集料碱活性岩石柱法自动测试仪的应用研究

高 峰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司工程测试中心，湖北 武汉 430063)



集料碱活性岩石柱法自动测试仪的应用研究

高 峰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司工程测试中心，湖北 武汉 430063)

针对岩石柱法碱活性试验过程自动化程度低、误差大的问题，研发了一种新型自动测试仪，并将位移传感器与自动化控制系统相结合，实现了试件养护、数据采集、数据分析的自动化控制，大大提高了测量精度和工作效率。

碱活性，岩石柱法，测试方法，自动测试仪

0 引言

碱集料反应被认为是混凝土中影响混凝土耐久性的重要因素之一，许多研究表明[1-3]，来自水泥或环境中的碱与混凝土集料中某些矿物组分发生化学反应，能够导致混凝土的膨胀、开裂，从而造成整个混凝土结构破坏。根据与碱反应的集料中矿物成分的不同，碱集料反应大致可以分为碱—硅酸反应(Alkali-Silicate Reaction，简称ASR)和碱—碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR)两大类。多年来，建筑业内对碱集料反应的研究多于碱—碳酸反应[3]。然而碱—碳酸反应的机理和工程实践表明，对于ACR的抑制要比ASR困难得多[3,4](铁标对硅酸类有抑制方法，对碳酸类没有说明)，并且随着现代混凝土技术的发展，水泥中的含碱量有所提高，同时，天然硅质砂石等自然资源大量的被消耗，越来越多的含碳酸盐类矿物的人工砂石被应用，这使得工程建设越来越迫切的需要科学而准确的评定一些集料的ACR活性。

目前来说，对于碳酸盐类的集料，工程中大多先采用岩相法来定性，先确定岩石中是否含有易发生碱碳酸盐反应的微晶白云石等矿物，随后采用岩石柱法测试其在碱液中的84 d膨胀率，以此来判定集料的潜在碱活性，该法要求加工的试件直径9 mm±1 mm，高35 mm±5 mm[5, 6]。但由于样品尺寸小且整个测量过程均为人工测量，没有特定测量装置，故存在三方面问题：

1)试验切割时双端面磨平机无法保证试件两端面绝对平行，且人工测量过程需要反复取出试样，难以保证每次测量点一致，这就使得岩石柱的膨胀率测量离散性大；

2)测长仪一般采用点接触式的螺旋千分尺，测量精度不够，国标为0.01 mm，铁标为0.001 mm，超过0.035 mm±0.005 mm即判定不合格，很容易造成误判；

3)数据采集过程完全靠人工完成，试验自动化程度低，难以对试验条件进行精准控制，不仅误差较大，而且工作效率低。

本文针对上述问题提出了一种新型测试方法，并研发了一种岩石柱法碱活性自动测试仪，该装置将位移传感器与自动化控制系统相结合，较好的解决了现有岩石柱法碱活性试验过程自动化程度低、误差大的问题，从而实现了试件养护、数据采集、数据分析的自动化控制，大大提高了测量精度和工作效率。

1 原材料与试验方案

1.1 样品制备

1)岩样的制备。

岩石中含有特定结构的泥质细粒白云质灰岩和泥质细粒灰质白云岩是产生ACR反应的必要条件，为此本文分别选取了几种在偏光显微镜下鉴定属无碱活性、潜在碱活性、碱活性的岩石(为含微晶白云石矿物及膨胀性矿物的岩石)来进行测量试验，这几种岩石的偏光鉴定结果如表1所示。

2)膨胀砂浆及膨胀净浆的制备。

由于岩石的ACR活性反应较慢，为进一步快速测试试验仪器的有效性，本文还制备了几种掺膨胀剂的砂浆及净浆，其配比如表2所示。砂浆及净浆所用水泥为P.O42.5基准水泥，膨胀剂为硫铝酸钙型膨胀剂，砂为ISO中国标准砂，试件的成型制备方法符合GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检验方法规定,成型后的试件放在温度20 ℃±2 ℃，相对湿度(50±5)%的环境中养护，1 d后拆模，随后继续养护至7 d龄期，最后钻取3个φ9×35 mm的圆柱体试件留待测试用。

表1 岩石偏光鉴定结果表

表2 膨胀砂浆及净浆配合比 g

1.2 数据采集

各个样品制备完成后，分为两种方法进行测试，其一是人工测量，主要是使用螺旋千分尺，精度为0.001 mm；其二为自动测量，即使用本文提出的试验仪器，该仪器每隔1 h测量并记录一次数据。

试验所用仪器如图1所示。

2 试验结果及分析

图2是采用人工测量及自动测量所测得的岩石的膨胀量；图3是使用本研究提出的测试仪器所测得的膨胀砂浆及膨胀净浆的膨胀量。

由图2可知，同一组试件人工测量和自动测量的膨胀量有明显差异。在人工测量条件下，掺加膨胀剂的砂浆及净浆试件其膨胀量随着时间的变化表现出杂乱无章的规律，时而增加时而减小，甚至出现负膨胀，曲线图极不规则；在自动测量条件下，掺加膨胀剂的砂浆及净浆试件其膨胀量表现出随着龄期的增加而增加的规律，且当膨胀剂掺量越多时，砂浆及净浆的膨胀量越大。而掺膨胀剂的砂浆及净浆试件理论上是随着龄期的增加，反应逐步进行，膨胀也是逐步增加的，这说明自动测量的结果更符合掺膨胀剂的砂浆及净浆试件的膨胀规律。由此可知对同样的样品，人工测量的结果离散性大、稳定性小，可靠性低，而自动测量的结果明显离散性小，稳定性大，可靠性高。

由图3可知，对于已知具有膨胀性的岩石—膨胀岩而言，当采用人工测量时，其虽然表现出一定的膨胀性，但其膨胀量数值与自动测量相比明显偏大，同时其测试结果呈现的是不规则的上升，而自动测量的膨胀量却随时间的增加而呈规则的上升；对于已知不具有膨胀性的岩石—灰岩而言，人工测量条件下其膨胀量的测量值波动较大，自动测量条件下其膨胀量几乎为零，显然人工测量的结果误差远大于自动测量；对于潜在膨胀性的岩石—糜棱岩而言，人工测量的结果基本没有规律可言，膨胀量随龄期的变化上下波动明显，自动测量条件下，其膨胀量却随时间的增加而先增加后保持不变。总的来看，相同岩石人工测量条件下，试件的膨胀规律与理论相差巨大，而自动测量条件下，试件的膨胀量却呈现规则的变化，与理论结果接近。这说明人工测量条件下，集料可能由于仪器及人为误差而误判成非膨胀性，同样，非膨胀性的岩石柱同样由于仪器及人为误差而误判成具有膨胀性。

3 结语

由上述分析可知：采用传统的岩石柱法测量集料的碱活性精度低，数据差异大，测试结果离散性大、稳定度小、可靠性差。本文提出的自动测量装置具有可操作性，测试的数据更为稳定可靠，能够大大提高碱碳酸反应的测量精度，是一种可行的试验测量方法。

[1] 朱连滨,王海生,尹 巍,等.北京地区骨料的碱活性及其测试方法的研究[J].建筑技术开发，2002(3):38-40.

[2] 梅来宝,邓 敏,唐明述.碱—碳酸盐反应研究进展[J].南京工业大学学报(自然科学版)，2002(2):104-110.

[3] 周文娟,姚利君,陈家珑.碱—碳酸反应方法研究[J].北京建筑工程学院学报，2011(4):42-45.

[4] 兰祥辉,姚 晓,邓 敏,等.碳酸盐反应活性的新快速鉴定方法[J].南京工业大学学报(自然科学版)，2002(3):1-5.

[5] 李小和,王 玲.国内外集料碱活性试验方法的对比研究[A].2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)[C].2005.

[6] 张承志,王爱勤,王海生.关于集料碱活性评定的一些问题[J].混凝土与水泥制品，2004(1):6-10.

On application of automated test set of aggregate alkali activity of rock columns

Gao Feng

(EngineeringTestCenter,ChinaRailwayNo.4SurveyandDesignInstituteGroup,Wuhan430063,China)

According to the problems with lower automation and obvious errors for the aggregate alkali activity of rock columns, the paper researches the new automated test set, integrates the displacement sensor and automated controlling system, so it realizes the automated control of the trial maintenance, data collection, and data analysis and improve the measurement accuracy and efficiency effectively.

alkali activity, rock column, measurement method, automated test set

1009-6825(2017)09-0106-03

2017-01-14

高 峰(1972- )，男，工程师

TU502.1

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