快速砂浆棒法进行混凝土骨料碱活性试验的影响因素分析

禹化伟　李召朋

摘 要：张家口地区处燕山地质带，山体主要矿物为花岗岩、白云岩等，这也是当地生产混凝土用骨料的常用矿物。如何通过快速砂浆棒法快速准确地判定岩石是否存在潜在碱活性，是建石场或混凝土生产前必须要做的重要工作。本文通过论述快速砂浆棒法碱活性试验过程中水泥的碱含量、骨料的加工方法、骨料的细粒含量、养护方法等因素对试验结果的影响，对试验过程提出一定的建议。

关键词：碱活性；快速砂浆棒法；试验方法及影响因素

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2013）-12-0205-02

一、前言

混凝土由胶凝材料、水、砂、碎石和其它外加剂等材料组成，碎石往往通过拌和站所处本地山体开采、破碎加工而得，碎石质量的好坏对混凝土的强度、耐久性能有重要影响，尤其是碎石的潜在碱活性，对混凝土后期性能是否能满足建筑物的使用要求影响极为重要，严重的碱活性问题可能导致混凝土结构报废。精密的试验过程，是合理甄别骨料碱活性的必需过程。

二、碱骨料反应的种类

碱活性是指骨料中的某些矿物成分在一定条件下与混凝土中的碱（Na2O、K2O）发生化学反应，导致混凝土产生膨胀、开裂、甚至破坏的特性[1]。

碱骨料反应主要分两种，一种是碱—硅酸反应，另一种为碱—碳酸盐反应。碱—硅酸反应骨料主要为含有非晶体或结晶不完整的二氧化硅骨料，碱—碳酸盐骨料主要为含有具有特定结构构造微晶白云石的骨料。

三、碱骨料反应的试验方法

以铁路混凝土的试验方法为例，快速地评定骨料是否具备碱活性主要有两种方法，一是岩相法，二是快速砂浆棒法。

岩相法是指通过肉眼和显微镜、岩相显微镜等手段对骨料进行观察，鉴定骨料的岩石各类、结构构造及矿物成分，确定骨料是否含有碱活性矿物、碱活性矿物类别以及碱活性矿物占骨料的重量百分含量，从而定性评定骨料的碱活性[2]。

快速砂浆棒法是指将骨料和硅酸盐水泥混合制成的砂浆试件置于80℃、1N NaOH溶液中，定期测定试件的长度，依据试件14天龄期时的长度膨胀率，评定骨料的碱活性[3]。本文主要说明此方法进行试验的细节及注意事项，及相关细节对试验结果准确程度造成的影响。

四、岩样的岩相分析结果

取样岩石种类为代表性肉红色长石花岗岩、黑云母花岗岩、白色白云岩、灰色白云岩共4种样品，经岩相分析，肉红色长石花岗、黑云母花岗岩、白色白云岩3种样品均不含潜在碱活性矿物，灰色白云岩含有较大量的“微晶石英”，属潜在碱硅酸反应活性矿物。四种岩石样本图片如下：

五、几种岩石的快速砂浆棒法试验结果

将以上四种岩石按快速砂浆棒法进行试验，试验结果如下：

通过上述试验结果，灰色白云岩结果较大，也印证了岩相分析中灰色白云岩存在潜在活性的可能。以下的论述中采用灰色白云岩进行对比试验。

六、试验方法及细节对比

骨料：经破碎的灰色白云岩样品；

水泥：基准水泥，P.Ⅰ42.5，碱含量0.58%，中国建材院；

水：纯净水

NaOH：分析纯。

1、水泥及碱的调整：试验过程中，骨料经加工破碎、筛分、水洗、烘干处理，按规定的级配进行合成，组成样品990g，水泥取440g，NaOH取0.97g，水取207ml，按GB/T17671的方法搅拌并成型试件。因在此过程中，拌和砂浆所添加的NaOH的量为刚好把水泥的碱含量调节至0.8%，试验方法规定要求试验过程中水泥的碱含量不低于0.8%，因此，将NaOH的掺入量，即水泥的碱含量作为重要影响因素进行对比。按NaOH掺入量分别为0.97g、1.85g、2.73g，即水泥的碱含量分别为0.80%、1.00%、1.20%。

2、骨料的加工：骨料加工方法可为锤式破碎、颚式破碎、圆盘粉磨等，不同方法加工的骨料粒形有较大区别，锤式破碎的效果较好，颗粒比较浑圆，颚式破碎后的骨料明显存在大量针状颗粒，圆盘粉磨后的样品存在大量片状颗粒。以上3种破碎方法制作的样品分别编号为骨料①、骨料②、骨料③，此3种骨料拌制的砂浆的流动度（按GB/T2419进行试验）明显不同，结果如下表：

以上数据表明，加工后骨料颗粒较方正圆滑的明显有较好的流动度，其它方式加工的骨料拌制的胶砂均显干涩。

不难想像，加工后的骨料，颗粒的针、片状颗粒越多，其与水泥浆的接触面会越大，更大的接觸面增强了骨料与水泥中碱的反应速度与程度。

同时，因不同操作人员的试验精度不同，对骨料清洗过程有偏差，骨料中粉尘的多少亦不同。对此，将完全清洗彻底的骨料人为地添加烘干的0.075mm以下的细颗粒，按添加0、5.0g、9.9g，即骨料的细颗粒含量为0、0.5%、1.0%。

3、养护过程：因养护方法为80℃水溶养护，养护盒的质量及细致管理也会对结果有一定影响，如养护室的密封性能。密封较差时，养护盒中养护溶液水分蒸发易造成试件暴露，影响正常养护效果。为对比显示，将试件分别置于装满养护液、装少量养护液且养护液不与试件接触的密封养护盒内，分别编号养护①、养护②。

4、试验及结果：按养护①方法进行试验，按水泥碱含量、骨料类型、细粒含量三个影响因素及各因素的三个不同水平进行三因素三水平正交对比，试验结果如下：

通过上表进行直观分析，根据极差得出水泥的碱含量是影响碱活性快速砂浆棒试验结果最大的因素，细粒含量次之，加工方法影响最小，可忽略不计。分析水泥碱含量与骨料细粒含量的交互作用如下表：

从表中分析可得出，随着水泥碱含量的增加，试验结果越大，骨料细粒含量越多，试验结果越小。

养护方法的影响：采用不同的养护方法，即蒸养和水养对比，蒸养的试件有较大程度的收缩，收缩值在0.1～0.2%之间，对比意义不大。

5、其它操作方法的影响：测长时，要求试件从水中取出后的15S内完成测试，当放置时间较长时，如30S后，因热胀冷缩的原因，试件长度目测显示可缩短0.01～0.02mm，放置1min后更能达到缩短0.04mm的数量。因此，应注意此操作方法的熟练程度。

七、结论

1、水泥的碱含量的大小是影响骨料快速砂浆棒法试验中砂浆棒膨胀率的最重要因素，且标准试验方法对水泥的碱含量要求宽松，无上限范围，对试验结果的确切程度造成最大的影响，将水泥碱含量调大，往往会对试验结果造成误判。建议参建工程各方检测单位对水泥的碱含量达成一致，或标准修订至更精确的数值。

2、骨料加工的清洗过程很重要，细粒越多，造成实测结果越少。

3、骨料加工方法不同造成骨料粒形不同，胶砂流动度不同，与设想的不一样，影响很小，几乎可忽略。

4、养护过程中必须采用密封养护盒，易蒸发失水的养护盒造成的对试件的蒸养或干养会明显造成试件的收缩。试验读数时务必经常练习，达到熟练的程度，控制时间15S以内，以防止时间过长造成试件的降温收缩。

参考文献：

[1] TB/T3054-2002，中华人民共和国铁道部.铁路混凝土工程预防碱—骨料反应技术条件[S].

[2] TB/T2922.1-1998，中华人民共和国铁道部.铁路混凝土用骨料碱活性试验方法 岩相法[S].

[3] TB/T2922.5-2002，中华人民共和国铁道部.铁路混凝土用骨料碱活性试验方法 快速砂浆棒法[S].