快速堿集料反應試驗影響因素分析

馬 杰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

快速堿集料反應試驗影響因素分析

馬 杰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

研究快速堿集料反應砂漿棒法測長時，試件的成形條件、尺寸、測試時間、養護過程中NaOH溶液含量變化等因素對測試結果的影響，并討論了在堿集料反應試驗過程中應當注意的問題。

堿集料反應 集料 快速法 影響因素

隨著社會的發展及人民生活水平的不斷提高，人們出行需求增長迅速，對于客運專線的需求日趨強烈[1]。鐵路客運專線工程具有技術標準高、質量要求嚴等特點，其建筑物對沉降變形要求極高[2]，并且要求具有100年的使用壽命。這些要求對結構混凝土的耐久性提出了更高的要求[3]。天然建筑材料的種類一般包括：填料、砂(細骨料)、碎石(粗骨料)、片石、道砟等，粗、細骨料的勘察應調查產地、儲量、類型，在應用于混凝土工程時，應檢測骨料的材質是否滿足設計的需要，調查并檢測骨料的堿活性。堿-集料反應(AAR)是影響結構混凝土耐久性的重要因素之一[4-5]，也是鐵路工程勘察及試驗需要重點關注的問題。近年來發展起來的南非法(快速砂漿棒法)是高溫高堿條件下的快速方法，該方法在加拿大、英國等許多國家進行了試驗驗證，可以檢測慢膨脹巖石的活性[6]。研究快速砂漿棒法測長時，試件的成形條件、尺寸、測試時間、養護過程中NaOH溶液含量變化等試驗因素對測試結果的影響，并討論一些應當注意的問題。

1 試驗方法[7-9]

《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》(JGJ52—2006)，《建筑用砂》(GB/T 14684—2001)，《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685—2001)等規范對砂、碎石集料的快速堿活性測試有明確的規定。該方法所用水泥為普通硅酸鹽水泥，骨料選取的粒徑為0.15～5 mm，水泥與砂的質量比例為1∶2.25，水灰比為0.47。每組試模3個試件，試件成形后帶模在標準養護室中養護24 h，然后將同種集料制成的試件脫模后放在同一養護筒中，將養護筒浸泡在(80±2) ℃的烘箱或水浴箱中養護24 h，取出測試基準長度。然后放入溫度為(80±2) ℃，濃度為1 mol/L的NaOH溶液中養護，并確保試件被完全浸泡，分別測試3 d、7 d、10 d、14 d試件的長度。結果評定以試件14 d的膨脹率作為評定集料是否具有堿活性的依據，當14 d膨脹率小于0.10%時，可判定為無潛在危害；當14 d膨脹率在0.10%～0.20%之間時，不能最終判定是否具有堿活性；當14 d膨脹率大于0.20%時，可判定為有潛在危害。此方法只適用于檢驗硅質集料與混凝土中的堿產生潛在反應的危害性，不適用于堿碳酸鹽反應集料的活性檢驗。因此，在成型試件前，應先采用巖相法檢測集料的礦物成分。

2 影響快速堿集料反應砂漿棒測長結果的因素

2.1 試件的成形條件對結果的影響

試驗前應先按表1級配要求將集料進行組合成試驗用料，洗凈烘干后備用。本試驗取用代表性的2組(A1、A2)砂、碎石集料按25 mm×25 mm×280 mm規格的尺寸成形，其中A1組為細度模數為3.0的中砂，A2為顆粒表面有石屑的石英巖集料。成形條件一：分兩層裝模，每層按照規范要求振搗40次；成形條件二：分兩層裝模，每層振搗50次；成形條件三：分兩層裝模，每層振搗20～30次。對樣品14 d的膨脹率進行對比，結果見表2。

表1 集料級配

表2 集料在不同成形條件下14 d的膨脹率

在裝模時，發現A1、A2組集料以成形條件二制備的試件表面有些泌水，說明振搗過長；成形條件三做的試件在拆模時，發現測頭附近不密實，有脫空現象，說明試件振搗不足，反應在表2上測試的膨脹率值偏小；以成形條件一做的試件入模脫模都很正常，試件成形密實。通過表2也可以看出，當制備的試件有泌水情況的話，測出的膨脹率值偏大，因此應嚴格控制集料的振搗次數，使試件和測頭附近能夠成形密實，保證測試結果的精度。

2.2 試件尺寸對結果的影響

本試驗取用了有代表性的16組砂、碎石集料，按不同標準規定的尺寸進行成形，養護和測試條件保持一致，對各組樣品分別測試了14 d的膨脹率進行對比分析。試件尺寸分別為A：25 mm×25 mm×280 mm(依據JGJ52—2006、GB/T 14684—2001、GB/T 14685—2001)；B：40 mm×40 mm×160 mm(依據美國ASTM1260方法[10])；C：10 mm×10 mm×40 mm(依據《砂、石堿活性快速試驗方法》((CECS48：93)[11]) 。具體試驗結果見表3和圖1。

圖1 集料在不同試件尺寸下14 d膨脹值的對比

表3 集料在不同試件尺寸下14 d的膨脹率

注：集料類型是指不同細度模數的砂以及不同產地的相同巖性的碎石。

根據表3的結果可以得出：三種試件尺寸得到的14d膨脹值有一定的差異，本試驗以試件尺寸A得到的測試結果作為基準，除個別組外，試件尺寸B和試件尺寸C得到的測試結果都比試件尺寸A得到的測試結果要大，說明試件尺寸對試驗結果有較大的影響。

從圖1可以看出，以膨脹值0.10%為基準值，試件尺寸A、試件尺寸B和試件尺寸C得到的測試結果都有不一致的情況，個別組采用試件尺寸B或試件尺寸C的試件會出現誤判、漏判的現象，綜合看采用25 mm×25 mm×280 mm的試件比較合理。

2.3 試件的測試時間對結果的影響

《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》(JGJ52-2006)等規范規定，將試件從養護筒中逐個取出，用抹布擦干表面，立即用測長儀測試試件的長度，每個試件至少重復兩次，每次每個試件從取出擦干表面到讀數完成應在(15±5) s內結束。本試驗就試件的測試時間對測試結果的影響進行了分析，具體結果見表4。

從表4可以看出：試件的測試時間對測試結果的影響較大，測出的膨脹值結果隨測試時間的延長而減小，測試在1 min內完成時，測試結果減小0.01%～0.02%；而當試件用濕布覆蓋10 min以后測試的結果要比試件在(15±5)s內測試的結果小0.03%～0.06%，甚至有收縮的情況出現。因此，試驗中從養護筒中取出試件到完成讀數必須按照規范規定在(15±5)s內完成，以保證高溫高堿的試驗條件。

表4 試件的測試時間對測試結果的影響 s

注：為了防止試件表面失水，測試時用濕毛巾覆蓋保濕。

2.4 試件養護過程中NaOH溶液含量變化對結果的影響

《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》(JGJ52—2006)等規范規定，試件在NaOH溶液中養護的濃度為1 mol/L。在試驗過程中，將試件從含有NaOH溶液的養護筒中取出測長時，難免會有少量NaOH溶液散失。另外，如果養護筒密封不嚴實，隨著養護齡期的延長也會蒸發掉一定量的NaOH溶液，造成NaOH溶液含量的變化，甚至出現試件不能完全被NaOH溶液完全浸沒的現象。本試驗取用四組有代表性的中砂和碎石，對在試件養護過程中NaOH溶液含量變化對7 d和14 d膨脹率測試結果的影響進行了對比，見表5。

表5 NaOH溶液含量變化對測試結果的影響 %

從表5可以看出，養護過程中NaOH溶液含量變化對測試結果有一定的影響，增加NaOH溶液使試樣7 d和14 d的膨脹值比不增加NaOH溶液的測試結果大0.02%～0.04%，會產生錯判、誤判的現象。由于規范中并未規定在養護過程中可以補充NaOH溶液。因此，在試驗過程中取出試件時應盡量輕拿輕放，并且嚴格保證密封養護筒，避免NaOH溶液的蒸發，影響試驗結果的準確性。

3 討論

根據試驗結果可以看出，采用25 mm×25 mm×280 mm的試件進行測試是合理的，測試過程中應保證試件溫度，試件測長必須保證在(15±5) s時間內完成，試驗中應保證NaOH溶液的量足以浸沒試件，避免在試驗過程中添加NaOH溶液。另外，在試驗操作過程中還應注意以下一些問題：

①試驗成形時，應振搗密實，分兩層裝模，每層振搗40下，若遇到附著石屑的集料，應適當延長5～10下振搗次數，以保證試件成形的密實性。

②測長時保證測頭光滑潔凈，在拆模時用記號筆標注試件的編號，用箭頭標示測長方向，保證每次測長時試件的位置、方向一致。試件的初始長度必須測試準確，并且試件每次測長時應保持在同一時刻進行。

③每次應在(20±2) ℃的恒溫室中進行測試。測試時應用濕布覆蓋試件，以防止水分蒸發。當測長結束時，應立即將試件放回NaOH溶液中進行養護。

④試件在養護筒中應呈垂直分離放置狀態，試件之間應有一定的空隙，且不能接觸養護筒壁，在整個養護期間，要嚴格保證養護筒處于密封狀態。

[1] 吳偉.平原及山區高速鐵路選線的控制因素[J].鐵道勘察，2010(1):87-88

[2] 王茂靖.高速鐵路工程地質勘察特點[J].鐵道勘察，2005(4):54-56

[3] 劉旭全.客運專線大斷面黃土隧道高性能混凝土施工技術研究[J].鐵道工程學報，2008(11):87-88

[4] 趙學榮.堿-集料反應對混凝土結構耐久性影響的研究[D].天津：天津大學建筑工程學院，2008

[5] 唐文軍.鐵路工程天然建筑材料勘察及試驗要點[J].鐵道勘察，2007(3):32-34

[6] 馬杰. 堿-集料反應的試驗方法研究[J].鐵道勘察，2010(5):56-58

[7] JGJ52—2006普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準[S]

[8] GB/T 14684—2001建筑用砂[S]

[9] GB/T 14685—2001建筑用卵石、碎石[S]

[10]ASTM C1260—94，Standard test method for potential alkali reactivity if aggregates (Mortar-Bar Method ) Annual book of ASTM standards[S]. Vol.04.02，Concrete and Mineral Aggregates，America Society for Testing and Materials，Philadephia，USA， 1994：648-651

[11]CECS48：93砂、石堿活性快速試驗方法[S]

TheAnalysisofInfluencingFactorsontherapidAlkali-AggregateReaction

MA Jie

2014-06-25

馬 杰(1983—)，男，2009年畢業于武漢理工大學建筑材料專業，工學碩士，工程師。

1672-7479(2014)05-0039-03

TU528.041

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