判定混凝土骨料ACR 活性反应的试验方法

摘要: 南水北调中线京石段应急供水工程各类建筑物及渠道需大量混凝土骨料, 鉴于半个世纪以来碱活性骨料反应在世界各地造成混凝土工程的严重破坏, 尤其是骨料的ACR 活性反应被誉为“混凝土的癌症”, 且不可抑制, 因此判定骨料是否具有ACR 活性对工程安全至关重要。通过试验, 对3 种判定试验方法进行分析, 得出在不同情况下应用不同的试验方法检测骨料是否具有ACR 活性的结论。

关键词: ACR 活性; 岩相法; 岩石柱法; 岩石柱快速蒸压法

中图分类号: TV68; TV41 文献标识码: A 文章编号: 1672- 9900(2007)02- 0032- 02

1 概述

　　南水北调中线京石段应急供水工程需要大量混凝土粗骨料。由于沿线粗骨料场骨料岩性均为碳酸岩, 因此判定骨料是否具有ACR 活性反应对工程安全至关重要。

　　ACR 活性反应即碱碳酸岩活性反应, 有特定结构的泥质细粒白云质灰岩和泥质细粒灰质白云岩在一定湿度环境下与水泥及外加剂中的碱起化学反应生成胶体遇水膨胀,使混凝土产生裂缝, 最终导致混凝土破坏, 且目前还无可靠的抑制措施。

　　用不同方法评定了一些骨料的ACR 活性, 并将评定结果进行比较, 发现用不同方法评定骨料碱活性所得到的结果并非一致。为此, 结合工程实例, 对我国目前常用的一些评定方法之间的差异进行一些分析研究, 并对如何评定这些骨料的碱活性提出一些看法。

2 粗骨料ACR 活性反应试验

2.1 岩相法

　　岩相法确定样品具有ACR 活性的理论依据为样品中是否含有碱活性物质, 由于无法考虑样品内部结构对ACR活性的影响, 因此岩相法确定的具有ACR 活性的样品数量较多, 因此岩相法只能确定该样品不具有ACR 活性, 对于样品中含有ACR 活性物质的是否具有活性, 只能通过其他方法确定。

　　其试验过程为首先对骨料进行按类分拣、称重, 然后磨制薄片, 在偏光显微镜下进行观察, 再进行X 射线衍射分析, 对矿物基本岩性进行鉴别。在此基础上确定各基本岩性的相对含量, 各骨料中岩性相对含量见表1。

　　根据岩相鉴定结果, 其中有两组样品中不含白云石晶体, 对于不含活性矿物的岩石, 可评定为非碱活性骨料。有8

组样品中含有细小菱形的白云石晶体, 具有潜在ACR 活性反应。

　　由于岩相鉴定只能反应出岩石样品中是否含有碱活性成分, 但不能评价其是否一定发生反应, 因此这8 组样品是否发生ACR 活性反应, 还需进一步鉴定。

2.2 岩石柱法

　　通过岩相鉴定后对剩余8 组样品进行岩石柱法试验来进一步鉴定样品是否具有ACR 活性反应。岩石柱法确定样品的理论根据是通过增加溶液中的碱含量, 缩短ACR 反应周期达到检测ACR 活性的目的。其试验过程为在岩石样品上钻取圆柱体试件, 试件直径为9±1mm, 长度为35±5mm, 试件两端面磨光、平行且与主轴线垂直, 试件加工时应避免表面变质而影响碱溶液渗入岩样的速度。

　　试件放入盛有蒸馏水的瓶中, 置于20±2℃的恒温箱内,每隔24h 取出擦干表面水份, 进行测长, 直至试件前后两次测得的长度变化不超过0.02%为止( 一般需2～5d) , 以最后一次测得的试件长度为基准长度; 将基准长的试件浸入盛有浓度为1mol/L 氢氧化钠溶液的瓶中, 液面应超过试件顶面10mm 以上, 每个试件的平均液量至少应为50ml。同一瓶中不得浸泡不同品种的试件, 盖严瓶盖, 置于20±2℃的恒温箱中。

　　在20±2℃的恒温箱中进行测长。每个试件测长方向应始终保持一致。测量时, 将试件从瓶中取出, 先用蒸馏水洗涤, 将表面水擦干后测长, 测长龄期从试件泡入碱液时算起, 在7、14、21、28、56、84d 时进行测量, 如有需要以后每4周一次, 一年后每12 周一次。

　　试件在浸泡期间, 应观测其形态的变化, 如开裂、弯曲、断裂等, 并做记录。

　　结果评定应符合下列规定:

　　(1) 同块岩石所取的试样中以其膨胀率最大的一个测值作为分析该岩石碱活性的依据, 其余数据不予考虑。

　　(2) 试件浸泡84d 的膨胀率如超过0.10%, 则该岩样应评为具有潜在碱活性危害。

　　(3) 表2 试验成果可知, 1、6、8、9 号样品为非碱碳酸岩活性骨料; 其他4 组样品为碱碳酸盐活性骨料。

　　注: ①28d 龄期膨胀率小于0.09%, 为非ACR 活性; ②膨胀率0.09%～0.1%为可疑ACR 活性; ③膨胀率大于0.1%或样品粉化为ACR 活性; ④膨胀率大于0.1%为碱碳酸岩活性集料。

2.3 岩石柱快速蒸压法

　　本方法是针对ACR 活性反应的一种快速测定方法, 该方法尚未定为国家标准, 只是为工程建设需要而制定的一种筛选方法。

　　岩石柱快速蒸压法试验的理论依据与岩石柱法相同,不同之处在于岩石柱快速蒸压法的测试温度为150℃, 高于岩石柱法; 测试龄期为28d, 短于岩石柱法。用较高的温度提高化学反应速度, 达到缩短测试龄期的目的。

　　其试验过程与岩石柱法试验大体相同, 不同之处在于快速蒸压法的样品浸泡温度为150℃, 测长龄期从试件泡入碱液时算起, 在7、14、21、28d 时进行测量, 如有需要以后每4 周一次, 一年后每12 周一次。

　　试验成果见表3。由表3 可见, 1、6 号两个样品为非ACR 活性; 2、4、9 号3 个样品为可疑ACR 活性; 其他两组为ACR 活性。

2.4 试验成果分析

　　由试验结果可知: 岩石柱法试验中确定具有ACR 活性的样品编号为2、4、7、10 号; 岩石柱快速蒸压法试验中确定具有ACR 活性或可疑ACR 活性的样品编号为2、4、7、8、9、10 号; 岩相法确定的具有潜在ACR 活性的样品编号为1、2、4、6、7、8、9、10 号。

　　按照规程要求, 确定样品是否具有ACR 活性是以岩石柱法试验结果判定的, 从试验成果看, 岩石柱法试验确定的4 组具有ACR 活性的样品均包括在另外两种试验方法之内, 但另外两种试验方法确定的具有ACR 活性的样品数量均多于岩石柱法, 经分析, 试验方法的理论依据不同, 导致结果有差异。

3 结语

通过试验判断样品是否具有ACR 活性有以下3 种方法。

　　(1) 岩相法能快速确定样品不具有ACR 活性, 但对于含碱活性物质的样品是否具有ACR 活性无能为力。

　　(2) 岩石柱法龄期较长, 但能准确判定样品是否具有ACR 活性。

　　(3) 岩石柱快速蒸压法龄期适中, 通过试验数据对比,

　　该方法判定无ACR 活性的样品与岩石柱法一致, 可作为判定样品不具有ACR 活性的依据。

　　3 种试验方法各有优缺点: ①岩相法的优点是短时间能够排除样品不具有ACR 活性, 不会漏判, 但错判的机率大;②岩石柱快速蒸压法试验龄期适中, 不会漏判, 但有错判的可能, 错判机率远小于岩相法; ③岩石柱法能准确判定样品是否具有ACR 活性, 但龄期较长。

　　因此, 建议工程工期要求较紧张时, 采用岩相法与快速蒸压法进行判定; 当工期不紧张时, 采用岩相法与岩石柱法进行判定。

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