡，＝（Ｌｔ－Ｌｏ）／（ＬＯ－２Ｌ） 式中： ｅ ——试件在ｔ天龄期的膨胀率（％） Ｌ ——试件在ｔ天龄期的长度（ｍｍ） Ｌ 广一试件基长（ｍｍ） Ｌ——测头长度（２．５ｍｍ） 快速砂浆棒法试验结果如表２所示： 表２快速砂浆棒法试验结果 由表２所示，该河砂３个样品中一个膨胀率在 ０．１％～０．２％之间，另外两个在０．１％以内，有可能存在潜 在活性材料，其结果与岩相法相符。对于试验结果处在 边缘的集料，考虑到试验存在误差的情况，采用压蒸法 对其试验结果进行进一步的验证。 ４．３压蒸法试验 按照标准《砂、石碱活性快速试验方法》ＣＥＣＳ４８：９３ 对人工砂碱活性进行试验研究。将骨料破碎后筛取 ０．Ｉ５０～Ｏ．６３０ｍｍ的部分作为试验用料，使用水泥碱含 量为０．７４％（以等当量Ｎａ ０计），以水泥与骨料重量比为 ｉ０：ｉ，５：ｌ，２：１，拌制砂浆并成型试块，在养护箱内室温 条件下养护，２４±ｈ后取出并编号，测试时间长度为Ｌ 。 然后将试件在ＩＯ０￣Ｃ下蒸养４ｈ±５ｍｉｎ后冷却，使试件 全部浸入２５０ｍｉ配好的ＫＯＨ溶液中，密封容器在１５０± ２℃下保温３６０±５ｍｉｎ。压蒸完结束将反应器取出并用 水将反应器冲冷至４０￣Ｃ左右，取出试件冲洗干净并在 室温下放置６０±ｉＯｍｉｎ，测试其最终长度Ｌ。，计算膨胀 率。一一般膨胀率在０．１％以上可判定为活性集料，膨胀率 在０．０５％以下为非活性集料。试件膨胀率根据以下公式 计算： ￡：（Ｌ２－Ｌ１）／（４０—２Ｌ） 式中： ￡——试件膨胀率（％） 表３压蒸法试验结果 ｍ ：ｍ＊ 试件膨胀率 ｌ０：１ ０．０４３ ５：１ Ｏ．Ｏ３９ ２：Ｉ Ｏ．０３７ 最大膨胀值 ０．０４３ 由试验数据可看出，试件膨胀率最大值小于 ０．０５％，属于非活性集料。结合三种试验方法对该河砂的 活性分析，虽然河砂中存在一定量的活性矿物，但其碱 活性膨胀率仍然符合标准要求。 从试验方法来看，岩相法可直观地鉴定集料中的活 性矿物，其结果对选择合适的检测方法有指导意义；快 速砂浆棒法能表明集料的膨胀信息；压蒸法进…‘步明确 活性矿物的大致比例，是正确判定该河砂碱活性的关 键。从试验结果看，三种检测方法的试验结果具有一致 性，其结果作为集料碱活性的评定依据具有一定的准确 性和可靠性。 一 ＇ －＇ ５ Ｊ、结 混凝土中碱集料反应的发生是一个长期的过程。我 国活性集料种类复杂，来源广泛，分布范围广，集料的类 型、性质变化多样，检测集料碱活性时必须要对各种试 验方法有一定的理解和正确的选择，通过多种方法配合 使用，相互校核，才能使最终评定效果更好地反映工程 的实际情况。● 【参考文献】 ［１］苏风莲，王萍，邵箐，等．混凝土碱骨料反应问题及预防措施 ［Ｊ］．华北水利水电学院学报，２００２，（１２）：２２—２５． ［２］邓敏，唐明述．岩石中的硅质矿物和碱一硅酸反应［Ｊ］．混凝 土，１９９４，（５）． ［３］刘嫒媛，牛利峰，黄强，等．集料碱活性的检测方法与程序概 述［Ｊ］．中国非金属矿工业导刊，２００８，（３）：３４—３６． ［４］董维佳，吴景晖．混凝土的碱集料反应及粉煤灰的抑制作用 ［Ｊ］．粉煤灰，２００１，（０２）：８－ｌＯ． ［５］马杰，张江泳．碱集料反应的试验方法概述［Ｊ］．建筑材料， ２Ｏ１０，（１２）：７２—７５． ［６］卢都友，许仲梓，吕忆农，唐明述．集料ＡＳＲ碱活性检测方法 评述［Ｊ］．南京化工大学学报，１９９８，（２）：８６—９０． 一２９—
