1、西南交通大学硕士学位论文混凝土碱-骨料反应检测方法和碱活性的预防措施姓名：殷强申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：李固华20060401西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页摘要混凝土碱骨料反应(从R)是引起混凝土耐久性下降的主要原因之一。半个世纪以来已在世界范围内造成了数以亿计美元的巨大损失，因由AAR反应造成的开裂破坏难以阻止其继续发展和修补而被称为混凝土的“癌症”。碱硅酸反应(ASR)作为最主要和最普遍的U妞类型，如何正确地科学地评定骨料的碱活性和其预防措施的研究一直是混凝土耐久性研究的重要内容。由于ASR反应具有很长的潜伏期和巨大的危害性。因此尽早确定某种骨料是否具有碱活性
2、具有非常重要的意义。为此国内外发展了多种检验骨料碱活性的方法。然而对于骨料碱活性的评定，至今国际上尚无一个一致认可的普遍方法。用不同方法评定骨料碱活性所得到的结果也并非一致。同时，在所有AsR的预防措施中使用混合材抑制讯是最实用经济和有效的途径。尽管国际上对利用混合材已取得了大量的经验，但国内外尚缺少使用混合材预防AsR的标准和科学有效地评价混合材抑制AsR效果的方法来指导混合材应用。在实际工程建设中，人们希望加快试验进程，以判断混凝土中所用骨料的碱活性和检验所采取的预防措施对碱活性的抑制效果。本文结合青藏铁路指挥部混凝土碱骨料反应研究科研项目，在室内试验的基础上主要研究内容和结论如下：1、分
3、别采用GB厂r 146842001快速碱硅酸反应试验方法、GB厂r 146842001碱硅酸反应试验方法和岩相法对现场采集的混凝土骨料样品进行检测。对检测结果存在差异的原因进行了分析，并进一步对如何正确评定骨料的碱活性提出相应的观点。2、在参考相关试验方法的基础上初步提出了一种新的尝试性实验方法。并在对试验结果综合分析后对新方法如何有效的建立进行了探讨。3、分别考察了四种类型的混合材在不同取代水平条件下对AsR抑制效果的有效性和规律。提出了混合材取代水平存在“临界范围”的观点。4、混合材对AsR抑制机理的分析：在综合考虑宏观试验结论的基础上，采用sD棚Ds研究了掺加混合材的试体的AsR特征。指
4、出混合材对AsR的抑制主要是化学作用为主，多种因素综合作用。关键词：碱-骨料反应；碱-硅酸反应；碱活性；检测方法；抑制措旌；混合材西南交通大学硕士研究生学位论文 第1l页ABSTRACTA监ali a鹊坤gaIc rcadionAAR)isc of thc impoftam伍c10塔that afcect thed1Jr；lbmty of o衄crcte structur髂n has哪scd la瑁c moncyns哪ption amund the、orld in p鄱t dcdcsBecauthe a强ck d衄a霉rc causcd by the AAR is hard tocontml。
5、thc AAR is called thc“眦，of thenc坞teAlkali-silireaction(ASR)is thc main柚d mOst 0rdinary typc OfAARn h丛帅ays be明a hOt topic in tllea啪of AAR stlldy to avoid ASR cxpa璐ionThe r髂earch of how to cvaluatc theall【ali舳iIyofthe ag乒e铲tc蛆dthe pIcv髓恤gm讪odis am如topic ofthcdmtistlldv Of thc concreteASR h踮a long pote
6、ntial r明ctivity恤ne蛆d wiu啦e la唱e damagc，so it，s vcryimpo咖I to judgc whcth盯the ag肿鄹忙h猫alka珏reactivityM如y me也odS arcdvdopcd to test the alkali rctivity inIemal卸d abmad but tIl盯e is nO recogniz a_blcmethod fbr醛se龉iIIg thc“kaH陀tivity of the雒ggaIeDi在brcnt methods gctd赶fcrem fcsulctsMe鲫【while。usillg minemI
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8、ical constuction，wc hope to qllickcn也c t鹳ting proccss to estimatc the“kau rcanvity and thc suppressing“sults when adoptthe prcvc丑tig mca叭feThisanide describes the sciti丘c地辩疵h itcm of thc alkali aggfcgatc rcaction of theQinP血aitibet railway headquarterThearch base on thc lab cxpe曲ent and themain resu
9、lts arc summarized as f0Uorws：1The concrctc a黯印gate samplcs which ame删on也e spot缸c ex柚inedby GB厂r 14684_2001 Quick All【alisiliReaclion。GB厂r 146842001kalisniReaction趾d Petrog，anhic Experimental Mcth)d respcctivcl yThe ca璐e也at leadstO d证eret test results a碍undanalysis，姐d恤s put fo刑甜d the vi哪int Of hawto
10、髂timate the alkali rctivily of thc ag酉e龋te2A ncw trial tt me也od is int州uccd on thc b勰is of con辄ning mlativeexDe】由田删吐al menIodsThe锄嘣de d咖稿cs how to establish aew强喀蝴cf融ccivdy by thc oQmprchensive札alysis of thc tcst砧slllts3C-0ntr龉t four typcs Of如血eral admixtIIrc undcr di丘ert replacc level：thec触ctivencs
11、s她d mlcs Of也e辄阳玷ssin窑im讲瓜t0 the ASRThus put f0聊缸d the坤is acIit枷rangc，of the mineral a“xtu咒re口lacemcnt 74The analysis of thc me c：haism of hOw也e血eral admixtufesupress ASR：西南交通大学硕士研究生学位论文 第1|l页make a c0p璋hcnsive sun，cy of the macso叩ical testslllts，wc adopt SEM，EDSto study thc cham鼬eristic of s眦pl鸽with
12、 blcnding matcdalwb ge(he reslllts matthe sul巾rc骚to theASR of lhe mineral adIn扭tlIis mainly duc t0 the ch哪ical咒adion趾d m皿y oth盯fa咖瑙alhavc efEeds1【ey肿咄：删i哪即gate咒adion(AAR)，alkali-silica mcti(AsR)all【aliTclivity，tcsting m响od，铷ppress洫g mcasure，miD硼admttu碍西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页11课题研究背景第1章 绪论在人类发展过程中，混凝土已逐渐
13、成为人类社会生活、文化生活的基础。城市化、公路、桥梁、港口码头、机场、大坝、隧道、地下工程、海洋工程等建设中应用最广、使用量最大的是水泥混凝土。混凝土用于工程建设已经有近160年的历史，国外从上世纪30年代开始重视和研究混凝土的耐久性，认为混凝土的耐久性与其强度同等重要。中国则是从上个世纪80年代才开始对混凝土的耐久性进行系统的研究。由于以前对工程混凝土的耐久性未提出要求，使混凝土构筑物与建筑物存在不少的问题和隐患。这些问题严重影响混凝土建筑物的寿命，混凝土结构工程的耐久性问题日益突出。混凝土的耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下保持其工作能力的性能。混凝土耐久性与国民
14、经济、社会安定、环境保护、可持续发展等密切相关，是混凝土材料科学的重大研究课题，是工程界关注的重大科技问题。迄今为止，影响混凝土耐久性的主要因素有：(1)冻融作用：(2)侵蚀性化学作用：(3)磨损：(4)钢筋锈蚀：(5)碱一骨料反应：(6)延迟性钙钒石的形成。 碱一骨料反应(Alkali衄egatcRclio丑，简称AAR)是影响混凝土耐久性的重要因素之一，半个多世纪以来，已在世界范围内造成了大量混凝土工程的破坏和巨大的经济损失。包括大坝、桥梁、公路、机场、港口及工业民用建筑。丹麦早在五十年代调查了全国431座混凝土建筑物，其中34的建筑物遭受了不同程度的AAR的破坏，15的建筑物成为彻底毁坏
15、的状态。英国自1975年发现首例AAR的建筑物破坏事例后，迄今的调查统计表明在英国的6000座钢筋混凝土桥梁中，有165座已确信受AAR的破坏，有303座被怀疑为所破坏，但还有待进一步证实。美国在八十年代重点调查了全国桥梁的工况，统计表明全国约50万座公路桥梁中有20万座已经损坏。在这些损坏的桥梁中，预计不乏混凝士AAR所引起。统计资料同时表明，在美国51个州的44个州中，公路构筑物有AAR问题者有13个州，无闯题者23个州，不确定者2个州。在公路系统中，受AAR破坏的桥梁远比路面损坏的多。在法国北部调查了1970年后建成的860座桥，受从R破坏者为123座，占14。澳大利驻、西南交通大学硕士
16、研究生学位论文 第2页西班牙、瑞士、加拿大等国都有椿引起的混凝土建筑物破坏的事例【“”。由此可见，铀R已成为混凝土工程的全球性灾害问题。自1974年召开第一次国际舢蛾会议以来，近二十余年已召开了12次国际学术会议。此外，其它有关的水泥及混凝土会议也设专门的议题讨论讯问题。由此可见世界各国都对AAR给予高度重视。我国从90年代开始，陆续在北京、天津、山东、陕西、内蒙古、河南等地的立交桥或机场或铁路轨枕中发现因AAR所引起的破坏实例。由于AAR破坏源自混凝土内部，且持续不断的发生。其修补与加固都十分困难，只能以预防为主。因此AAR被学者称为混凝土的“癌症”。按碱与骨料反应的类型可将碱一骨料反应分为
17、两类：碱一硅酸反应 (越kalisili瑚cIion)和碱一碳酸盐反应(舢kalicaIt瑚1ate rcaction)。而碱硅酸反应(ASR)作为最主要和最普遍的AAR类型，对AsR的研究一直是混凝土耐久性研究的重要内容。12碱一骨料反应研究新进展121碱一骨科反应的分类和作用原理丸R是指混凝土孔溶液中由水泥、含碱外加剂和环境等释放的Na+、K+、0H与骨料中的有害矿物发生具有膨胀性化学反应，导致混凝土膨胀和开裂。按有害矿物的种类不同，AAR可以分为碱硅酸反应(简称AsR)和碱碳酸盐反应(简称AcR)嘲。l、碱一硅酸反应(ASR)碱硅酸反应(ASR)是指混凝土中的碱组分与骨料中的某些硅活性组
18、分之间发生的化学反应，其结果导致骨料被侵蚀，生成具有膨胀性的产物并导致混凝土结构开裂。因此，ASR首先是一个化学反应，反应物是活性si02和混凝土孔溶液中的卜酣、K+、O壬r等，反应产物是碱硅酸凝胶。活性si02主要来源于混凝土所用骨料，而碱则主要来源于水泥和外加剂。用简单的化学方程式表示为：Na+(K+)+Si02+O王r_Na(K)SiH凝胶 (11)岩石具有ASR活性的前提是其含有活性的=氧化硅。所谓活性二氧化硅一般系指无定形二氧化硅、隐晶质、微晶质和玻璃质二氧化硅。含有活性Si02的岩石分布较广泛，在沉积岩、火成岩、变质岩中均有。如沉积岩中的蛋白石西南交通大学硕士研究生学位论文 第3页
19、岩、燧石岩、砂岩、硬砂岩。前两者的活性组分主要是隐晶、微晶石英、无定形的Si02，后两者的活性组分主要是含有波状消光的应变石英、无定形Si02。火成岩中的安山岩、流纹岩、凝灰岩、浮石，主要的活性组分是火山玻璃体、隐晶石英、鳞石英及有波状消光的应变石英。安山岩一般是具有碱活性的，流纹岩一般为反应缓慢的活性岩石。花岗岩、石英岩一般认为是非活性的，若变形石英具有严重的波状消光，花岗岩中有微晶石英时，也可能是活性的，但反应缓慢。变质岩中的片麻岩、千枚岩、泥板岩具有缓慢型膨胀，可能是岩石中含有波状消光的应变石英及微晶石英所致。2、碱碳酸盐反应(ACR)碱碳酸盐反应(Aaq是舢堰的一个重要类型，它是指混凝
20、土中的碱与某些碳酸盐矿物产生化学反应引起混凝土的地图状开裂。AcR的膨胀机理与AsR是完全不同的。当碱与白云石作用时发生如下的反应，并称之为去白云化(dedolom批ation)反应，用简单的方程式表示为：caMg(c03)2+2NaoH=Mg(o毗+cac03+Na2c03 (12)一般的碳酸盐岩石石灰岩和白云岩是非活性的，只有粘土质白云石质石灰岩才可能发生AcR。粘土质白云石质石灰岩的特征是岩石的基质为粘土和微晶方解石(CaC03)，白云石为细小的菱形或自晶形，自云石晶体被粘土基质包埋“1。含有活性si02的活性骨料分布较广，而具有AcR的碳酸盐活性岩石相对较少。通过对我国实际工程中碱骨料
21、反应破坏事例的研究，发现了众多ASR与AcR同时引起破坏的事例”1，这些结果也引起了国外学者的注意这一问题不仅有理论上的意义，同时在工程建设中也必须重视这一结果。因为ASR和AcR这二者的膨胀机理不同、抑制措施也不同。特别是最近Sim和Ni】【on将碱骨料反应做了以下分类：第1类，非活性骨料(very lnly to bet alkali-reactivc)；第1I类，潜在碱活性或碱活性尚未肯定(pot伽旧ally alkalinactivc or a撒alireacci、rity uncertain)：第类，活性骨料(、，ery lil【ely to be all【ali-reactive)
22、第1I，类又可细分成：II(或)类的碱硅酸反应(S或IIIS)；1I(或I)类的碱碳酸盐反应(H c或c)；II(或)谈的碱硅酸反应和碱碳酸盐反应(II sc或Isc)。这里特别值得注意的是把碱硅酸反应和碱碳酸盐反应的协同效应分为单独的一类，即IISC和SC若再细分的话，还可将其分为以碱硅酸反应为主的IISC，SC和以碱碳酸盐反应为主的IICS，CS。这在西南交通大学硕士研究生学位论文 第4页实践中是很有意义的。当前众多学者和工程师已注意到有的碱碳酸盐反应中含有微晶石英，所以碱硅酸反应也有可能起作用。但更重要的是在可能被认为是由碱硅酸反应造成破坏的工程中，若骨料的化学成分中含有M90，则应注意
23、是否存在活性白云石条带。由于AcR远没有AsR普遍，近年来对AAR的研究主要集中在ASR方面。本文中所涉及的从R问题均是关于AsR而言的。122关于碱的来源一般认为，发生恹必须具备3个条件：碱、活性骨料和水。混凝土中的碱主要来源于混凝土本身的组成材料：水泥、外加剂、混合材、骨料和拌合水等。1、水泥中的碱水泥是混凝土中碱的主要来源，普通水泥中的碱主要由石灰石、粘土、煤等原材料带入，因各地原材料不同水泥的碱含量也有所不同。水泥中的碱一部分以硫酸盐及碳酸盐的形式存在，一部分则固溶在熟料矿物中。其含量一般在0612范围内波动，低于o6碱含量的水泥属于低碱水泥。随着水泥碱含量的增加或水泥用量的增加，碱骨
24、料反应的膨胀也随之增大。2、骨料中的碱骨料中碱的溶出也是不容忽视的碱的来源，早在上世纪8090年代学者们已提出某些骨料中析出的碱会促进从R。近几年来进行的一系列工作发现骨料中析出的碱可达01127l(gm3Na20cq，平均可达22 kgm3Na20eq，这一数值相当可观，不容忽视m。在一定条件下，骨料的碱会析出是肯定的特别是在建设长寿命的百年工程时更要注意。但这里有这一个问题，骨料可析出碱是事实，但对AAR而言，这种碱是否与水泥熟料水化析出的碱同样有效，这也是值得探讨的，还有待进一步深入研究。3、混合材中的碱实验室研究和现场试验结果一致证明，矿物混合材可以有效地抑制碱骨料反应。但也有试验证明
25、，当用高碱粉煤灰而且掺量太少时，后期反而会促进从R。混合材本身就含有一定量的碱，掺入混凝土后，部分碱会被释放出来，即有效碱，从而加速碱骨料反应的发展。4、外加剂中的碱西南交通大学硕士研究生学位论文 第5页现代混凝土成分中除传统的水泥、砂、石、水外，外加剂已是不可缺的组分。外加剂都是无机盐和有机的表面活性物质，大多数都含Na+、r等碱金属离子。这部分离子能与活性骨料作用，能直接或间接地促进碱骨料反应的发展。5、环境中的碱以上四类是混凝土自身的固有碱。大量实验表明，从环境中渗入混凝土中的碱能补充混凝土自身对碱的消耗进而促进碱-骨料反应。123骨料碱活性的检测方法使用非活性骨料对防止ASR而言是最安
26、全可靠的措施，加强骨料碱活性检测是预防ASR的关键，骨料碱活性评定方法的研究是AsR研究领域中的一个重要方面。国内外对骨料碱活性的鉴定方法进行了很多的研究；有对骨料的微观结构进行评价的岩相法n一，有对骨料的化学成分进行鉴定的化学法n“，有以测长为基础的砂浆棒法叭1、混凝土棱柱体法o。“、压蒸法“”等。这些方法在实践中不断得到验证、完善、再验证、再完善。近年来，各国都倾向于使用快速、简单、可靠的方法对骨料进行碱活性检测。早期遭受AAR严重的国家都制定了相应的标准和规范预防AAR的发生，如美国的ASlM标准、加拿大的CSA标准等。目前最活跃的是RIU!M(国际材料与建筑构造研究试验所联合会)标准的
27、制定。它集中了全世界各国的专家，吸收近年来各国的最新成果加以验证与修订。LEM标准中对骨料碱活性的检测方法有岩相法“1(m墟1)、快速砂浆棒法“”(舢嗵2)、混凝土棱柱体法“”(AAR3)、快速混凝土柱法“”(鼬R4)、碳酸盐骨料快速初选法o”(从R5)等。对可能存在严重缺陷的并在实际工程中造成误判的化学法和砂浆棒法，该标准中不再使用。该标准提出如下鉴定骨料碱活性的流程(图11所示)。上述的几种方法各有其优缺点。岩相法的优点是速度快，可直接观察到骨料中的活性组分，岩相鉴定的结果对其后选择合适的检测方法有重要指导作用，一直作为骨料碱活性鉴定的首选方法。缺点是属于定性分析，得不到活性组分含量与膨胀
28、率的定量关系，不能作为最终判据“”。近年来，以高温高碱条件下的AAR为基础发展的许多快速方法，突破了对温度的限制范围，大大加快了AAR反应速度，使得在较短时间内评价骨料的潜在碱活性成为可能。但快速法的强化条件与实际工程所处的条件是有差别的，因此快速法鉴定骨料的长期准确性还需要在实际工程中进一步验证。西南交通大学硕士研究生学位论文 第8页图11 鉴定骨料碱活性的流程图124碱一骨料反应的预防措施由于AsR普遍且尚未发现有效的抑制措施，且AsR发生之后的处理难度很大。因此预防就显得特别重要。目前防止AsR的措施主要有：使用非活性骨料：控制混凝土碱含量；控制湿度和使用混合材或化学外加剂。1、使用非活
29、性骨料使用非活性骨料是防止螺最安全可靠的措旌，但由于活性骨料特别是硅质活性骨料分布广泛，且骨科资源亦非“取之不尽”的可再生资源，随资源不断消耗和受工程造价等因素影响，骨料可选择余地往往受到限制。另外，目前对评定骨料碱活性特别是慢膨胀骨料潜在碱活性尚无绝对可靠的方法“”，正确判断骨料碱活性也并非易事。因此，非活性骨料的使用往往因区域地质形成条件的相同性和经济方面的原因而难以实现，且随着社会的发展，活性骨料的使用也在所难免。2、控制捏凝土碱含量混凝土中碱的存在是ASR发生的必要条件。对同种骨料来说，随着混凝西南交通大学硕士研究生学位论文 第7页土碱含量的增加AsR膨胀增大。对不同活性的骨料，发生碱
30、骨料反应所需的最小碱含量不同。该值称为骨料的阚值碱含量 (1heshold删kvd)简称TAL。它与骨料的性质有关，骨料的活性越大，闽值碱含量越小；骨料的活性越小，发生碱骨料反应所需的碱含量高，阈值碱含量越大“”。控制混凝土碱含量主要是基于当混凝土碱含量(以Na20cqha20+0658K20计)低于一定值，通常认为3 kgm3，混凝土孔溶液中K+、Na+和0阱浓度便低于临界值，从R难于发生或反应程度较轻，不足以使混凝土开裂破坏。在早期发生AAR破坏严重的国家，如美国、英国、日本、新西兰等曾广泛使用碱含量低于06的水泥以降低混凝土中的碱含量，并在一定程度上缓解了AAR问题。但是，近年来由于追求
31、混凝土高强度，单位混凝士水泥用量增加和多种早强外加剂(大部分含碱)使用，限制混凝土碱含量愈加困难。对存在外部碱源的混凝土工程，如海工混凝土、暴露于盐碱地和使用去冰盐的混凝土工程，即使碱含量较低也可发生AAR咖。3、控制混凝土湿度有研究表明，降低相对湿度可以减少AAR膨胀。”。但实际混凝士所处湿度条件是不易人为控制的，而且干湿循环、通电等因素还可以导致混凝土中的碱迁移并在局部富集，从而加剧从R陋“。4、使用矿物混合材在混凝土中掺加混合材是抑制AAR的重要途径，它不仅能够延缓或抑制AAR，而且对混凝土的其它性能也有一定的改善作用，同时有利于节约资源、保护环境。硅灰、粉煤灰、矿渣是三种最常用的混合材
32、，此外，对抑制AAR有益的外掺料尚有：偏高岭土、硅藻土、沸石粉等。国外一些工程研究发现o”，使用杂砂岩做骨料的水工大坝混凝土碱含量小于3 kgm3时也发生了严重的AsR破坏，而使用同类骨料和高碱水泥但掺加粉煤灰的水工混凝土，尽管混凝土可溶性碱含量大于3 kg，m3，经数十年并无ASR破坏发生。混合材对舢堰的抑制作用表现为对混凝土中碱和c“OH)2的作用，可概括为对碱的物理稀释、吸附，与cOH)2的火山灰反应减少甚至消除体系中的ca(O均2，以及火山灰反应生成的低Ca临i比产物对碱的吸附、滞留和对体系的致密化作用等。5、使用化学外加剂使用化学外加荆抑制从R，与使用非活性骨料或掺足够混合材一样，是
33、解决工程混凝土AAR问题的一条重要途径。早期发生且严重的国家，如英国、美国、加拿大、日本等，已经进行了大量研究，常用的化学外加剂有锂盐、钙盐等。McCoy等。1最早证实了锂盐能有效抑制AsR，半个多世纪以来，化学外西南交通大学硕士研究生学位论文 第8页加剂抑制AsR研究也主要围绕这个方向进行。D咖d和弧0m踮啪研究了IjoH和IjN03对混凝土AsR膨胀的影响。38条件下养护至54个月，掺合【Ij】【Na+K】摩尔比074以上的锂盐能有效抑制AsR膨胀。对于含砂岩骨料混凝土，38条件下养护至3年，掺加【u】【Na+K】摩尔比085的锂盐能有效抑制AsR膨胀。美国公路运输协会(ne加m血蛆Ass
34、ociation of hi业way 1hsp叫an0伍dals)提出的混凝土抗ASR所需锂盐掺加置指导标准为【Ij】【+K】摩尔比074脚1。与掺混合材相比，这种方法不必改变施工条件，甚至可以改善工程混凝土的其它性能，在外加剂普遍使用的当代工程界容易被接受。化学外加剂抑制AAR的长期有效性已经得到了比较好的证实洲，深入研究并降低使用成本是这一措施的当务之急。13研究目的和主要内容众所周知，基建工程在国民经济的发展过程中有着重要作用，我国当前和今后的基建规模在世界上占有举足轻重的份额。目前水泥年产量达7亿吨左右，则砂石材料用量将达30柏亿吨，这样大规模的应用是其它材料望尘莫及的。世界各国混凝土
35、因遭受从R破坏造成惨重损失的事例已经说明在工程的筹划、立项、设计、施工、验收以及使用的全过程中必须把耐久性放在首要位置进行考虑。我国高碱水泥占有较大比重，活性骨科广泛分布在北京、天津、山西太原、河北怀来、辽宁锦州、黑龙江嫩江、山东潍坊、江苏仪征和溧阳、浙江长兴和宁波、广东深圳、福建闽江、陕西安康、长江领域等地。但是除了少数高校和科研部门之外，许多旌工和质检部门对混凝土的这一重大问题了解不太多，因而重视不够。由于ASR普遍且处理难度较大，只能以预防为主。为了防止ASR的危害，深入进行AsR总结研究就显得尤为必要。使用非活性骨料对防止ASR而言是最安全可靠的措施，而加强骨料碱活性检测是预防AsR的
36、关键。碱一骨料反应具有很长的潜伏期，甚至可达30一50年。因此尽早确定某种岩石是否具有碱活性具有非常重要的意义。如何正确、科学地检测骨料的碱活性是关键。为此国内外发展了多种检验骨料碱活性的方法。然而对于骨料碱活性的评定，至今国际上尚无一个一致认可的酱遍方法。用不同方法评定骨料碱活性所得到的结果也并非一致。同时，在所有碱骨料反应的预防措施中使用混合材抑制ASR是最实用经济和有效的途径，尽管国际上对利用混合材防治ASR已取得了大西南交通大学硕士研究生学位论文 第9页量的经验。但目前国内外尚缺少使用混合材预防AsR的标准和科学有效地评价掺合料抑制AsR效果的方法来指导应用工程实际。而在实际工程中，人
37、们希望加快试验进程，以判断混凝土中所用骨料的碱活性或者检验所采取的预防措施对碱活性的抑制效果。对此，本课题结合青藏铁路指挥部科研项目：混凝土碱骨料反应研究，主要研究：(1)我国现行标准中各种检测骨料碱活性的方法以及参照相关试验方法提出的一种尝试实验方法；(2)对现场采样的混凝土骨料(石料和砂料)，补充一些地方骨料分别采用分别采用GB厂r 14684200l快速碱硅酸反应试验方法、GB，r 146842001碱硅酸反应试验方法和岩相法以及尝试的新方法考察骨料的碱活性。(3)通过不同方法的相互评定和比较，考察其相关性，对不同评定方法之间的差异进行了一些分析探讨，并对如何正确评定骨料的碱活性提出看法
38、；(4)通过多种预防措施，采用不同的配合比考察混合材对碱活性的抑制效果和规律。(5)结合试验结果和混合材抑制AsR的反应特征对混合材对抑制碱活性的作用进一步探讨。西南交通大学硕士研究生学位论文 第10页第2章骨料碱活性的综合评定AsR所造成的危害已经为世界各国普遍认识。科学地评定骨料的碱括性是预防碱骨料反应的第一步，也是非常重要的一步。在实际工程中，只有对所有骨料的碱活性做出科学的评定，才有可能采取科学的措施预防碱骨料反应。本章首先在多种骨料碱活性鉴定方法综合判定基础上，结台工程中实际应用的中低活性骨料和潜在碱活性骨料做标准骨料。同时对比各检测方法间的相关性，对选择快速而可靠的评价骨料碱活性的
39、方法提供指导。21国内常用检测方法简述1岩相法该方法将烘干的骨料分为小于150um，150um300um、300u600p m，600p m118姗118236和236衄475六个粒级，通过肉眼和借助光学显微镜鉴定骨料的矿物成分及其含量，以及矿物结晶程度和结构，完整的岩相分析还需借助于扫描电镜、X-射线衍射分析、差热分析、红外光谱分析等手段。岩相法主要是依据骨料中活性组分类型和数量定性判断骨料碱活性大、小。根据骨料中活性组分类型不同将ASR分为早(快博胀型ASR和慢膨胀型ASR。岩相法是骨料碱活性鉴定的必选方法，通过岩相分析首先对骨料进行分类，对其后选择合适的检测方法有重要的指导作用。岩相分析
40、可直接鉴定出一些高活性组分如蛋白石、玉髓、火山玻璃体、隐晶质石英等。但对于潜在碱活性组分和微晶石英、受应力变形石英，则还需要通过进一步的检测。另外，岩相分析的可靠性很大程度上依赖于测试者的技能。2喊一硅酸反应试验方法该方法适用于检验硅质骨料与混凝土中的碱发生潜在碱硅酸反应的危害性，不能用于碳酸盐类骨料。该方法采用Na20含量12的高碱水泥，当水泥碱含量低于此值时，掺10的NaOH溶液，将碱含量调至12。骨科分为五个粒级。水泥：骨料质量比为1；225，用跳桌试验控制流动度为105删120 mm，试模规格为25mm25m280mm。试件成型后，标养(242)h脱模，测量其基准长度。之后在(402)
41、试件成型后，标养(242)h脱模，测量其基准长度。之后在(402)西南交通大学硕士研究生学位论文 第11页下养护，在(202)条件下测定其14d，1个月2个月，3个月，6个月的膨胀率。当6个月膨胀率不超过01时，判定为无潜在碱-硅酸反应危害；反之，判定为有潜在碱硅酸反应危害。3快速碱一硅酸反应试验方法该方法适用范围同碱一硅酸反应试验方法。该方法同样将骨科分为五个粒级，水泥；骨料质量比为1：225，水灰比固定为047。试模规格为25姗25衄28嘶m。试件成型后，标养(242)h脱模，测量其基准长度。之后浸没于1mo姐。的NaoH溶液中，在(80土1)下养护，在(202)条件下测定其3d，7d，1
42、0d，14d的膨胀率。当14d膨胀率小于o10时，可以判定为无潜在碱硅酸反应危害；当14d膨胀率太于O20时，可以判定为有潜在碱硅酸反应危害；当14d膨胀率在010020之间时，不能最终判定有潜在碱硅酸反应危害。此方法能在较短的时间内得出检验结果，但当14d膨胀率在o10O20之间时，不能做出最终判定。4混凝土棱柱体试验法该方法采用09O1的高碱水泥，通过外加10Na0H溶液，使水泥碱含量达到125，水灰比为042045，粗细骨料质量比为6：4。试件成型后，标养(244)h后脱模，并在(202)的恒温室中测量其基准长度。之后，放入养护筒中，在(38士2)的养护室中养护。测定试件1周，2周，4周
43、，8周，13周，18周，26周，39周和52周长度。当试件一年的膨胀率O04时，判定为具有潜在危害性反应的活性骨料；反之，则判定为非活性骨料。该法适用于碱硅酸反应和碱碳酸盐反应。5中国压蒸法该方法采用10姗lO衄40眦的砂浆棒，水泥与骨料之比为10；l，骨料粒径为O15姗O80咖，水灰比为O3，水泥碱含量通过将KoH加入到拌和水中调整到w(Na20eq)=15。试件成型一天后脱模，测量初始长度，然后在100条件下蒸养4h，再在150、w(KoH)=lO的溶液中压蒸6h，测置其最终膨胀率。他们最初提出的判据是O11O12。当膨胀率超过O11O1296肘，判为活性骨料；膨胀率在O11左右时为可疑骨
44、料，膨胀率在005左右时为非活性骨料。在CSCS48：93中将水泥骨料比改为10、5、2三个配比，以三个配比中膨胀率最大者作为评定的依据，当膨胀率大于01 096时判为活性骨料，小于O1嘣时判为菲活性骨科。西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2页22试验研究本论文是结合青藏铁路指挥部混凝土碱-骨料反应研究的项目进行的。经初步调查，青藏铁路沿线多数骨料存在不同程度的碱活性。为了能够对青藏铁路沿线的骨料碱活性情况进行了全面的调研和检测，通过对沿线混凝土用砂、石进行样品采集，在室内试验的基础上，采用不同方法对工程沿线各料场骨料的碱活性进行评定，以此来指导实际施工。综合现有国内外方法的优缺点，考虑到
45、以往采用的方法多数是快速碱硅酸反应试验方法，以砂浆棒试件14天的膨胀率作为判断依据，但该法在试件膨胀量为010020时，不能断定骨料是否存在碱活性危害，还需要其他方法作为仲裁。在评估过程中我们采用了以岩相分析为辅，快速碱硅酸反应试验方法和碱硅酸反应试验方法并行评定为主的技术方案。221岩相法1、引用标准GB厂r14684200l12胶砂比 l： 225 1：225水灰比或流动度要求 047 流动度要求105120珊成型方式 手工成型 手工成型养护方式 1IL的N80H葬护渡 40恒温养护时间 14d 6m判定依据 14d膨胀率 6m膨胀率(2)试验原理分析快速法：快速试验铡试骨料的碱活性就是要
46、能加快反应进程，将不改变反应产物性质的一些关键因素放大，达到短期内确定碱活性大小的目的。从碱骨料反应的实际出发，与反应密切相关的主要因素是；反应的温度(试验温度)、反应的面积(颗粒尺寸和分布、骨料，水泥比)、反应物浓度骨料水泥比、碱含量、环境碱浓度)。将试件浸泡在80，1molL的NaOH的溶液中加快碱骨料的反应进程。目前国际上比较有影响的骨料碱活性快速砂浆棒试验方法均采用80碱溶液浸泡，如美国AslM c1260方法、南非NBm方法、加拿大csAA23194方法等。快速法采用了80作为浸泡碱溶液温度，这与现行国际上的标准相接轨。另一方面，从为实际工程服务考虑，在其它条件相同的情况下，选择较高
47、的浸泡碱溶液温度，可以使测试速度更迅速，测试结果更敏感。慢速法： AS聊c227是AsR活性鉴定的经典方法，后来发展的方法多依此为基础，慢速法正是基于此法发展的。快速法由于提高了反应的温度和碱度，在较短时间内就可以评价骨料的碱活性，满足了工程进度的要求。但由于所选择的试验条件与骨料所处的实际环境有差距，因此慢速法采用了更贴近工程实际的试验条件。2、快速法与慢速法对应龄期膨胀率比值关系沿线大多数骨料在快速法中都表现出较高的碱活性，在慢速法中则膨胀率较小。比较前者14d膨胀率和后者6个月膨胀率，可以得出绝大多数试件若快速法14d膨胀率较大，则慢速法6个月膨胀率相对也较大，相反，若快速法14d膨胀率较小，则慢速法6个月膨胀率也很小。如果快速法3d、7d、14d龄期分
