快速碱集料反应试验影响因素分析

马 杰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

快速碱集料反应试验影响因素分析

马 杰

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

研究快速碱集料反应砂浆棒法测长时，试件的成形条件、尺寸、测试时间、养护过程中NaOH溶液含量变化等因素对测试结果的影响，并讨论了在碱集料反应试验过程中应当注意的问题。

碱集料反应 集料 快速法 影响因素

随着社会的发展及人民生活水平的不断提高，人们出行需求增长迅速，对于客运专线的需求日趋强烈[1]。铁路客运专线工程具有技术标准高、质量要求严等特点，其建筑物对沉降变形要求极高[2]，并且要求具有100年的使用寿命。这些要求对结构混凝土的耐久性提出了更高的要求[3]。天然建筑材料的种类一般包括：填料、砂(细骨料)、碎石(粗骨料)、片石、道砟等，粗、细骨料的勘察应调查产地、储量、类型，在应用于混凝土工程时，应检测骨料的材质是否满足设计的需要，调查并检测骨料的碱活性。碱-集料反应(AAR)是影响结构混凝土耐久性的重要因素之一[4-5]，也是铁路工程勘察及试验需要重点关注的问题。近年来发展起来的南非法(快速砂浆棒法)是高温高碱条件下的快速方法，该方法在加拿大、英国等许多国家进行了试验验证，可以检测慢膨胀岩石的活性[6]。研究快速砂浆棒法测长时，试件的成形条件、尺寸、测试时间、养护过程中NaOH溶液含量变化等试验因素对测试结果的影响，并讨论一些应当注意的问题。

1 试验方法[7-9]

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)，《建筑用砂》(GB/T 14684—2001)，《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685—2001)等规范对砂、碎石集料的快速碱活性测试有明确的规定。该方法所用水泥为普通硅酸盐水泥，骨料选取的粒径为0.15～5 mm，水泥与砂的质量比例为1∶2.25，水灰比为0.47。每组试模3个试件，试件成形后带模在标准养护室中养护24 h，然后将同种集料制成的试件脱模后放在同一养护筒中，将养护筒浸泡在(80±2) ℃的烘箱或水浴箱中养护24 h，取出测试基准长度。然后放入温度为(80±2) ℃，浓度为1 mol/L的NaOH溶液中养护，并确保试件被完全浸泡，分别测试3 d、7 d、10 d、14 d试件的长度。结果评定以试件14 d的膨胀率作为评定集料是否具有碱活性的依据，当14 d膨胀率小于0.10%时，可判定为无潜在危害；当14 d膨胀率在0.10%～0.20%之间时，不能最终判定是否具有碱活性；当14 d膨胀率大于0.20%时，可判定为有潜在危害。此方法只适用于检验硅质集料与混凝土中的碱产生潜在反应的危害性，不适用于碱碳酸盐反应集料的活性检验。因此，在成型试件前，应先采用岩相法检测集料的矿物成分。

2 影响快速碱集料反应砂浆棒测长结果的因素

2.1 试件的成形条件对结果的影响

试验前应先按表1级配要求将集料进行组合成试验用料，洗净烘干后备用。本试验取用代表性的2组(A1、A2)砂、碎石集料按25 mm×25 mm×280 mm规格的尺寸成形，其中A1组为细度模数为3.0的中砂，A2为颗粒表面有石屑的石英岩集料。成形条件一：分两层装模，每层按照规范要求振捣40次；成形条件二：分两层装模，每层振捣50次；成形条件三：分两层装模，每层振捣20～30次。对样品14 d的膨胀率进行对比，结果见表2。

表1 集料级配

表2 集料在不同成形条件下14 d的膨胀率

在装模时，发现A1、A2组集料以成形条件二制备的试件表面有些泌水，说明振捣过长；成形条件三做的试件在拆模时，发现测头附近不密实，有脱空现象，说明试件振捣不足，反应在表2上测试的膨胀率值偏小；以成形条件一做的试件入模脱模都很正常，试件成形密实。通过表2也可以看出，当制备的试件有泌水情况的话，测出的膨胀率值偏大，因此应严格控制集料的振捣次数，使试件和测头附近能够成形密实，保证测试结果的精度。

2.2 试件尺寸对结果的影响

本试验取用了有代表性的16组砂、碎石集料，按不同标准规定的尺寸进行成形，养护和测试条件保持一致，对各组样品分别测试了14 d的膨胀率进行对比分析。试件尺寸分别为A：25 mm×25 mm×280 mm(依据JGJ52—2006、GB/T 14684—2001、GB/T 14685—2001)；B：40 mm×40 mm×160 mm(依据美国ASTM1260方法[10])；C：10 mm×10 mm×40 mm(依据《砂、石碱活性快速试验方法》((CECS48：93)[11]) 。具体试验结果见表3和图1。

图1 集料在不同试件尺寸下14 d膨胀值的对比

表3 集料在不同试件尺寸下14 d的膨胀率

注：集料类型是指不同细度模数的砂以及不同产地的相同岩性的碎石。

根据表3的结果可以得出：三种试件尺寸得到的14d膨胀值有一定的差异，本试验以试件尺寸A得到的测试结果作为基准，除个别组外，试件尺寸B和试件尺寸C得到的测试结果都比试件尺寸A得到的测试结果要大，说明试件尺寸对试验结果有较大的影响。

从图1可以看出，以膨胀值0.10%为基准值，试件尺寸A、试件尺寸B和试件尺寸C得到的测试结果都有不一致的情况，个别组采用试件尺寸B或试件尺寸C的试件会出现误判、漏判的现象，综合看采用25 mm×25 mm×280 mm的试件比较合理。

2.3 试件的测试时间对结果的影响

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52-2006)等规范规定，将试件从养护筒中逐个取出，用抹布擦干表面，立即用测长仪测试试件的长度，每个试件至少重复两次，每次每个试件从取出擦干表面到读数完成应在(15±5) s内结束。本试验就试件的测试时间对测试结果的影响进行了分析，具体结果见表4。

从表4可以看出：试件的测试时间对测试结果的影响较大，测出的膨胀值结果随测试时间的延长而减小，测试在1 min内完成时，测试结果减小0.01%～0.02%；而当试件用湿布覆盖10 min以后测试的结果要比试件在(15±5)s内测试的结果小0.03%～0.06%，甚至有收缩的情况出现。因此，试验中从养护筒中取出试件到完成读数必须按照规范规定在(15±5)s内完成，以保证高温高碱的试验条件。

表4 试件的测试时间对测试结果的影响 s

注：为了防止试件表面失水，测试时用湿毛巾覆盖保湿。

2.4 试件养护过程中NaOH溶液含量变化对结果的影响

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52—2006)等规范规定，试件在NaOH溶液中养护的浓度为1 mol/L。在试验过程中，将试件从含有NaOH溶液的养护筒中取出测长时，难免会有少量NaOH溶液散失。另外，如果养护筒密封不严实，随着养护龄期的延长也会蒸发掉一定量的NaOH溶液，造成NaOH溶液含量的变化，甚至出现试件不能完全被NaOH溶液完全浸没的现象。本试验取用四组有代表性的中砂和碎石，对在试件养护过程中NaOH溶液含量变化对7 d和14 d膨胀率测试结果的影响进行了对比，见表5。

表5 NaOH溶液含量变化对测试结果的影响 %

从表5可以看出，养护过程中NaOH溶液含量变化对测试结果有一定的影响，增加NaOH溶液使试样7 d和14 d的膨胀值比不增加NaOH溶液的测试结果大0.02%～0.04%，会产生错判、误判的现象。由于规范中并未规定在养护过程中可以补充NaOH溶液。因此，在试验过程中取出试件时应尽量轻拿轻放，并且严格保证密封养护筒，避免NaOH溶液的蒸发，影响试验结果的准确性。

3 讨论

根据试验结果可以看出，采用25 mm×25 mm×280 mm的试件进行测试是合理的，测试过程中应保证试件温度，试件测长必须保证在(15±5) s时间内完成，试验中应保证NaOH溶液的量足以浸没试件，避免在试验过程中添加NaOH溶液。另外，在试验操作过程中还应注意以下一些问题：

①试验成形时，应振捣密实，分两层装模，每层振捣40下，若遇到附着石屑的集料，应适当延长5～10下振捣次数，以保证试件成形的密实性。

②测长时保证测头光滑洁净，在拆模时用记号笔标注试件的编号，用箭头标示测长方向，保证每次测长时试件的位置、方向一致。试件的初始长度必须测试准确，并且试件每次测长时应保持在同一时刻进行。

③每次应在(20±2) ℃的恒温室中进行测试。测试时应用湿布覆盖试件，以防止水分蒸发。当测长结束时，应立即将试件放回NaOH溶液中进行养护。

④试件在养护筒中应呈垂直分离放置状态，试件之间应有一定的空隙，且不能接触养护筒壁，在整个养护期间，要严格保证养护筒处于密封状态。

[1] 吴伟.平原及山区高速铁路选线的控制因素[J].铁道勘察，2010(1):87-88

[2] 王茂靖.高速铁路工程地质勘察特点[J].铁道勘察，2005(4):54-56

[3] 刘旭全.客运专线大断面黄土隧道高性能混凝土施工技术研究[J].铁道工程学报，2008(11):87-88

[4] 赵学荣.碱-集料反应对混凝土结构耐久性影响的研究[D].天津：天津大学建筑工程学院，2008

[5] 唐文军.铁路工程天然建筑材料勘察及试验要点[J].铁道勘察，2007(3):32-34

[6] 马杰. 碱-集料反应的试验方法研究[J].铁道勘察，2010(5):56-58

[7] JGJ52—2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准[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、石碱活性快速试验方法[S]

TheAnalysisofInfluencingFactorsontherapidAlkali-AggregateReaction

MA Jie

2014-06-25

马 杰(1983—)，男，2009年毕业于武汉理工大学建筑材料专业，工学硕士，工程师。

1672-7479(2014)05-0039-03

TU528.041

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