易俊新,劉志鵬,鄭 紅

(中國電建集團昆明勘測設(shè)計研究院有限公司,云南 昆明 650051)

1 前言

骨料堿活性反應(yīng)是影響混凝土耐久性的重要因素之一,一般分為堿-硅酸反應(yīng)和堿-碳酸鹽反應(yīng)。我國自建國以來,對水電工程骨料的堿活性評價是判定骨料質(zhì)量優(yōu)劣的一個重要指標?；炷林泄橇先羰欠腔钚缘?一般不會發(fā)生堿—骨料反應(yīng)；若骨料是活性骨料或含部分活性骨料,則有可能發(fā)生堿—骨料反應(yīng)而導(dǎo)致混凝土不均勻膨脹、開裂。因此,工程選擇骨料時必須對其是否含有堿活性成分進行鑒定,進行骨料堿活性試驗檢測,盡可能在工程中優(yōu)先選用非活性骨料,如確實無法避免,則須采取抑制堿—骨料反應(yīng)的預(yù)防措施。

2 我國骨料堿活性試驗及評定方法簡述

目前我國水電水利工程檢測堿—骨料反應(yīng)的規(guī)范主要有《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T5151)和《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL352)。列入規(guī)范中的試驗方法有巖相法、化學法、砂漿長度法、砂漿棒快速法、碳酸鹽圓柱體法(巖石柱法)、混凝土棱柱體法。其中巖相法、化學法、砂漿長度法、砂漿棒快速法、快速壓蒸法、混凝土棱柱體法為堿-硅酸反應(yīng)的檢測方法；巖相法、巖石柱法、混凝土棱柱體法為堿-碳酸鹽反應(yīng)的檢測方法。

另外,中國工程建設(shè)標準化協(xié)會1995年頒發(fā)的《砂、石堿活性快速試驗方法》(CECS48∶93)(簡稱快速壓蒸法),作為快速檢測方法也在水電行業(yè)中采用,該方法也為堿-硅酸反應(yīng)的檢測方法。

(1)巖相法。巖相法通常是指通過肉眼觀察和借助光學顯微鏡鑒定骨料的巖石種類、礦物組成及各組分含量,并據(jù)此判斷骨料的堿活性。巖相法作為骨料堿活性鑒定的首選方法,其缺點是得不到活性組分含量與膨脹率的定量關(guān)系。

(2)化學法?；瘜W法主要原理是取一定數(shù)量規(guī)定粒度范圍的骨料和一定濃度的NaOH溶液反應(yīng),在規(guī)定條件下,測定骨料溶出的SiO2濃度Sc及溶液堿度降低值Rc,并據(jù)此判斷骨料的堿活性?；瘜W法不能鑒定由于微晶石英或變形石英所導(dǎo)致的慢膨脹骨料,存在非SiO2物質(zhì)如碳酸鹽、石膏、粘土等的干擾,這些干擾常常造成根本性的錯誤。因此,新修訂中的《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》(DL/T5151-2014),已不推薦使用化學法。

(3)砂漿長度法。砂漿長度法是通過測定水泥砂漿試件的長度變化,以鑒定水泥中的堿與活性骨料的反應(yīng)所引起的膨脹是否具有潛在危害的方法。適用于堿骨料反應(yīng)較快的堿-硅酸鹽反應(yīng)和堿-硅酸反應(yīng)的巖石和礦物。評定標準：當試件半年膨脹率超過0.10%,或三個月膨脹率超過0.05%時(只有在缺少半年膨脹率資料時才有效),即評為具有潛在危害性的活性骨料。反之,如低于上述數(shù)值,則評為非活性骨料。

(4)砂漿棒快速法。砂漿棒快速法是通過測定浸在80℃高溫堿溶液下水泥砂漿試件的長度變化,在16天內(nèi)檢測出骨料是否具有潛在危害的方法。適用于檢驗反應(yīng)緩慢或只在后期才產(chǎn)生膨脹的骨料。評定標準：①砂漿試件14d的膨脹率小于0.1%,則骨料為非活性骨料；②砂漿試件14d的膨脹率大于0.2%,則骨料為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料；③砂漿試件14d的膨脹率在0.1%至0.2%之間的,對這種骨料應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場記錄、巖相分析、或開展其他的輔助試驗、試件觀測的時間延至28d后的測試結(jié)果等來進行綜合評定。

(5)碳酸鹽圓柱體法(巖石柱法)。碳酸鹽圓柱體法是在規(guī)定條件下測定碳酸鹽骨料試件在堿溶液中產(chǎn)生的長度變化,以鑒定骨料是否具有潛在的堿—碳酸鹽反應(yīng)。碳酸鹽圓柱體法適用于堿—碳酸鹽反應(yīng)的碳酸鹽巖石和礦物。評定標準：浸泡84d試件膨脹率在0.10%以上時,該巖樣應(yīng)評為具有潛在堿活性危害,不宜作為混凝土骨料。

(6)混凝土棱柱體法?；炷晾庵w法是通過測定混凝土試件在升溫及潮濕條件養(yǎng)護下的長度變化,評定水泥中的堿與骨料反應(yīng)所引起的膨脹是否具有潛在危害的方法。適用于堿-硅酸反應(yīng)和堿-碳酸鹽反應(yīng)。由于可以使用粗骨料,因而更接近混凝土實際,但試驗齡期太長,需根據(jù)1年的膨脹率才能進行評定。評定標準：當試件一年的膨脹率等于或大于0.04%時,則判定為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料；膨脹率小于0.04%則判定為非活性骨料。

(7)快速壓蒸法?？焖賶赫舴ㄊ菧y定骨料與摻外加堿使總堿量達1.5%的硅酸鹽水泥混合試件,浸泡在堿溶液中,在高溫(150℃)高壓(5個大氣壓)下壓蒸360min±5min的長度變化,評定水泥中的堿與骨料反應(yīng)所引起的膨脹是否具有潛在危害的方法。評定標準：在水泥和骨料三種配比試驗結(jié)果中,用最大膨脹值評定骨料的堿活性。膨脹值大于或等于0.1%為活性骨料,小于0.1%為非活性骨料。

3 國外骨料堿活性試驗及評定方法簡述

國際上早期遭受堿骨料反應(yīng)嚴重的國家也都制定了相應(yīng)的標準和規(guī)范檢測和預(yù)防堿骨料反應(yīng)的發(fā)生,如美國的ASTM標準、加拿大的CSA標準等。目前最活躍的是RILEM(國際材料與建筑構(gòu)造研究試驗所聯(lián)合會)標準的制定,它集中了全世界各國的專家,吸收了近年來各國的最新成果加以驗證與修訂。RILEM標準中對骨料堿活性的檢測方法有：①巖相法(AAR-1)；②快速砂漿棒法(AAR-2)；③混凝土棱柱體法(AAR-3)；④快速混凝土柱法(AAR-4)；⑤碳酸鹽骨料快速初選法(AAR-5)。

對化學法和砂漿長度法,該標準中不再使用,該標準提出鑒定骨料堿活性的流程詳見圖1。

圖1

4 骨料堿活性評定方法探討

我國水電工程中骨料堿活性檢測有上述多種方法,但依據(jù)各自的評定標準所得的評定結(jié)果不一致時,以哪種檢測方法作為最終判定的依據(jù),2010年以前沒有相關(guān)規(guī)范進行明確,可能存在著錯判、誤判、漏判現(xiàn)象。

由于“混凝土棱柱體試驗法”的試驗齡期長,試驗條件與實際情況更接近,可以認為“混凝土棱柱體試驗法”是骨料是否具有堿活性的最終判據(jù)。

2010年10月1日起實施的《水工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)范》(DL/T5241-2010)規(guī)定：“按DL/T5151中規(guī)定的評定標準進行骨料的堿活性評定。當采用‘巖相法’或‘砂漿棒快速法’進行堿活性檢驗時,若評定結(jié)果為骨料具有堿活性,則應(yīng)繼續(xù)進行‘混凝土棱柱體試驗方法’檢驗,并以‘混凝土棱柱體試驗法’評定結(jié)果為準”。2012年6月1日起實施的國家標準《預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)范》(GB/T50733-2011),對骨料堿活性檢測結(jié)果的評價也規(guī)定：“巖相法、快速砂漿棒法和巖石柱法的檢驗結(jié)果與混凝土棱柱體法的檢驗結(jié)果相互矛盾時,應(yīng)以混凝土棱柱體法的檢驗結(jié)果為準?！?/p>

對老撾某水電站砂巖骨料開展開展了巖相法、砂漿棒快速法和混凝土棱柱體法的堿活性試驗檢測表明：采用巖相法鑒定,巖石定名為細晶長石石英砂巖,組成硅質(zhì)巖屑的隱晶質(zhì)玉髓及微晶石英為堿活性礦物,屬于堿活性巖石,但有害物質(zhì)但含量是否超標,是否會產(chǎn)生潛在堿活性危害,應(yīng)根據(jù)其他測試方法進一步綜合判定。

隨后采用砂漿棒快速法進行檢測,編號為1和2的兩組砂巖骨料樣品,14天齡期試件膨脹率分別為0.141%、0.181%,28天齡期試件膨脹率分別為0.245%、0.288%,均大于0.2%,采用該方法評定為具有潛在危害性反應(yīng)的活性骨料(堿—硅酸反應(yīng)),見表1。

表1 骨料堿活性砂漿棒快速法檢測結(jié)果

為最終驗證該料場砂巖骨料是否具有堿活性,采用混凝土棱柱體法進行試驗,經(jīng)混凝土棱柱體法檢測,52周齡期試件膨脹率分別為0.028%、0.033%,小于0.04%,判定為非活性骨料。試驗成果見表2。

表2 混凝土棱柱體試驗法檢測結(jié)果

通過采用多種方法骨料堿活性試驗方法循序漸進,該料場骨料最終綜合評定為非活性骨料(堿—硅酸反應(yīng))。

5 結(jié)論

(1)水電工程中骨料堿活性檢測的方法眾多,2010年以前沒有相關(guān)規(guī)范明確以何種方法作為最終的判定結(jié)果,當采用不同方法檢測結(jié)果存在差異時,可能存在著錯判、誤判、漏判現(xiàn)象。

(2)由于“混凝土棱柱體試驗法”的試驗齡期長,試驗條件與實際情況更接近,因此以“混凝土棱柱體試驗法”試驗結(jié)果作為骨料是否具有堿活性的最終判據(jù)是合適的。2010年以后實施的《水工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)范》和《預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)技術(shù)規(guī)范》均將“混凝土棱柱體試驗法”試驗結(jié)果作為骨料是否具有堿活性的最終判據(jù)。