混凝土骨料的碱活性及其评价

1、混凝土骨料的碱活性及其评价(刘莹王学杰)欧阳引擎(2021.01.01)摘要骨料碱活性检验的方法较多。判定骨料是否具 有潜在活性，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骨料进 行检验，通过具体分析，对骨料碱活性进行了评价。关键词碱活性砂浆棒快速法评价1前言所谓碱骨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)与骨料中的活性成 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。混凝土的硕一骨料反应是混 凝土耐久性研究的重要课题之一。由于活性骨料经搅拌后大 体上呈均匀分布，所以

2、一旦发生硕骨料反应，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。鉴定骨料的硕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，一般按与碱反应 的岩石类型，可将碱一骨料反应划分为三种类型，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 Reaction)碱-硅酸反

3、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+nH2ONa2O.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增大，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、玛瑙、鳞石英、方英石、火（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碱骨科反应事 例中，绝大多数为硕-硅酸反应。碱-碳

4、酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction)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 生成硕，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降至足够低为止。碱-硅酸盐反应(Alkali-Silicatc Reaction)碱硅酸盐反应是指混凝土中的硕与骨料中某些层状结构 的硅酸盐发

5、生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，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降低值，借以判断骨料在使用高碱 水泥的混凝土中杲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。骨料活性判定：当试验结果出现碱度降低值 70而滤液 中的二氧化硅浓度 碱度降低

6、值或硕度降低值 70而滤液中 的二氧化硅浓度35+碱度降低值/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。它杲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砌-硅酸盐反应和碱- 硅酸反应，不适用于硕-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。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0.0

7、5%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 具有硕活性。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(ASTMC1260-94 和 CSAA23.2-25A),该 方法能在16天内检测出骨料在砂浆中的潜在有害的碱一硅 酸反应，

8、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：砂浆试件14d的膨胀率小于0.1%,则骨料为非活 性骨料；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；砂浆试件14d的膨胀率在0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。适用于硕-硅酸反应和碱碳酸盐 反应，试验周期较长，需要一

9、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，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

10、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。岩相法是逬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，一直是作为骨料硕活性检 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

11、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，断面不平整；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，为钙质胶结。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，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

12、长石，可见明显的聚片双晶；云田多呈细长条状.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，方解石多呈交代团块状。颗粒之 间基本为基底式胶结。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

13、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，为钙质胶结。薄片一具粉砂 状泥质结构，见因颜色的差异所形成的条带构造，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

14、； 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-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 的潜在有害的碱一硅酸反应。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

15、在有害的碱一硅 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802t： 的烘箱中，测得基准长度后进行3次观测，即3d、7d、 14do砂浆棒快速法试验结果见表3 （略）。龄期膨胀曲线见 图1一图2O检验结果表明:编号为BJZS的砾石样品和CQQL的粗砂 样品砂浆条14天膨胀率分别为0.046%、0.031%,小于 0.1%o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结语骨料硕活性检验有多种方法，应根据骨料的岩性、