桥梁C50混凝土用集料碱活性的检测与判定.pdf

第 3 9卷第 3期 2 0 1 3年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 05 桥梁 C 5 0混凝土用集料碱活性的检测与判定 付 向红， 史永涛 ( 安阳工学院土木与建筑工程学院， 河南 安阳4 5 5 0 0 0 ) 摘要： 碱骨料反应是影响混凝土耐久性的主要因素之一。正确判定骨料的碱活性是防治碱骨料反应的重要步 骤。对桥梁 C 5 0混凝土所采用的粗细骨料进行了岩相法测试， 得出含有碱硅活性成分。对该地区选择粗细骨料提 供参考依据， 也为进一步采取抑制碱集料反应措施提供依据。 关键词： 碱一 骨料反应； 岩相法； 碱活性集料 中图分类号： T U 5 2 1 文献标志码： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 3 2 0 50 5 0 引 言 反应给予了高度重视。 目前我国公路建设和高铁建设任务繁重， 其中 桥梁建设 占相 当大的 比重 ， 已建桥梁的耐久性 问题 比较突出。由于耐久性问题丧失安全性， 其维修费 用将非常昂贵。混凝土结构耐久性是指结构在规定 的使用年限内， 在各种环境条件下 ， 不需要额外 的费 用加固处理而保持其安全性 、 正常使用性和可接受 的外观 的能力 。影响混凝 土耐久性 的主要 因素 包括以下几类： 混凝土的碳化； 钢筋的锈蚀； 碱_ 集料反应 ； 冻融破坏； 化学侵蚀； 混凝土的 表面磨损。其中碱一 集料反应( A l k a l i A g g r e g a t e R e a c t i o n ， 简称 A AR ) 是影响混凝 土耐久性 的重要 因素 之一 。 在 2 0世纪 2 O年代 ， 美 国最初确认 了水泥 中的 碱和某种集料反应使混凝土产生劣化。1 9 4 0年 ， T A S t a n t o n在美国土木学会论文集上发表 了关于“ 碱 集料反应 ” 的报告L 2 】 。我 国从 2 0世纪 9 0年代开 始 ， 陆续在北京、 天津、 山东 、 陕西 、 内蒙古、 河南等地 的立交桥或机场或铁路轨枕 中发现因碱一 集料反应 引起的破坏实例。北京三元立交桥在建成 5年左右 的时间内就因碱 集料反应而破坏。正是 由于碱一 集 料反应对混凝土耐久性的极大危害 ， 使其成为混凝 土工程的全球性灾害问题L 3 J 。自 1 9 7 4年召开第一 次国际碱一 集料反应会议 以来 ， 近 2 0多年来 已召开 了十多次国际学术会议 。2 0 0 4年 的第 1 2次 国际会 议在我 国北京召开。由此可见 ， 世界各国对碱一 集料 收稿 日期 ： 2 O l 1 1 1 1 5 作者简介 ： 付 向红 ( 1 9 6 6一) ， 女 ， 硕士 ， 副教授 主要 从事混凝土 耐久 性研究 。 基金项 目： 河南省科技计划重点攻关 资助项 目( 1 0 2 1 0 2 3 1 0 3 1 1 ) E i na n： f x h 1 9 6 61 2 0 9 1 6 3 t o m 1 碱一 集料反应的机理和分类 碱一 集料反应的是混凝土组成中的水泥外加剂、 掺合料或拌和水中的可溶碱( 钾、 钠) 溶于混凝土孔 隙液中， 与集料中能与碱反应的活性成分在混凝土 硬化后逐渐发生的一种化学反应。反应生成物吸水 膨胀， 使混凝土产生内应力， 导致混凝土工程开裂或 变形等损坏 ， 称为碱 集料反应 。 一 般来说 ， 碱一 集料反应按其反应机理 以及集料 中含有的反应性成分， 可分为以下三种 J 。 1 ) 碱 一 硅 酸 反应 ( A l k a l i S i l i c a R e a c t i o n ， 简称 A S R) 是迄今对工程破坏最多、 分布最 广、 研究最 多 的一种碱集料反应。碱一 硅酸反应是水泥混凝土微 孔隙中的碱性溶液( 主要以 K O H、 N a O H形式存在 ) 与骨料中能与碱反应的二氧化硅矿物发生反应， 反 应生成的碱硅凝胶吸水肿胀 ， 产生 的膨胀压力导致 混凝土开裂损坏， 或胀大移位。 2 ) 碱 一 碳 酸盐 反应 ( A l k a l i C a r b o n a t e R e a c t i o n ， 简称 A C R ) ， 反应膨胀的骨料是碳酸盐岩， 反应而开 裂的混凝土空隙里不产生凝胶 ， 反应边较集料本身 的密度还大。 3 ) 碱一 硅酸盐反 应 ( A l k a l i S i l i c a t e R e a c t i o n ， 简 称 A S R) ， 导致混凝土膨胀的骨料是硬砂岩 、 千纹岩 和粘土岩等。反应膨胀 的速度非 常缓慢 ， 反应环几 乎分不出来， 凝胶渗出很少。 2 研究 内容 碱一 集料反应是指水泥中的碱与集料中的活性 成分在潮湿条件下发生化学反应， 产生膨胀， 导致混 凝土结构的破坏。工程发生碱一 集料反应需要具有 三个条件 ： 首先是混凝土的原材料中含碱量高； 2 0 6 四川建筑科学研究 第 3 9卷 第二是骨料 中有相当数量活性成分 ； 第三是潮湿环 境 ， 有充分的水分或湿空气供应 。所以 ， 集料具有碱 活性是混凝 土发生碱一 集料反应 的必 要条件之一。 鉴定集料是否具有碱活性和碱活性程度是预防工程 混凝土发生碱一 集料反应的重要程序 。 国内外判断碱一 集料反应的方法很多 ， 其中岩相 法是所有方法中首先必须进行 的。根据岩相法首先 判断集料中是否具有活性成分及其含量 ， 进一步实 验时 ， 实验方法的选择必须 以岩相 法的结果作为依 据 。该项 目对安 阳建工集 团下属 的预制构 件厂 所使用的粗细骨料进行 了取样 和筛分 ， 挑选具有代 表性的 9 件样品送往具有检测资质 的单位“ 国家建 筑材料工业地质工程勘查研究院测试中心” 进行检 测 ， 根据该单位所出具 的集料碱活性岩相法鉴定报 告， 经过分析得出所送样品均具潜在碱硅活性， 不具 有碱碳活性。 3试验过程 3 1 粗骨料 1 ) 取样 粗骨料取样地点为水冶许家沟乡下堡村石景中 石子厂和安阳县磊 口乡清池东兴石子厂。根据 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 建筑用卵石 、 碎石中对骨料碱活性检 测的取样要求， 从料堆上取样， 先将取样部位的表层 铲除， 然后从各部位抽取大致相等的石子 l 6份， 组 成各 自一组样 品， 数量见表 1 。 表 1 骨料试样 数量的规定值 该组 由各部位抽取大致相等的 1 6份组成 2 ) 冲洗 、 风干 将样品取 回后在实验室进行 冲洗 ， 放置一天风 干 ， 然后放入烘干箱 内2 4小时烘干。 3 ) 样品的缩分 将样 品放置在水平地板上 ， 在 自然状态下拌均 匀， 并堆成锥体， 然后沿互相垂直的两条直径把锥体 分成大致相等的4份， 取其对角的两份重新拌匀， 再 堆成锥体 。重复 4次上述过程 ， 把样品缩分至试验 所需量( 1 0l 5 k g ) 为止 ( 大概需 重 复缩分 14 次) 。 4 ) 筛分 取得适当量混合粗骨料( 样品缩分后 的 l O一1 5 k g ) ， 并进行筛分， 采用孑 L 径为 4 0 m m、 2 0 IT lm、 1 0 m m、 5 m l T l 、 2 5 mm的圆孔筛。 5 ) 分类 对于每一粒级样品， 将试样逐粒进行 肉眼鉴定 ， 根据颜色和风化程度大致分为三类( 图 I ) 。 图1 粒级分类 6 ) 计算 分类完 毕后 ， 称量本级样品中各分类样品 的重 量 ， 并将结果填人表 中。将本级样品中各分类样品 的重量除以本级样 品的重量， 得到各分类样品的重 量 占本级样品重量的百分率； 将本级样 品中各分类 样品重量占本级样品重量的百分率乘以本级样品的 分计筛余百分率 ， 得到本级样品中各分类样 品重量 占样品总重量的百分率。结果见表 2 。 表 2 粗 骨料样品分类 7 ) 岩相分析( 图 2 、 3 ) 对于每一粒级样品 ， 分别从其每一分类样品中 选取 3 5块样 品， 送检测机构进行岩相分析 ， 确定 岩石的名称 、 结构构造和矿物成分 、 碱活性矿物的百 分含量、 分类样品占 样品总重量的百分率、 碱活性矿 物 占样品总重量的百分率等。