工業論文參考如何正確認識硅酸鹽骨料的堿活性

　　論文摘要：由于骨料的種類多樣，針對不同的骨料的堿活性研究也有多種實驗方法，從目前的研究情況來看，要準確鑒定某種骨料的堿活性需結合多種實驗方法，最后通過對多組實驗結果的對比與分析才能準確判定骨料的堿活性。在此，筆者對某一工程礦物采用巖相法和砂漿棒快速法對硅酸鹽骨料的堿活性進行相關實驗研究。

　　關鍵詞：堿硅酸鹽反應,堿活性,水泥,砂漿法

　　引言

　　骨料的堿活性實驗研究是抑制堿硅酸鹽反應(ASR)的關鍵，也是提高水泥混凝土耐久性的重要措施之一，本文從堿硅酸鹽反應的作用原理出發，詳細闡述了硅酸鹽骨料的堿活性實驗方法與操作步驟，并從骨料和所用水泥兩面進行分析，提出了預防ASR的主要措施。

　　1. 硅酸鹽反應的作用原理

　　混凝土的硅酸鹽反應是1965年基洛特對加拿大的諾發 .斯特提亞區的混凝土膨脹開裂事例進行研究發現的，它是指水泥(或混凝土)中的堿與某些層狀硅酸鹽骨料反應使層狀硅酸鹽的層間距離增大(一般可由10A增至12A)，使砂漿和水泥產生異常膨脹，導致混泥土開裂。

　　堿硅酸鹽反應的實質是堿離子破壞骨料中的活性成分氧化硅的硅氧鍵使其解體，生成堿硅酸鹽凝膠或稱堿硅凝膠。堿骨料硅酸鹽反應需要一定的條件，首先水泥、外加劑或摻和料和水中的含堿量要超過最低限度;其次骨料中有相當數量的活性成分二氧化硅;最后環境中要有充分的水分或濕空氣供應。

　　堿骨料硅酸鹽反應屬于堿骨料反應的一種，相對堿碳酸鹽反應與堿硅酸反應來說發生的頻率較低，但其對混凝土使用造成的危害也不能忽視，一旦發生就會使混凝土內各部分均產生膨脹應力，將混凝土自身脹裂，發展嚴重的只能拆除,無法補救。此外，這種反應通常進行得很慢，其引起的破壞往往經過若干年后才會出現，所以為了延長混凝土的使用壽命，事先對其骨料的堿活性進行測定顯得至關重要，在方法論上可以根據骨料堿活性檢測結果，進行抑制堿硅酸鹽反應(ASR)膨脹的實驗。

　　2. 骨料堿活性的檢驗方法

　　鑒于骨料的堿活性和活性程度對工程混凝土的影響，世界各國都很重視骨料堿活性的檢測研究。早期遭受AAR嚴重的國家都制定了相應的標準和規范預防AAR的發生，如美國的ASlM標準、加拿大的CSA標準等。目前最活躍的是RILEM(國際材料與建筑構造研究試驗所聯合會)標準的制定。縱觀世界各國的研究成果，目前使用較為廣泛且行之有效的骨料堿活性實驗方法有如下幾種。

　　2.1 巖相法

　　巖相法是鑒定各種砂石骨料的種類和礦物成份的必選方法，該方法是借助肉眼和顯微鏡觀察新鮮巖石斷口來鑒定骨料的種類和成分，以及礦物結晶程度和結構。巖相法的優點是速度快，可直接觀察到骨料中的活性組分，巖相鑒定的結果對其后選擇合適的檢測方法有重要指導作用。但其不足之處是得不到活性組分含量與膨脹率的定量關系。

　　2.2 化學法

　　化學法是通過在規定條件下，測定堿溶液和骨料反應溶出的二氧化硅濃度及堿度降低值來實現的，該方法的顯著特點是高堿水泥使用場合下的混泥土骨料危害性的判斷。但該方法不適用于含碳酸鹽的骨料且不能鑒定由于微晶石英或變形石英所導致的眾多慢性膨脹骨料。

　　2.3 砂漿棒快速法

　　砂漿棒快速法的顯著特點是能在16 天內檢測出骨料在砂漿中的潛在有害的堿—硅酸反應，同時也是美國和加拿大定的標準方法(ASTM C1260-94 和CSAA23.2-25A)，該方法的優點是精確可靠，但缺點是過于嚴格，該方法適合于檢驗反應緩慢或只在后期才產生膨脹的骨料。

　　2.4 壓蒸法

　　壓蒸法是由中國工程建設標準化協會推薦的(CES 48∶93 中的150℃壓蒸法)，該方法的優點是鑒定速度快，其能在砂漿試件成型一天后就對骨料的堿活性給出定量的判斷，缺點是鑒定結果可靠性不高，因為壓蒸法檢測過程中高溫高壓的環境對水泥水化條件有較大的改變。

　　3. 硅酸鹽骨料的堿活性實驗研究

　　由于骨料的種類多樣，針對不同的骨料的堿活性研究也有多種實驗方法，從目前的研究情況來看，要準確鑒定某種骨料的堿活性需結合多種實驗方法，最后通過對多組實驗結果的對比與分析才能準確判定骨料的堿活性。在此，筆者對某一工程礦物采用巖相法和砂漿棒快速法對硅酸鹽骨料的堿活性進行相關實驗研究。

　　3.1 硅酸鹽骨料的巖相分析首先對該工程骨料進行取樣，用實體顯微鏡(XT220型)觀察后，再將樣品磨制成薄片，然后用偏光顯微鏡(I/POL—BK型)觀察，所得結果如表1所示。

　　表1 樣品巖相分析結果表

　　樣品及編號

　　樣品來源

　　巖相分析

　　1

　　料場1

　　主要由長石、石英及各種巖屑組成，含有強烈波狀消光的石英、微晶質的石英含玉髓約30%

　　2

　　料場2

　　主要由閃長巖、花崗巖、石英巖、砂巖組成，硅質巖屑含5%

　　該結果可判定樣品屬于硅酸鹽類型，無堿-碳酸鹽反應類型。為進一步判斷其潛在的堿硅酸鹽反應，本文采用砂漿棒快速法對骨料進行堿活性測試。

　　3.2硅酸鹽骨料的砂漿棒快速法實驗

　　首先對樣品按規定級配進行粉碎后，采用壓蒸膨脹率小于0.20%堿含量為0.9%±0.1%的水泥進行成型，水泥與骨料的質量比為1/2.25，一組為3 個試件，共需水泥400g、砂900g,砂漿水灰比為0.47。放入80±2℃的烘箱中，測得基準長度后進行3 次觀測，即3d、7d、14d。其檢測結果分別如圖1、圖2所示[1]。

　　圖1 料場1骨料砂漿棒快速法膨脹率曲線

　　圖2 料場2骨料砂漿棒快速法膨脹率曲線

　　分析兩個料場的骨料砂漿棒快速法膨脹曲線圖可知，兩個料場骨料樣品砂漿條14 天膨脹率分別為0.046%、0.031%，均小于0.1%。

　　又根據砂漿棒快速法評定標準[2]：

　　(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，對這種骨料應結合現場記錄、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。

　　將實驗結果與評定標準進行對比可知兩個料場的骨料均為非活性骨料。

　　4.堿硅酸鹽反應的預防措施

　　從骨料硅酸鹽反應的條件來看，為預防堿硅酸鹽反應可以對其反應的三個條件進行控制，即在骨料的選擇、水泥的選擇和濕度的控制三個方面采取相應的措施。

　　4.1骨料的選擇

　　骨料是混凝土的骨架，在混凝土的成型過程中起著關鍵性的作用，骨料按其活性成分可以分為硅質活性骨料和碳酸鹽類活性骨料，由于地殼組成的80%屬硅酸鹽，所以硅質骨料的選擇余地較大。另一方面，目前對骨料堿活性特別是慢膨脹骨料潛在堿活性尚無絕對可靠的方法。雖然業界一致認同選擇非活性骨料是防止堿硅酸鹽最安全可靠的措施，但由于區域地質和經濟方面的原因難以實現，隨著經濟的發展，在以后的混凝土工業中用到活性骨料的場合也會增加，所以加大骨料堿活性的研究力度對使用非活性骨料這一目標的實現有著不可推卸的責任。

　　4.2水泥的選擇

　　水泥中堿的存在是堿硅酸鹽反應發生的必要條件。對同種骨料來說，隨著水泥中堿含量的增加堿硅酸鹽反應膨脹增大。對于任何一種活性骨料其都有相應的發生堿硅酸鹽反應的最低堿含量與之對應，這里所說的最低堿含量就稱為活性骨料的閾值。閾值與骨料的活性成反比，即閾值越大，骨料的堿活性越弱。所以在選擇水泥時，為防止堿硅酸鹽反應，準備論文所選擇的水泥堿含量必須控制在閾值以下。在實際的選擇過程中，水泥堿含量控制原理是：當水泥堿含量(以Na2Oeq—Na2O+0.658K2O計)低于一定值，通常認為3 kg/m3，所形成的混凝土孔溶液中K+、Na+裂破壞。在早期發生堿硅酸鹽反應破壞嚴重的國家，如美國、英國、日本、新西蘭等曾廣泛使用堿含量低于0.6%的水泥以降低混凝土中的堿含量，有效的緩解了堿硅酸鹽反應發生的現象。但是，近年來由于追求混凝土高強度，單位混凝士水泥用量增加和多種早強外加劑(大部分含堿)使用，限制混凝土堿含量愈加困難。對存在外部堿源的混凝土工程，如海工混凝土、暴露于鹽堿地和使用去冰鹽的混凝土工程，即使堿含量較低也不能抑制堿硅酸鹽反應的發生[3]。

　　4.3混凝土的濕度控制

　　一定的濕度也是堿硅酸反應發生的必要條件之一，理論上來講。適當的降低混凝土的濕度在抑制堿硅酸鹽反應中有一定成效，但實際混凝士所處濕度條件是不易人為控制的，而且干濕循環、通電等因素還可以導致混凝土中的堿遷移并在局部聚集，這樣反而會加劇堿硅酸反應的發生[3]。5.總結

　　在硅酸鹽骨料的堿活性實驗方面，只有采取多種檢測方法相結合的措施才能得到準確的實驗結果，如本實驗中采用巖相法和砂漿棒快速法對骨料的堿活性進行綜合分析。實際工作中如果對實驗結果懷有疑義，建議采用棱柱體法做進一步分析，并作出最終的判斷。此外，在預防骨料的堿硅酸鹽反應方面，可以從反應發生的三個必要條件出發采取相應的抑制措施，但在具體的實施過程中還遇到很多困難，所以在以后的研究工作中應加強抑制堿硅酸鹽反應的應用技術研究。

　　參考文獻

　　[1]盧都友，許仲梓，呂憶農，集料ASR活性檢測方法評述，1998(02).

　　[2]曹鵬舉,三峽工程花崗巖人工骨料堿活性試驗研究,《混凝土》編輯部2001,10.

　　[3]《水工混凝土試驗規程》(SL352-2006),中國水利水電出版社出版發行,2006.