混凝土用骨料堿活性試驗方法快速砂漿棒法

王藝華

摘要：堿-骨料反應引起的混凝土膨脹、開裂甚至破壞已引起各國的廣泛關注。堿集料破壞具有混凝土結構逐漸開裂和不可修復終止的特點。為了保證混凝土工程的耐久性，防止堿骨料的破壞，施工前對骨料的堿活性進行評價是非常重要的。因此，堿骨料的測試和評價方法已成為混凝土堿骨料反應研究領域的一個重要方面。

關鍵詞：堿活性;試驗方法;測長法;可靠性

由堿骨料反應造成的混凝土膨脹、開裂甚至破壞已經引起了各國的普遍重視，目前堿活性檢驗方法主要有巖相法、化學法和測長法等，這些方法對保證混凝土耐久性起到積極作用，但也存在其本身缺陷。

一、概述

目前各國堿活性的檢驗方法主要有三類：一是巖相法，通過巖相鑒定骨料中是否含有活性礦物組分，并確定活性礦物種類——硅酸類或碳酸鹽類，以定性分析為主;二是化學法，測定骨料在堿液中的二氧化硅的溶出量以及反應消耗掉的堿量;三是測長法，測定骨料與堿反應后發(fā)生的膨脹率大小。這些方法對鑒定骨料堿活性、保證混凝土工程耐久性起到了積極的作用，但也存在錯判、漏判的情況。為此，不少學者從不同角度對堿骨料活性的試驗方法進行了評述，對RILEM標準、ASTM標準和CSA標準中集料堿活性檢測方法進行了比較。對3種料場的骨料進行了堿活性試驗方法的比較，結果表明不同方法的結果并不一致，ASTM C227方法僅反映了骨料的短期行為，對慢膨脹活性骨料，應延長反應時間或提高反應速度，則可與壓蒸法得出一致結論。評述了多種ASTM試驗方法的特點，并提出快速測長法是主流趨勢。城市建設規(guī)模較大，由于堿骨料反應破壞的不可修復性，為避免混凝土工程質量隱患，市建委要求對進滬骨料的堿活性進行評定。核電建設進入高潮，核電要求對骨料的堿活性進行專項鑒定。自 開工建設以來。投資規(guī)模十分巨大，工程對骨料堿活性作出了嚴格且切合實際的規(guī)定。在大量的堿活性試驗評定過程中發(fā)現某些方法太過嚴格，對工程選擇骨料造成極大困擾;而某些方法的可操作性、可靠性存在問題。為此展開了堿骨料反應試驗方法研究，并進行實際應用。

二、ASTM C1260堿骨料反應標準試驗方法（快速砂漿棒法）

ASTM C1260骨料潛在堿活性標準試驗方法（快速砂漿棒法）是被我國許多標準采納的快速試驗方法，其標準如下：14 d膨脹率若小于0.10%，大概率可以判定為無潛在堿-硅酸鹽反應危害;14 d膨脹率若大于0.20%，可判定為有潛在堿骨料反應危害;14 d膨脹率若在0.10%～0.20%，判定為疑似堿骨料反應，可延長80℃、1 mol/L的NaOH溶液中養(yǎng)護期至28 d，當28 d膨脹率大于0.20%時，判定為有潛在堿-硅酸鹽反應危害。對該方法進行可靠性研究時，選取不同巖相（流紋巖、安山巖、石英砂巖、凝灰?guī)r、板巖、花崗巖等）骨料樣品，分別按ASTM C1260和國內公認較為嚴格的CECS 48：93《砂、石堿活性快速試驗方法》進行對比測試，按CECS 48：93判定為活性骨料的，按ASTM C1260也判定為活性骨料;按CECS 48：93判定為非活性骨料的，按ASTM C1260部分判定為活性骨料，部分判定為非活性骨料。同時發(fā)現，當14 d膨脹率在0.10%～0.20%時，延長養(yǎng)護至28 d的膨脹率全部大于0.20%，即可疑骨料全部判定為活性骨料。由此可見，ASTM C1260方法太過嚴格，可能造成對非活性骨料的錯判，從而對建設工程選擇骨料造成極大困擾。國家標準采納了這個研究結果，在采用ASTM C1260時，對其判據作出了部分修改，改為“當14 d膨脹率在0.10%～0.20%時，不能最終判定有潛在堿-硅酸鹽反應危害，可以按砂漿棒法再進行試驗來判定”。

三、使用較廣泛的堿骨料檢驗標準

堿骨料反應分為堿-硅酸鹽反應和堿-碳酸鹽反應 2 類，2 類活性礦物的堿活性反應機理完全不同，適用的測試方法亦不同。ASTM C295 骨料堿活性巖相檢驗方法適用于堿-硅酸鹽反應和堿-碳酸鹽反應活性礦物。該方法是把骨料磨制成光薄片，在顯微鏡下鑒定礦物組成、巖石結構等，并測定活性礦物組分的量及分布;對于巖相鑒定為不含活性礦物的巖石，可評定為非活性骨料;對于巖相鑒定為含活性礦物的巖石，需要進一步用其它方法試驗判定。這是以定性為主且被國際公認的方法，各國都把它列為標準。ASTM C289 骨料潛在堿活性標準試驗方法（化學法），適用于堿-硅酸鹽反應活性骨料。該方法主要測定磨細骨料在堿溶液中的二氧化硅溶出量以及消耗掉的堿量;但該方法特別容易受到碳酸鹽等非硅質組分的干擾，而工程用骨料極大部分含有碳酸鹽組分。加拿大、澳大利亞等國已取消這種方法，我國國家標準，建工、公路等行業(yè)現行標準也已取消這種方法。ASTM C227 骨料潛在堿活性標準試驗方法（砂漿棒法），適用于堿-硅酸鹽反應活性骨料。該方法將骨料制成砂漿棒，測定在 40 ℃條件下的膨脹率，需要 3～12 個月時間。該方法周期長，適用于高活性、快膨脹骨料。我國現行國家標準及行業(yè)標準都有采用這種方法。ASTM C1260 骨料潛在堿活性標準試驗方法（快速砂漿棒法），適用于堿-硅酸鹽反應活性骨料。該方法是在 ASTMC227 的基礎上將養(yǎng)護溫度提高到 80 ℃，并將砂漿棒試體浸泡在1 mol/L 的 NaOH 溶液中。該方法被許多國家采用，我國國家標準及行業(yè)標準都有采用，但由于該方法太嚴格，國家標準在判定上作了修改。ASTM C586 碳酸鹽骨料潛在堿活性標準試驗方法（巖石柱法），適用于堿-碳酸鹽反應活性骨料。該方法鉆取互相垂直的圓柱體巖石試件[直徑不小于 7.5 mm，高（35±5）mm] 3 個，浸泡在 1 mol/L 的 NaOH 溶液中，定期測定試件的膨脹率，試驗周期為 84 d?，F行國家標準及行業(yè)標準都有采用這種方法，但由于該方法試件尺寸小，加工難度大，測量重復性差，國家標準將這種方法進行了改進。

四、堿骨料反應試驗方法研究成果應用

骨料堿活性評定。建設工程用骨料全部來自周邊地區(qū)，大量堿活性試驗結果表明：一部分建設工程用骨料以安山巖、安山質凝灰?guī)r、流紋巖等火成巖為主，少部分為砂巖、板巖;極大部分骨料含有堿-硅酸鹽反應活性礦物，活性礦物組分主要為微晶石英、隱晶質熔巖物質、波狀消光石英、燧石等活性礦物，未發(fā)現蛋白石等高活性礦物。經快速法堿活性測試，大部分骨料14 d膨脹率大于0.20%，存在潛在堿骨料反應危害;少量骨料14 d膨脹率在0.10%～0.20%，為可疑骨料;14 d膨脹率小于0.10%的非活性骨料占比很小。由于混凝土骨料用量大、價格低，運輸成本占比很高，存在供應半徑問題，因此，極大部分建設工程只能使用堿活性骨料，對骨料堿活性的準確評定，有利于采取積極的預防措施，從而避免建設工程堿骨料破壞問題的發(fā)生。

總之，堿骨料反應試驗方法研究提高了堿活性評定結果的可靠性、準確性。研究成果應用于對建設工程用骨料的堿活性評定工作中，得到了有關國家監(jiān)督監(jiān)管部門的高度認可，有利于工程采取積極的預防措施，避免遭受堿骨料破壞損失。

參考文獻

[1]劉都梓.集料堿活性檢測方法評述.2019.

[2]王承軍，關于混凝土用骨料堿活性試驗方法快速砂漿棒法.2020.