羅 維

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

0 引言

堿集料反應(yīng)是指砂、石集料與水泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、破壞。堿集料反應(yīng)按照集料礦物成分可分為堿—硅酸反應(yīng)(Alkali-Silicate Reaction，簡(jiǎn)稱ASR)和堿—碳酸鹽反應(yīng)(Alkali-Carbonate Reaction，簡(jiǎn)稱ACR)兩大類[1-3]。在已發(fā)生堿集料反應(yīng)破壞的混凝土工程中，由堿—硅酸反應(yīng)導(dǎo)致混凝土破壞的工程案例占絕大多數(shù)[4-7]。分析堿—硅酸反應(yīng)破壞的案例可以發(fā)現(xiàn)，堿—硅酸反應(yīng)具有反應(yīng)過(guò)程慢、不易被發(fā)現(xiàn)、分部范圍廣且難以修復(fù)等特點(diǎn)，堿—硅酸反應(yīng)破壞已經(jīng)成為全球性災(zāi)害問(wèn)題。隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大，天然砂等資源大量消耗，硅質(zhì)類機(jī)制砂被廣泛應(yīng)用于混凝土工程中，這極大地增加了堿—硅酸反應(yīng)發(fā)生的概率。防治堿—硅酸反應(yīng)破壞成為了各國(guó)學(xué)者[8-11]的主要研究方向，評(píng)定集料是否具有潛在堿活性是防治堿—硅酸反應(yīng)破壞至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

堿—硅酸反應(yīng)的檢測(cè)方法有巖相法、砂漿棒法、快速砂漿棒法、混凝土棱柱法等[4]。在堿—硅酸反應(yīng)的檢測(cè)過(guò)程中，巖相法是必選的方法，它為后續(xù)的檢測(cè)方法提供了指導(dǎo)依據(jù)。首先用巖相法確定集料是否含易發(fā)生堿—硅酸反應(yīng)的礦物，如微晶石英、火山玻璃、燧石、蛋白石等，再利用堿—硅酸反應(yīng)的檢測(cè)方法確定集料是否具有堿活性?？焖偕皾{棒法具有試驗(yàn)周期短、結(jié)果可靠等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于混凝土工程中，但其測(cè)量均為人工測(cè)量，沒(méi)有自動(dòng)測(cè)量的設(shè)備，且存在兩方面問(wèn)題：

1)集數(shù)據(jù)時(shí)需將試件從溶液中取出擦干表面短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)量(15 s±5 s)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制；

2)數(shù)據(jù)測(cè)量靠人工完成，效率較低，設(shè)備自動(dòng)化程度較低。

高峰等[12]學(xué)者針對(duì)堿—碳酸鹽反應(yīng)中巖石柱法存在的問(wèn)題，研發(fā)了巖石柱法自動(dòng)測(cè)試儀，本文在此基礎(chǔ)上研發(fā)了快速砂漿棒法堿活性自動(dòng)測(cè)試儀。該裝置集成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在養(yǎng)護(hù)條件下直接采集的效果，使數(shù)據(jù)的結(jié)果更加合理、準(zhǔn)確，且提高了工作效率。

1 樣品準(zhǔn)備

樣品中含有微晶石英、火山玻璃、燧石、蛋白石等活性二氧化硅礦物是產(chǎn)生ASR反應(yīng)的必要條件，為此本項(xiàng)目采用巖相法對(duì)10集料進(jìn)行巖性分析，其巖性及主要礦物如表1所示。

表1 樣品偏光鑒定結(jié)果

2 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)采集

2.1 試驗(yàn)方法

本文按照TB/T 3275—2011中砂漿棒制樣的要求，將粗骨料試樣全部破碎至5 mm以下；對(duì)細(xì)骨料，將大于5 mm的部分碎至5 mm以下，再與小于5 mm的部分混合。破碎集料各粒級(jí)的質(zhì)量如表2所示。

表2 堿集料反應(yīng)用破碎集料各粒級(jí)的質(zhì)量

水泥采用堿含量大于0.8%的42.5級(jí)硅酸鹽水泥。水泥重量為400 g、骨料重量900 g、需水量188 mL，將每種試樣分別制備成3個(gè)規(guī)格為25 mm×25 mm×280 mm的砂漿試件。試件成型后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室放置(24±2)h后脫模，測(cè)量其基準(zhǔn)長(zhǎng)度，之后將試件放置在80 ℃，1 mol/L的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在(20±2)℃的環(huán)境溫度下，測(cè)得試件在3 d，7 d，10 d，14 d的長(zhǎng)度。

2.2 數(shù)據(jù)采集

在試驗(yàn)過(guò)程中，利用人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量?jī)煞N方式來(lái)采集數(shù)據(jù)，人工測(cè)量主要是通過(guò)比長(zhǎng)儀來(lái)測(cè)量讀數(shù)，比長(zhǎng)儀由百分表和支架構(gòu)成，如圖1所示；自動(dòng)測(cè)量由研發(fā)的自動(dòng)測(cè)試儀自主采集數(shù)據(jù)，測(cè)試儀主要由內(nèi)部的位移采集裝置、溫度控制系統(tǒng)及外部的液體收集箱組成，如圖2所示。

3 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)方案

為了驗(yàn)證自動(dòng)測(cè)試儀的可行性，本文對(duì)試件數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ群涂v向?qū)Ρ?。在橫向?qū)Ρ冗^(guò)程中，選取了表1中S1及S2兩種集料進(jìn)行快速砂漿棒法檢測(cè)，通過(guò)人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量得到砂漿棒試件的數(shù)據(jù)，分析其同組間三個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果。在縱向?qū)Ρ冗^(guò)程中，選取了表1中S1～S10集料進(jìn)行快速砂漿棒法檢測(cè)，通過(guò)人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量得到每種集料砂漿棒試件的數(shù)據(jù)，分析10種不同集料的試驗(yàn)結(jié)果。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

進(jìn)行橫向比較時(shí)，其試驗(yàn)結(jié)如圖3～圖6所示，縱向?qū)Ρ鹊脑囼?yàn)結(jié)果如圖7,圖8所示。

由圖3得出，同一組試件，人工測(cè)量的結(jié)果顯示其膨脹量隨著時(shí)間的變化而表現(xiàn)出的規(guī)律相對(duì)雜亂，三個(gè)試件的測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)較為明顯，結(jié)果吻合度低。由圖4得出，采用自動(dòng)測(cè)量時(shí)，同組集料的3個(gè)試件在試驗(yàn)周期內(nèi)，其膨脹規(guī)律是大致相同的，三條曲線的變化趨勢(shì)也是基本吻合。對(duì)比圖5，圖6可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于泥質(zhì)板巖而言，也呈現(xiàn)類似的數(shù)據(jù)規(guī)律。由此可知，在同組試樣的對(duì)比結(jié)果中，人工測(cè)量的結(jié)果可靠性低、離散性大、穩(wěn)定性低，而自動(dòng)測(cè)量的結(jié)果明顯可靠性高、離散性小，穩(wěn)定性高。

由圖7可知，對(duì)于這10種樣品，當(dāng)采用人工測(cè)量時(shí)，其膨脹量隨著時(shí)間的變化而呈現(xiàn)出不規(guī)則的上升規(guī)律，且膨脹量隨齡期的變化上下波動(dòng)較為明顯，其測(cè)試結(jié)果顯然與理論值有較大差距。其中，集料S3和S6的膨脹量出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，分析得出是由試件曝露在空氣中時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和人為誤差導(dǎo)致。由圖8可以看出，當(dāng)對(duì)10種樣品采用自動(dòng)測(cè)量時(shí)，其膨脹量隨時(shí)間的增加而先增加后趨于穩(wěn)定，各組試件的膨脹量可以呈現(xiàn)出規(guī)則的上升規(guī)律，這樣的測(cè)量結(jié)果顯然與理論值更為接近。

4 結(jié)論

由上述分析可知：采用傳統(tǒng)的人工測(cè)量存在數(shù)據(jù)離散性大、穩(wěn)定性低等問(wèn)題。本文提出的自動(dòng)測(cè)試裝置能夠有效地解決數(shù)據(jù)離散性大、穩(wěn)定性低的問(wèn)題，是一種可行有效的測(cè)試方法。