快速堿集料反應試驗影響因素分析

馬 杰

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

快速堿集料反應試驗影響因素分析

馬 杰

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

研究快速堿集料反應砂漿棒法測長時，試件的成形條件、尺寸、測試時間、養(yǎng)護過程中NaOH溶液含量變化等因素對測試結(jié)果的影響，并討論了在堿集料反應試驗過程中應當注意的問題。

堿集料反應 集料 快速法 影響因素

隨著社會的發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們出行需求增長迅速，對于客運專線的需求日趨強烈[1]。鐵路客運專線工程具有技術(shù)標準高、質(zhì)量要求嚴等特點，其建筑物對沉降變形要求極高[2]，并且要求具有100年的使用壽命。這些要求對結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性提出了更高的要求[3]。天然建筑材料的種類一般包括：填料、砂(細骨料)、碎石(粗骨料)、片石、道砟等，粗、細骨料的勘察應調(diào)查產(chǎn)地、儲量、類型，在應用于混凝土工程時，應檢測骨料的材質(zhì)是否滿足設(shè)計的需要，調(diào)查并檢測骨料的堿活性。堿-集料反應(AAR)是影響結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的重要因素之一[4-5]，也是鐵路工程勘察及試驗需要重點關(guān)注的問題。近年來發(fā)展起來的南非法(快速砂漿棒法)是高溫高堿條件下的快速方法，該方法在加拿大、英國等許多國家進行了試驗驗證，可以檢測慢膨脹巖石的活性[6]。研究快速砂漿棒法測長時，試件的成形條件、尺寸、測試時間、養(yǎng)護過程中NaOH溶液含量變化等試驗因素對測試結(jié)果的影響，并討論一些應當注意的問題。

1 試驗方法[7-9]

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》(JGJ52—2006)，《建筑用砂》(GB/T 14684—2001)，《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685—2001)等規(guī)范對砂、碎石集料的快速堿活性測試有明確的規(guī)定。該方法所用水泥為普通硅酸鹽水泥，骨料選取的粒徑為0.15～5 mm，水泥與砂的質(zhì)量比例為1∶2.25，水灰比為0.47。每組試模3個試件，試件成形后帶模在標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護24 h，然后將同種集料制成的試件脫模后放在同一養(yǎng)護筒中，將養(yǎng)護筒浸泡在(80±2) ℃的烘箱或水浴箱中養(yǎng)護24 h，取出測試基準長度。然后放入溫度為(80±2) ℃，濃度為1 mol/L的NaOH溶液中養(yǎng)護，并確保試件被完全浸泡，分別測試3 d、7 d、10 d、14 d試件的長度。結(jié)果評定以試件14 d的膨脹率作為評定集料是否具有堿活性的依據(jù)，當14 d膨脹率小于0.10%時，可判定為無潛在危害；當14 d膨脹率在0.10%～0.20%之間時，不能最終判定是否具有堿活性；當14 d膨脹率大于0.20%時，可判定為有潛在危害。此方法只適用于檢驗硅質(zhì)集料與混凝土中的堿產(chǎn)生潛在反應的危害性，不適用于堿碳酸鹽反應集料的活性檢驗。因此，在成型試件前，應先采用巖相法檢測集料的礦物成分。

2 影響快速堿集料反應砂漿棒測長結(jié)果的因素

2.1 試件的成形條件對結(jié)果的影響

試驗前應先按表1級配要求將集料進行組合成試驗用料，洗凈烘干后備用。本試驗取用代表性的2組(A1、A2)砂、碎石集料按25 mm×25 mm×280 mm規(guī)格的尺寸成形，其中A1組為細度模數(shù)為3.0的中砂，A2為顆粒表面有石屑的石英巖集料。成形條件一：分兩層裝模，每層按照規(guī)范要求振搗40次；成形條件二：分兩層裝模，每層振搗50次；成形條件三：分兩層裝模，每層振搗20～30次。對樣品14 d的膨脹率進行對比，結(jié)果見表2。

表1 集料級配

表2 集料在不同成形條件下14 d的膨脹率

在裝模時，發(fā)現(xiàn)A1、A2組集料以成形條件二制備的試件表面有些泌水，說明振搗過長；成形條件三做的試件在拆模時，發(fā)現(xiàn)測頭附近不密實，有脫空現(xiàn)象，說明試件振搗不足，反應在表2上測試的膨脹率值偏??；以成形條件一做的試件入模脫模都很正常，試件成形密實。通過表2也可以看出，當制備的試件有泌水情況的話，測出的膨脹率值偏大，因此應嚴格控制集料的振搗次數(shù)，使試件和測頭附近能夠成形密實，保證測試結(jié)果的精度。

2.2 試件尺寸對結(jié)果的影響

本試驗取用了有代表性的16組砂、碎石集料，按不同標準規(guī)定的尺寸進行成形，養(yǎng)護和測試條件保持一致，對各組樣品分別測試了14 d的膨脹率進行對比分析。試件尺寸分別為A：25 mm×25 mm×280 mm(依據(jù)JGJ52—2006、GB/T 14684—2001、GB/T 14685—2001)；B：40 mm×40 mm×160 mm(依據(jù)美國ASTM1260方法[10])；C：10 mm×10 mm×40 mm(依據(jù)《砂、石堿活性快速試驗方法》((CECS48：93)[11]) 。具體試驗結(jié)果見表3和圖1。

圖1 集料在不同試件尺寸下14 d膨脹值的對比

表3 集料在不同試件尺寸下14 d的膨脹率

注：集料類型是指不同細度模數(shù)的砂以及不同產(chǎn)地的相同巖性的碎石。

根據(jù)表3的結(jié)果可以得出：三種試件尺寸得到的14d膨脹值有一定的差異，本試驗以試件尺寸A得到的測試結(jié)果作為基準，除個別組外，試件尺寸B和試件尺寸C得到的測試結(jié)果都比試件尺寸A得到的測試結(jié)果要大，說明試件尺寸對試驗結(jié)果有較大的影響。

從圖1可以看出，以膨脹值0.10%為基準值，試件尺寸A、試件尺寸B和試件尺寸C得到的測試結(jié)果都有不一致的情況，個別組采用試件尺寸B或試件尺寸C的試件會出現(xiàn)誤判、漏判的現(xiàn)象，綜合看采用25 mm×25 mm×280 mm的試件比較合理。

2.3 試件的測試時間對結(jié)果的影響

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》(JGJ52-2006)等規(guī)范規(guī)定，將試件從養(yǎng)護筒中逐個取出，用抹布擦干表面，立即用測長儀測試試件的長度，每個試件至少重復兩次，每次每個試件從取出擦干表面到讀數(shù)完成應在(15±5) s內(nèi)結(jié)束。本試驗就試件的測試時間對測試結(jié)果的影響進行了分析，具體結(jié)果見表4。

從表4可以看出：試件的測試時間對測試結(jié)果的影響較大，測出的膨脹值結(jié)果隨測試時間的延長而減小，測試在1 min內(nèi)完成時，測試結(jié)果減小0.01%～0.02%；而當試件用濕布覆蓋10 min以后測試的結(jié)果要比試件在(15±5)s內(nèi)測試的結(jié)果小0.03%～0.06%，甚至有收縮的情況出現(xiàn)。因此，試驗中從養(yǎng)護筒中取出試件到完成讀數(shù)必須按照規(guī)范規(guī)定在(15±5)s內(nèi)完成，以保證高溫高堿的試驗條件。

表4 試件的測試時間對測試結(jié)果的影響 s

注：為了防止試件表面失水，測試時用濕毛巾覆蓋保濕。

2.4 試件養(yǎng)護過程中NaOH溶液含量變化對結(jié)果的影響

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》(JGJ52—2006)等規(guī)范規(guī)定，試件在NaOH溶液中養(yǎng)護的濃度為1 mol/L。在試驗過程中，將試件從含有NaOH溶液的養(yǎng)護筒中取出測長時，難免會有少量NaOH溶液散失。另外，如果養(yǎng)護筒密封不嚴實，隨著養(yǎng)護齡期的延長也會蒸發(fā)掉一定量的NaOH溶液，造成NaOH溶液含量的變化，甚至出現(xiàn)試件不能完全被NaOH溶液完全浸沒的現(xiàn)象。本試驗取用四組有代表性的中砂和碎石，對在試件養(yǎng)護過程中NaOH溶液含量變化對7 d和14 d膨脹率測試結(jié)果的影響進行了對比，見表5。

表5 NaOH溶液含量變化對測試結(jié)果的影響 %

從表5可以看出，養(yǎng)護過程中NaOH溶液含量變化對測試結(jié)果有一定的影響，增加NaOH溶液使試樣7 d和14 d的膨脹值比不增加NaOH溶液的測試結(jié)果大0.02%～0.04%，會產(chǎn)生錯判、誤判的現(xiàn)象。由于規(guī)范中并未規(guī)定在養(yǎng)護過程中可以補充NaOH溶液。因此，在試驗過程中取出試件時應盡量輕拿輕放，并且嚴格保證密封養(yǎng)護筒，避免NaOH溶液的蒸發(fā)，影響試驗結(jié)果的準確性。

3 討論

根據(jù)試驗結(jié)果可以看出，采用25 mm×25 mm×280 mm的試件進行測試是合理的，測試過程中應保證試件溫度，試件測長必須保證在(15±5) s時間內(nèi)完成，試驗中應保證NaOH溶液的量足以浸沒試件，避免在試驗過程中添加NaOH溶液。另外，在試驗操作過程中還應注意以下一些問題：

①試驗成形時，應振搗密實，分兩層裝模，每層振搗40下，若遇到附著石屑的集料，應適當延長5～10下振搗次數(shù)，以保證試件成形的密實性。

②測長時保證測頭光滑潔凈，在拆模時用記號筆標注試件的編號，用箭頭標示測長方向，保證每次測長時試件的位置、方向一致。試件的初始長度必須測試準確，并且試件每次測長時應保持在同一時刻進行。

③每次應在(20±2) ℃的恒溫室中進行測試。測試時應用濕布覆蓋試件，以防止水分蒸發(fā)。當測長結(jié)束時，應立即將試件放回NaOH溶液中進行養(yǎng)護。

④試件在養(yǎng)護筒中應呈垂直分離放置狀態(tài)，試件之間應有一定的空隙，且不能接觸養(yǎng)護筒壁，在整個養(yǎng)護期間，要嚴格保證養(yǎng)護筒處于密封狀態(tài)。

[1] 吳偉.平原及山區(qū)高速鐵路選線的控制因素[J].鐵道勘察，2010(1):87-88

[2] 王茂靖.高速鐵路工程地質(zhì)勘察特點[J].鐵道勘察，2005(4):54-56

[3] 劉旭全.客運專線大斷面黃土隧道高性能混凝土施工技術(shù)研究[J].鐵道工程學報，2008(11):87-88

[4] 趙學榮.堿-集料反應對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響的研究[D].天津：天津大學建筑工程學院，2008

[5] 唐文軍.鐵路工程天然建筑材料勘察及試驗要點[J].鐵道勘察，2007(3):32-34

[6] 馬杰. 堿-集料反應的試驗方法研究[J].鐵道勘察，2010(5):56-58

[7] JGJ52—2006普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準[S]

[8] GB/T 14684—2001建筑用砂[S]

[9] GB/T 14685—2001建筑用卵石、碎石[S]

[10]ASTM C1260—94，Standard test method for potential alkali reactivity if aggregates (Mortar-Bar Method ) Annual book of ASTM standards[S]. Vol.04.02，Concrete and Mineral Aggregates，America Society for Testing and Materials，Philadephia，USA， 1994：648-651

[11]CECS48：93砂、石堿活性快速試驗方法[S]

TheAnalysisofInfluencingFactorsontherapidAlkali-AggregateReaction

MA Jie

2014-06-25

馬 杰(1983—)，男，2009年畢業(yè)于武漢理工大學建筑材料專業(yè)，工學碩士，工程師。

1672-7479(2014)05-0039-03

TU528.041

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