骨料潜在反应的检验方法

标准代码：C289-94骨料潜在碱硅反应性检验方法（化学方法）1本标准是以固定代码C289发布的，标准代码后面紧跟的数字表示最初采用的年份或表示最后一次修订的年份（如有修订）。在圆括号内的数字表示重新审批的年份。上标的希腊字母表中第5个字母（^）表示自从上次修改或重新获批以来发行版本的变化。本标准的使用巳得到国防部相关机构的批准。1、 适用范围1.1、 本检验方法涉及硅酸盐水泥混凝土中骨料与碱液的潜在反应性，用80°C下24小时内1N氢氧化钠溶液与破碎后的骨料（300微米筛筛过但在150微米筛上筛余的骨料）的反应量表示。1.2、 用国际单位制单位表示的数值应视为标准值。1.3、 制定本标准的目的不在于解决与本标准的使用相关的所有安全问题（如有。本标准的使用人有责任制定相应的安全与健康规范，并在使用本标准之前明确相关规章限制的适用性。具体安全预防措施陈述见第5.7.1节。2、 参考文献2.1、ASTM标准：C114水硬性水泥化学分析的检验方法2C227水泥-骨料组合潜在碱反应性检验方法（灰浆棒）3C295混凝土用骨料岩相检验指南3C1005水硬性水泥物理试验用重量与称重仪器规范2D1193试剂用水规格本规范由ASTM混凝土与混凝土骨料砂C-9委员会归口管理并由C09.26材料化学反应小组委员会负责。当前版本1994年4月15本规范由ASTM混凝土与混凝土骨料砂C-9委员会归口管理并由C09.26材料化学反应小组委员会负责。当前版本1994年4月15日获批。1994年8月公布。最初公布的代码为C289-52。最后一次修订的代码为C289-87。《ASTM标准年鉴》卷04.01。《ASTM标准年鉴》卷04.02。《ASTM标准年鉴》卷11.01。美国宾夕法尼亚州19428-2959，西康斯荷根市BarrHarbor大道100号。《ASTM标准年鉴》卷08.01。《ASTM标准年鉴》卷14.02。《ASTM标准年鉴》卷03.05。D1248聚乙烯模塑和挤出材料规格5E11试验用金属丝筛布筛分装置6E60金属的化学分析用光度测量法和分光光度法72.2、美国化学会文件：化学试剂-美国化学学会规格注释1：有关美国化学会未列出的试剂检验的建议，参见“化学试剂及其标准”（纽约JOSEPHROSIN,D.VANNOSTRAND有限公司）和“美国药典”。3、 意义及应用3.1、 本检验方法可与其他方法同时用于检验硅酸盐水泥混凝土中硅质骨料与碱的潜在反应性。氢氧化钠溶液与硅质骨料之间的反应旨在验证混凝土结构中骨料的性能是否符合要求，这种反应方法应当在对新的骨料来源进行检验或预期会发生碱硅反应的情况下使用。3.2、 利用本检验方法可在很短时间内得出检验结果；虽然这些检验结果并非在任何情况下都完全可靠，但至少可以提供一些有用的参数，这些参数可能表明需要通过C227“检验方法”和C295“指南”获取更多的信息。4、 仪器设施4.1、 称-用于称量材料的称和砝码应符合C1005“检验方法”中规定的要求。4.2、 天平-采用重力测量法测定溶化的二氧化硅时使用的分析天平和砝码应符合C114“检验方法”中列出的要求。4.3、 破碎和研磨装置-一台能够将大约4千克的骨料破碎并研磨至300微米筛过筛料的小型颚式破碎机和盘式粉磨机或其他合适的装置。4.4、 筛子-符合E11规格的300微米和150微米的方孔、编织金属丝布网筛；4.5、 反应容器-50〜75-mL容量的反应容器，由耐腐蚀钢或其他耐腐蚀材料制成，装有气密盖。合适的容器如图1所示。当然，也可使用其他用耐腐蚀材料（比如聚乙烯）制成的容器。摩尔浓度不足10毫摩尔/升的氢氧化钠溶液在上述容器中作为坯料单独使用时溶液碱度的变化（Rc，见关于碱度降低的章节）可证明容器是否合用。

容器盖18-8不锈钢容器体不锈钢全面抛光夹具容器盖18-8不锈钢容器体不锈钢全面抛光夹具氯丁橡胶垫片模制到位注1-所有尺寸单位均为毫米。图1:反应容器4.6、 恒温液浴-能够在24小时内始终保持在80±1°C温度的液浴。4.7、 分光光度计或光度计-一只能够测量大约410纳米的恒定波长下光传播情况的分光光度计或光电光度计（见E60规范）。4.8、 玻璃器皿-应仔细挑选所有玻璃器皿，以满足每次操作的特殊要求。标准量瓶、滴定管、吸管应具备较高的精度等级。5、化学试剂5.1、试剂的纯度-分析试剂级化学品应在所有试验中使用。除非另有规定，所有的试剂都应符合美国化学会分析试剂委员会的规范（这些规范可从美国化学会分析试剂委员会）。对于其他等级的试剂，只要首先确定其纯度足够高，在不降低测定准确度的情况下也可使用。5.2、水的纯度-除非另有规定，水基准纯度应被视为符合D1193规格的第四类标准的试剂用水。5.3、 钼酸铵溶液-将10克钼酸铵（（NH4）6Mo7O24-4H2O）溶解在100mL的水中。如果溶液混浊不清，则应用一张纹理细密的滤纸过滤。并将溶液存放在一只聚乙烯容器内（见附注2）。5.4、 氢氯酸（1.19kg/L）-浓盐酸（HC1）。将溶液存放在一只耐化学试剂腐蚀的玻璃容器或合适的塑料容器内（见附注2）。5.5标准盐酸（0.05N）-制备约0.05N的盐酸并使其达到土0.0001N的标准。并将溶液存放在一只耐化学试剂腐蚀的玻璃容器或合适的塑料容器内（见附注2）。5.6盐酸（1+1）-将同等体积的浓盐酸HC1（1.19kg/L）与水混合。并将溶液存放在一只耐化学试剂腐蚀的玻璃容器或合适的塑料容器内（见附注2）。5.7、 氢氟酸（约50%的HF）-浓氢氟酸。存放在一只聚乙烯容器内（见附注2）。5.7.1、注意事项-在使用氢氟酸之前，应仔细阅读（1）使用氢氟酸的安全注意事项，（2）做好灼伤急救准备，（3）根据生产商《材料安全参数表》或其他可靠安全文献的说明，做好应对酸液溅溢的应急响应准备。氢氟酸能够严重灼伤没有在防护措施的皮肤和眼睛。应始终配备适当的人身防护和劳动保护设施，其中全脸防护罩、橡胶围裙以及防止氢氟酸渗入的手套等。应定期检查手套上是否有针孔。5.8、 草酸溶液-将10克的二水草酸溶解在100mL的水中。并将溶液存放在一只耐化学试剂腐蚀的玻璃容器或合适的塑料容器内（见附注2）。5.9酚酞指示剂溶液-将1克的酚酞溶解在100mL的乙醇（1+1）中。并将溶液存放在一只耐化学试剂腐蚀的玻璃容器或合适的塑料容器内（见附注2）。5.10标准硅溶液-采用将偏硅酸钠溶解在水中的办法制备每升约含10毫摩尔二氧化硅（SiO2）的标准硅溶液，并将溶液存放在聚乙烯瓶内。按照第8.1.1到8.2.1规定的程序，使用100-mL等分溶液测定SiO2的含量。不得使用保存期在一年以上的标准硅溶液，这是因为溶液中溶解的离子硅会缓慢产生聚合作用，从而导致测光读数虚低（见附注2）。5.11、氢氧化钠标准溶液（1.000土0.010N）-制备一份1.000±0.010N的氢氧化钠（NaOH）溶液，并使其达到土0.001N的标准。将溶液存放在聚乙烯瓶内（见附注2）。同时防止干试剂和溶液受二氧化碳污染。5.12、 硫酸（比重1.84）-浓硫酸（H2SO4）。将溶液存放在一只耐化学试剂腐蚀的玻璃容器内（见附注2）。附注2：选择容器时，必须确保试剂不因与构成容器的材料（包括色素或其他添加剂）发生化学反应或因通过容器壁的分级流逸而导致试剂改性。厚度不小于0.51毫米、由符合D1248规格A级三类材料要求的高密度聚乙烯材料制作的容器适合使用。6、 试样的选择与制备6.1、 本试验可用于细骨料，也可用于粗骨料；如果粗骨料和细骨料均属同一材质，则可用于全部骨料。6.2、 应按照下列程序，对有代表性的骨料进行破碎处理，使其能够通过300微米的筛，用过筛骨料制备试样（见附注3）：用一只小型颚式粉碎机对粗骨料进行破碎处理，使其能够通过4.75-毫米的筛。对破碎的粗骨料进行筛分，同时采用相同的方法对砂料进行筛分并回收150微米以上的颗粒。丢弃150微米筛的筛过料。使骨料反复通过一台盘式粉碎机，每通过一次都要进行筛分，从而达到减少300微米筛上筛余料的目的。第一次过筛时，筛板分离尺寸约为3mm，然后逐级减少，直至所有材料都通过300微米的分离筛。此外，必须尽一切努力，尽可能降低通过150微米筛的细粒所占的比例。附注3：建议根据第6.2款的规定分别对各种粒度级的粗骨料进行处理；同时建议将取自各粒度级的300微米到150微米的骨料混合在一起，混合比例应采用这些粒度级的骨料在混凝土中使用的比例。此外，还建议在根据第6.2款的规定对骨料进行处理之前，如有可能，对砂料进行筛分，并按照骨料在混凝土中使用的比例将多个粒度级的骨料重新混合。6.3、 为了确保及时清除所有粒径小于150微米筛眼的骨料，必须将骨料样本倾倒在一只150微米的筛子上进行冲洗。不要一次在230毫米直径的筛子上倾倒100克以上的骨料。应在105±5°C的温度下，对冲洗后的样本进行20±4小时烘干处理。然后让样本冷却，并再次在150微米的筛子上进行筛分。如果对样本的检验发现，颗粒物质上有粉质或粘土质涂层，应重复上述冲洗与烘干程序，并如前文所述，在150微米的筛子上进行筛分。保留150微米筛上的筛余料作为最终试样。反应程序7.1、 从按照第6节规定程序制备的150微米到300微米干试样中称取三份25.00±0.05克有代表性的试样。将每一份试样分别放入三只反应容器中的任意一只内，用吸管向容器内加注25毫升1.000N的氢氧化钠溶液。对于第四只反应容器，也应用吸管加注25毫升1.000N的氢氧化钠溶液，不放入试样。将这四只反应容器密封，然后轻轻摇晃容器，以便于释放其中夹杂的空气。7.2、 容器密封后立即将其置于温度保持在80±1.0C的液浴中。24±1/4小时后，将容器从液浴中取出，然后使其在温度低于30°C的流动自来水中冷却15±2分钟。7.3、 待容器冷却后立即将其开启，并将溶液中的骨料残渣过滤出来。启用一只瓷坩埚（见附注4）,同时配一张快速分析级圆盘形滤纸，并对滤纸周围进行切削处理，使其与埚底匹配，将坩埚置于漏斗内的橡胶坩埚架内。将一只容量为35到50毫升的干试管置于滤器烧瓶内，收集滤液，并将漏斗置于滤器烧瓶瓶颈内。在吸气器运行或真空管打开的情况下，将少量溶液倾析在滤纸上，以便于其正常固定在坩埚内。在不搅拌容器内物质的情况下，将剩余游离液体倾析到坩埚内。液体倾析完成后，关闭真空装置并将容器内的残留固体转入坩埚内，在一只不锈钢铲的帮助下使固体在坩埚内填实。然后，将真空气压调至大约51千帕。继续过滤，直至滤器以大约每10秒1滴的速率产生滤液；保留这些滤液用于后续试验。记录过滤时真空状态持续的总时长；并尽一切努力统一过滤装置的安装以及固体在坩埚内装填程序，确保同一组内所有试样的过滤时间相等。附注4：COORS尺寸4号古氏坩土埚或同等器皿可用于上述试验。7.4、 按照第7.3款所述程序对空白溶液进行过滤。对三份试样的真空加压处理，时长与平均过滤时间相等。7.5、 在过滤完成后立即对滤液进行搅拌以保证滤液的均质性，然后用吸管吸取每份10毫升的滤液，在量瓶中用水稀释成200毫升。妥善保存稀释溶液，用于测定溶解的SiO2和碱金属还原反应。7.6、 如果在过滤完成后4小时内未对稀释的滤液进行分析，则应将滤液转入一只洁净、干燥的聚乙烯容器内，并用瓶塞或气密盖将容器盖紧封好。8、采用重力测量法溶解二氧化硅8.1、操作程序：8.1.1、用吸管将100毫升的稀释液（7.5）吸入蒸发皿中，最好是铂金皿，以加快蒸发速度，同时，添加5到10毫升的盐酸（1.19kg/L），然后蒸发至蒸汽浴上直至干燥。在不对残留物质继续加热的情况下，用5到10毫升的盐酸（1.19kg/L）对其进行处理，然后再用等量的水进行稀释，或立即在残留物质上浇注10到20毫升的盐酸（1+1）。盖上器皿并在蒸气浴或加热板上消化10分钟。用等体积的热水稀释溶液，然后立即用量化分级的低灰滤纸过滤，再用热水（见附注5）对分离出来的二氧化硅（SiO2）进行彻底冲洗，同时保留残留物质。附注5：先用热硫酸（1+99）冲洗，然后再用热水冲洗SiO2沉淀析出物质的效果会更好。8.1.2、再次将滤液蒸干，在105到110C下，用烘炉烘烤残留物质，烘1小时。用10到15毫升的盐酸（1+1）与残留物质融合，然后在蒸汽浴或加热板上加热。用等体积的热水稀释溶液，然后截取并冲洗另一张滤纸上所含的少量SiO2。只在测定5.10中偏硅酸钠标准溶液的浓度时，才有必要进行二次蒸发。而对于其他检验溶液，可取消二次蒸发。8.1.3、 将含有残留物质的滤纸（见第8.1.1和8.1.2款）转到铂金坩埚内。烘干并点燃滤纸：首先用在低温下进行，直到滤纸中的碳在不燃烧的情况下完全耗尽；最后在1100到1200°C下加热直至其质量恒定不变。附注6：如果想知道SiO2残留物质中杂质的含量，可测定空坩土埚的质量。8.1.4、 在坩埚中，用几滴水、大约10毫升的氢氟酸（HF）、一滴硫酸（H2SO4）对由此而得到的SiO2（含有少量杂质）进行处理，然后在蒸汽浴中十分小心的将其蒸干。最后，在1050到1100C下，将少量残留物质加热1到2分钟，冷却后测定其质量。本次测定值与前次得到的质量值之差即表示SiO2的数量。8.2、计算：8.2.1、 下面计算从骨料中滤出的氢氧化钠（NaOH）溶液中SiO2的浓度，计算公式如下：Sc=3330XW（1）式中：Sc=原滤液中二氧化硅（SiO2）的浓度（毫摩尔每升）；W=100毫升稀释液中SiO2的克数。9、 采用光度测量法稀释的二氧化硅9.1、 适用范围：9.1.1、 本方法可用于测定每份溶液中结晶硅（非结晶硅）的含量（见附注7），但干扰色过多的溶液（比如丹宁酸等）除外，其不测定总硅。这种方法尤其适用于10ppm以下结晶硅的快速控制分析。附注7：结晶硅（非结晶硅）会与酸液（最佳pH值为1.2〜1.5）中的钥酸盐离子发生反应，生成一种绿黄色钥酸硅多色体，其浓度大约与溶液中硅的浓度成比例，但并不完全符合比尔定律。10、 校准曲线的绘制10.1、 通过稀释部分硅酸钠原液方法制备一系列已知硅浓度在0.0到0.5毫摩尔/升之间变化的溶液（见5.10）。然后将部分硅酸钠溶液转入大约装有一半水的100毫升容量瓶中。10.2、 加注2毫升的钼酸铵溶液和1毫升的盐酸（1+1），并通过摇晃烧瓶的方式进行搅拌。允许溶液在室温下存放15分钟。加入1.5+0.2毫升的草酸溶液，在烧瓶中注入一定量的水（到标线处），然后彻底搅拌。允许溶液存放5.0+0.1分钟。读取光度计上不同溶液410纳米波长的透光率，并与水的透光率进行比较。10.3、通过标绘每一种溶液的透光率读数与吸收率读数与溶液中已知二氧化硅浓度的对比情况，绘出相应的校准曲线。11、 溶解硅的测定11.1、 用吸管将一份10毫升的稀释溶液吸入已注入半瓶水的100毫升容量瓶中，然后按照第10.2和10.3款规定的程序操作。直接从以往绘制的同一波长光线透射率与硅浓度相关的校准曲线上读取硅浓度值。如果透光率低于30%或高于50%，则应使用份量更大或更小的稀释溶液。12、 计算12.1、 下面计算从骨料中滤出的氢氧化钠（NaOH）溶液中SiO2的浓度，计算公式如下：Sc=20x（100V）xC（2）式中：Sc=原滤液中二氧化硅（SiO2）的浓度（毫摩尔每升）；C=光度计中测出的溶液中硅的浓度（毫摩尔每升）；=7.5款中使用的稀释溶液的毫升数。碱性还原13.1、 程序：13.1.1、 用吸管将一份20毫升的稀释溶液吸入一只125毫升的爱伦美氏锥形烧瓶中，然后滴入2到3滴酚酞溶液，再用0.05-N盐酸滴定至酚酞端点。13.2、计算：13.2.1、 碱性还原计算公式如下：Rc=（20N/V1） （V3-V2）x1000 （3）式中，Rc=碱性还原（毫摩尔每升）；N=滴定用盐酸当量浓度，=7.5款中使用的稀释溶液的毫升数，V2=达到试样中酚酞端点所用盐酸的毫升数；V3=达到空白溶液中酚酞端点所用盐酸的毫升数。精度与偏差14.1、 精度-与本检验方法的精度相关的信息目前正在调查；在根据C670规范取得并分析适当数据时会公布这些信息。14.2、关于精度的初步参数表明，如果（5个）R值中的三个与其平均值之差都不大于下列值，则可认为检验结果令人满意：（1）当平均值为100毫摩尔或小于100毫摩尔（12毫摩尔/升），（2）当平均值大于100毫摩尔/升（12%）。14.3偏差-由于目前尚无任何可用于测定本方法偏差的参照材料，因此，没有编制偏差报告。15、关键词15.1、碱、骨料反应性、碱-硅反应性、混凝土骨料附件

（非强制性信息）

Xl.对检验结果的说明Xl.1、采用本方法得到的数据与含碱量较高的灰浆棒的膨胀率、对骨料的岩相检验结果以及混凝土结构中骨料的性能之间的相互关系已公布（见1-7）8舌号中的黑体数字是指本检验方法结尾处出现的参考文献。根据这些数据，已绘出图X1.1所示的实曲线。如果三个Rc和Sc点位于图X1.1所示曲线的有害骨料侧，则表示碱性反应可能的有害程度。然而，图中虚线上的点所代表的潜在有害骨料可能会导致砂浆或混凝土膨胀率相对降低（即使其与碱的反应非常剧烈也不例外）。在骨料使用记录证明这些骨料无害之前或在采用“检验方法C227”规定的程序，使用多种检验骨料的混合料和一种基本上不与其他物质发生反应的惰性骨料（比如级配适当的散石英或不含燧石的石灰石）进行补充检验证明这些骨料无害之前，应视为这些骨料可能表现出一定程度的反应有害性。试验骨料与惰性骨料的配合比大约在5:95到50:508舌号中的黑体数字是指本检验方法结尾处出现的参考文献X1.2、对于含有碳酸钙、碳酸镁或二价铁的骨料（比如方解石、白云石、菱镁矿或陨铁）或含有硅酸镁的骨料（比如叶蛇纹石（蛇纹石）），检验结果可能不正确（见6、7）。如果Sc和Rc值不表示骨料可能的反应性非常小，则因碳酸钙导致的误差将不是很大。依照“C295指南”进行的骨料检验可用于测定这类矿物质的存在。为了检验这些可能产生的效果，建议采用“检验方法C227”规定的方法进行检验。X1.3、建议考虑基于本方法的解释与“C295指南”及骨料的使用记录之间的相互关联度。本检验的结果不会预计到混凝土中可能产生的二氧化硅-硅酸盐与含有应变石英或微粒石英的骨料或由变质硬砂岩、变质粉质岩、变质石英及类似岩石构成的骨料的迟-慢反应性。

与含碱量达1.38%的水泥共用时导致一年内砂浆膨胀率大于0.1%的骨料；在某些条件下导致一年内砂浆膨胀率小于0.1%的骨料；砂浆膨胀率参数目前尚不明确，但岩相检验证明有害的骨料。砂浆膨胀率参数目前尚不明确，但岩相检验证明无害的骨料。gPOE

32I

占一=布芝<£gPOE

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占一=布芝<£ss?—mH胃0认定有害的骨料50Q750lOOdZ50QSc数量-溶解硅（毫摩尔每升）图X1.1:根据碱性还原检验区分无害骨料和有害骨料示意图参考文献（1）MIELENZ,R.C.与WITTE,L.P.：“美国垦务局鉴定反应性混凝土骨料所采用的检验方法”见《ASTM会刊》卷48,1948，见PP.1071、1103及相关讨论见P.1104。（2）MIELENZ,R.C.、GREENE,K.T.、BENTON,E.J.：“关于骨料与水泥碱的反应性的化学检验：水泥-骨料的化学反应过程”见《美国混凝土学会会刊》卷44,1948,P.193。（3）LERCH、WILLIAM：“关于防止与碱-骨料反应相关的膨胀与网状裂纹