混凝土用骨料碱活性试验方法快速砂浆棒法

王艺华

摘要：碱-骨料反应引起的混凝土膨胀、开裂甚至破坏已引起各国的廣泛关注。碱集料破坏具有混凝土结构逐渐开裂和不可修复终止的特点。为了保证混凝土工程的耐久性，防止碱骨料的破坏，施工前对骨料的碱活性进行评价是非常重要的。因此，碱骨料的测试和评价方法已成为混凝土碱骨料反应研究领域的一个重要方面。

关键词：碱活性;试验方法;测长法;可靠性

由碱骨料反应造成的混凝土膨胀、开裂甚至破坏已经引起了各国的普遍重视，目前碱活性检验方法主要有岩相法、化学法和测长法等，这些方法对保证混凝土耐久性起到积极作用，但也存在其本身缺陷。

一、概述

目前各国碱活性的检验方法主要有三类：一是岩相法，通过岩相鉴定骨料中是否含有活性矿物组分，并确定活性矿物种类——硅酸类或碳酸盐类，以定性分析为主;二是化学法，测定骨料在碱液中的二氧化硅的溶出量以及反应消耗掉的碱量;三是测长法，测定骨料与碱反应后发生的膨胀率大小。这些方法对鉴定骨料碱活性、保证混凝土工程耐久性起到了积极的作用，但也存在错判、漏判的情况。为此，不少学者从不同角度对碱骨料活性的试验方法进行了评述，对RILEM标准、ASTM标准和CSA标准中集料碱活性检测方法进行了比较。对3种料场的骨料进行了碱活性试验方法的比较，结果表明不同方法的结果并不一致，ASTM C227方法仅反映了骨料的短期行为，对慢膨胀活性骨料，应延长反应时间或提高反应速度，则可与压蒸法得出一致结论。评述了多种ASTM试验方法的特点，并提出快速测长法是主流趋势。城市建设规模较大，由于碱骨料反应破坏的不可修复性，为避免混凝土工程质量隐患，市建委要求对进沪骨料的碱活性进行评定。核电建设进入高潮，核电要求对骨料的碱活性进行专项鉴定。自 开工建设以来。投资规模十分巨大，工程对骨料碱活性作出了严格且切合实际的规定。在大量的碱活性试验评定过程中发现某些方法太过严格，对工程选择骨料造成极大困扰;而某些方法的可操作性、可靠性存在问题。为此展开了碱骨料反应试验方法研究，并进行实际应用。

二、ASTM C1260碱骨料反应标准试验方法（快速砂浆棒法）

ASTM C1260骨料潜在碱活性标准试验方法（快速砂浆棒法）是被我国许多标准采纳的快速试验方法，其标准如下：14 d膨胀率若小于0.10%，大概率可以判定为无潜在碱-硅酸盐反应危害;14 d膨胀率若大于0.20%，可判定为有潜在碱骨料反应危害;14 d膨胀率若在0.10%～0.20%，判定为疑似碱骨料反应，可延长80℃、1 mol/L的NaOH溶液中养护期至28 d，当28 d膨胀率大于0.20%时，判定为有潜在碱-硅酸盐反应危害。对该方法进行可靠性研究时，选取不同岩相（流纹岩、安山岩、石英砂岩、凝灰岩、板岩、花岗岩等）骨料样品，分别按ASTM C1260和国内公认较为严格的CECS 48：93《砂、石碱活性快速试验方法》进行对比测试，按CECS 48：93判定为活性骨料的，按ASTM C1260也判定为活性骨料;按CECS 48：93判定为非活性骨料的，按ASTM C1260部分判定为活性骨料，部分判定为非活性骨料。同时发现，当14 d膨胀率在0.10%～0.20%时，延长养护至28 d的膨胀率全部大于0.20%，即可疑骨料全部判定为活性骨料。由此可见，ASTM C1260方法太过严格，可能造成对非活性骨料的错判，从而对建设工程选择骨料造成极大困扰。国家标准采纳了这个研究结果，在采用ASTM C1260时，对其判据作出了部分修改，改为“当14 d膨胀率在0.10%～0.20%时，不能最终判定有潜在碱-硅酸盐反应危害，可以按砂浆棒法再进行试验来判定”。

三、使用较广泛的碱骨料检验标准

碱骨料反应分为碱-硅酸盐反应和碱-碳酸盐反应 2 类，2 类活性矿物的碱活性反应机理完全不同，适用的测试方法亦不同。ASTM C295 骨料碱活性岩相检验方法适用于碱-硅酸盐反应和碱-碳酸盐反应活性矿物。该方法是把骨料磨制成光薄片，在显微镜下鉴定矿物组成、岩石结构等，并测定活性矿物组分的量及分布;对于岩相鉴定为不含活性矿物的岩石，可评定为非活性骨料;对于岩相鉴定为含活性矿物的岩石，需要进一步用其它方法试验判定。这是以定性为主且被国际公认的方法，各国都把它列为标准。ASTM C289 骨料潜在碱活性标准试验方法（化学法），适用于碱-硅酸盐反应活性骨料。该方法主要测定磨细骨料在碱溶液中的二氧化硅溶出量以及消耗掉的碱量;但该方法特别容易受到碳酸盐等非硅质组分的干扰，而工程用骨料极大部分含有碳酸盐组分。加拿大、澳大利亚等国已取消这种方法，我国国家标准，建工、公路等行业现行标准也已取消这种方法。ASTM C227 骨料潜在碱活性标准试验方法（砂浆棒法），适用于碱-硅酸盐反应活性骨料。该方法将骨料制成砂浆棒，测定在 40 ℃条件下的膨胀率，需要 3～12 个月时间。该方法周期长，适用于高活性、快膨胀骨料。我国现行国家标准及行业标准都有采用这种方法。ASTM C1260 骨料潜在碱活性标准试验方法（快速砂浆棒法），适用于碱-硅酸盐反应活性骨料。该方法是在 ASTMC227 的基础上将养护温度提高到 80 ℃，并将砂浆棒试体浸泡在1 mol/L 的 NaOH 溶液中。该方法被许多国家采用，我国国家标准及行业标准都有采用，但由于该方法太严格，国家标准在判定上作了修改。ASTM C586 碳酸盐骨料潜在碱活性标准试验方法（岩石柱法），适用于碱-碳酸盐反应活性骨料。该方法钻取互相垂直的圆柱体岩石试件[直径不小于 7.5 mm，高（35±5）mm] 3 个，浸泡在 1 mol/L 的 NaOH 溶液中，定期测定试件的膨胀率，试验周期为 84 d。现行国家标准及行业标准都有采用这种方法，但由于该方法试件尺寸小，加工难度大，测量重复性差，国家标准将这种方法进行了改进。

四、碱骨料反应试验方法研究成果应用

骨料碱活性评定。建设工程用骨料全部来自周边地区，大量碱活性试验结果表明：一部分建设工程用骨料以安山岩、安山质凝灰岩、流纹岩等火成岩为主，少部分为砂岩、板岩;极大部分骨料含有碱-硅酸盐反应活性矿物，活性矿物组分主要为微晶石英、隐晶质熔岩物质、波状消光石英、燧石等活性矿物，未发现蛋白石等高活性矿物。经快速法碱活性测试，大部分骨料14 d膨胀率大于0.20%，存在潜在碱骨料反应危害;少量骨料14 d膨胀率在0.10%～0.20%，为可疑骨料;14 d膨胀率小于0.10%的非活性骨料占比很小。由于混凝土骨料用量大、价格低，运输成本占比很高，存在供应半径问题，因此，极大部分建设工程只能使用碱活性骨料，对骨料碱活性的准确评定，有利于采取积极的预防措施，从而避免建设工程碱骨料破坏问题的发生。

总之，碱骨料反应试验方法研究提高了碱活性评定结果的可靠性、准确性。研究成果应用于对建设工程用骨料的碱活性评定工作中，得到了有关国家监督监管部门的高度认可，有利于工程采取积极的预防措施，避免遭受碱骨料破坏损失。

参考文献

[1]刘都梓.集料碱活性检测方法评述.2019.

[2]王承军，关于混凝土用骨料碱活性试验方法快速砂浆棒法.2020.