判定混凝土骨料ACR 活性反應(yīng)的試驗方法

摘要: 南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程各類建筑物及渠道需大量混凝土骨料, 鑒于半個世紀以來堿活性骨料反應(yīng)在世界各地造成混凝土工程的嚴重破壞, 尤其是骨料的ACR 活性反應(yīng)被譽為“混凝土的癌癥”, 且不可抑制, 因此判定骨料是否具有ACR 活性對工程安全至關(guān)重要。通過試驗, 對3 種判定試驗方法進行分析, 得出在不同情況下應(yīng)用不同的試驗方法檢測骨料是否具有ACR 活性的結(jié)論。

關(guān)鍵詞: ACR 活性; 巖相法; 巖石柱法; 巖石柱快速蒸壓法

中圖分類號: TV68; TV41 文獻標識碼: A 文章編號: 1672- 9900(2007)02- 0032- 02

1 概述

　　南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程需要大量混凝土粗骨料。由于沿線粗骨料場骨料巖性均為碳酸巖, 因此判定骨料是否具有ACR 活性反應(yīng)對工程安全至關(guān)重要。

　　ACR 活性反應(yīng)即堿碳酸巖活性反應(yīng), 有特定結(jié)構(gòu)的泥質(zhì)細粒白云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)細?；屹|(zhì)白云巖在一定濕度環(huán)境下與水泥及外加劑中的堿起化學反應(yīng)生成膠體遇水膨脹,使混凝土產(chǎn)生裂縫, 最終導(dǎo)致混凝土破壞, 且目前還無可靠的抑制措施。

　　用不同方法評定了一些骨料的ACR 活性, 并將評定結(jié)果進行比較, 發(fā)現(xiàn)用不同方法評定骨料堿活性所得到的結(jié)果并非一致。為此, 結(jié)合工程實例, 對我國目前常用的一些評定方法之間的差異進行一些分析研究, 并對如何評定這些骨料的堿活性提出一些看法。

2 粗骨料ACR 活性反應(yīng)試驗

2.1 巖相法

　　巖相法確定樣品具有ACR 活性的理論依據(jù)為樣品中是否含有堿活性物質(zhì), 由于無法考慮樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)對ACR活性的影響, 因此巖相法確定的具有ACR 活性的樣品數(shù)量較多, 因此巖相法只能確定該樣品不具有ACR 活性, 對于樣品中含有ACR 活性物質(zhì)的是否具有活性, 只能通過其他方法確定。

　　其試驗過程為首先對骨料進行按類分揀、稱重, 然后磨制薄片, 在偏光顯微鏡下進行觀察, 再進行X 射線衍射分析, 對礦物基本巖性進行鑒別。在此基礎(chǔ)上確定各基本巖性的相對含量, 各骨料中巖性相對含量見表1。

　　根據(jù)巖相鑒定結(jié)果, 其中有兩組樣品中不含白云石晶體, 對于不含活性礦物的巖石, 可評定為非堿活性骨料。有8

組樣品中含有細小菱形的白云石晶體, 具有潛在ACR 活性反應(yīng)。

　　由于巖相鑒定只能反應(yīng)出巖石樣品中是否含有堿活性成分, 但不能評價其是否一定發(fā)生反應(yīng), 因此這8 組樣品是否發(fā)生ACR 活性反應(yīng), 還需進一步鑒定。

2.2 巖石柱法

　　通過巖相鑒定后對剩余8 組樣品進行巖石柱法試驗來進一步鑒定樣品是否具有ACR 活性反應(yīng)。巖石柱法確定樣品的理論根據(jù)是通過增加溶液中的堿含量, 縮短ACR 反應(yīng)周期達到檢測ACR 活性的目的。其試驗過程為在巖石樣品上鉆取圓柱體試件, 試件直徑為9±1mm, 長度為35±5mm, 試件兩端面磨光、平行且與主軸線垂直, 試件加工時應(yīng)避免表面變質(zhì)而影響堿溶液滲入巖樣的速度。

　　試件放入盛有蒸餾水的瓶中, 置于20±2℃的恒溫箱內(nèi),每隔24h 取出擦干表面水份, 進行測長, 直至試件前后兩次測得的長度變化不超過0.02%為止( 一般需2～5d) , 以最后一次測得的試件長度為基準長度; 將基準長的試件浸入盛有濃度為1mol/L 氫氧化鈉溶液的瓶中, 液面應(yīng)超過試件頂面10mm 以上, 每個試件的平均液量至少應(yīng)為50ml。同一瓶中不得浸泡不同品種的試件, 蓋嚴瓶蓋, 置于20±2℃的恒溫箱中。

　　在20±2℃的恒溫箱中進行測長。每個試件測長方向應(yīng)始終保持一致。測量時, 將試件從瓶中取出, 先用蒸餾水洗滌, 將表面水擦干后測長, 測長齡期從試件泡入堿液時算起, 在7、14、21、28、56、84d 時進行測量, 如有需要以后每4周一次, 一年后每12 周一次。

　　試件在浸泡期間, 應(yīng)觀測其形態(tài)的變化, 如開裂、彎曲、斷裂等, 并做記錄。

　　結(jié)果評定應(yīng)符合下列規(guī)定:

　　(1) 同塊巖石所取的試樣中以其膨脹率最大的一個測值作為分析該巖石堿活性的依據(jù), 其余數(shù)據(jù)不予考慮。

　　(2) 試件浸泡84d 的膨脹率如超過0.10%, 則該巖樣應(yīng)評為具有潛在堿活性危害。

　　(3) 表2 試驗成果可知, 1、6、8、9 號樣品為非堿碳酸巖活性骨料; 其他4 組樣品為堿碳酸鹽活性骨料。

　　注: ①28d 齡期膨脹率小于0.09%, 為非ACR 活性; ②膨脹率0.09%～0.1%為可疑ACR 活性; ③膨脹率大于0.1%或樣品粉化為ACR 活性; ④膨脹率大于0.1%為堿碳酸巖活性集料。

2.3 巖石柱快速蒸壓法

　　本方法是針對ACR 活性反應(yīng)的一種快速測定方法, 該方法尚未定為國家標準, 只是為工程建設(shè)需要而制定的一種篩選方法。

　　巖石柱快速蒸壓法試驗的理論依據(jù)與巖石柱法相同,不同之處在于巖石柱快速蒸壓法的測試溫度為150℃, 高于巖石柱法; 測試齡期為28d, 短于巖石柱法。用較高的溫度提高化學反應(yīng)速度, 達到縮短測試齡期的目的。

　　其試驗過程與巖石柱法試驗大體相同, 不同之處在于快速蒸壓法的樣品浸泡溫度為150℃, 測長齡期從試件泡入堿液時算起, 在7、14、21、28d 時進行測量, 如有需要以后每4 周一次, 一年后每12 周一次。

　　試驗成果見表3。由表3 可見, 1、6 號兩個樣品為非ACR 活性; 2、4、9 號3 個樣品為可疑ACR 活性; 其他兩組為ACR 活性。

2.4 試驗成果分析

　　由試驗結(jié)果可知: 巖石柱法試驗中確定具有ACR 活性的樣品編號為2、4、7、10 號; 巖石柱快速蒸壓法試驗中確定具有ACR 活性或可疑ACR 活性的樣品編號為2、4、7、8、9、10 號; 巖相法確定的具有潛在ACR 活性的樣品編號為1、2、4、6、7、8、9、10 號。

　　按照規(guī)程要求, 確定樣品是否具有ACR 活性是以巖石柱法試驗結(jié)果判定的, 從試驗成果看, 巖石柱法試驗確定的4 組具有ACR 活性的樣品均包括在另外兩種試驗方法之內(nèi), 但另外兩種試驗方法確定的具有ACR 活性的樣品數(shù)量均多于巖石柱法, 經(jīng)分析, 試驗方法的理論依據(jù)不同, 導(dǎo)致結(jié)果有差異。

3 結(jié)語

通過試驗判斷樣品是否具有ACR 活性有以下3 種方法。

　　(1) 巖相法能快速確定樣品不具有ACR 活性, 但對于含堿活性物質(zhì)的樣品是否具有ACR 活性無能為力。

　　(2) 巖石柱法齡期較長, 但能準確判定樣品是否具有ACR 活性。

　　(3) 巖石柱快速蒸壓法齡期適中, 通過試驗數(shù)據(jù)對比,

　　該方法判定無ACR 活性的樣品與巖石柱法一致, 可作為判定樣品不具有ACR 活性的依據(jù)。

　　3 種試驗方法各有優(yōu)缺點: ①巖相法的優(yōu)點是短時間能夠排除樣品不具有ACR 活性, 不會漏判, 但錯判的機率大;②巖石柱快速蒸壓法試驗齡期適中, 不會漏判, 但有錯判的可能, 錯判機率遠小于巖相法; ③巖石柱法能準確判定樣品是否具有ACR 活性, 但齡期較長。

　　因此, 建議工程工期要求較緊張時, 采用巖相法與快速蒸壓法進行判定; 當工期不緊張時, 采用巖相法與巖石柱法進行判定。

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