快速砂漿棒法進行混凝土骨料堿活性試驗的影響因素分析

禹化偉　李召朋

摘 要：張家口地區處燕山地質帶，山體主要礦物為花崗巖、白云巖等，這也是當地生產混凝土用骨料的常用礦物。如何通過快速砂漿棒法快速準確地判定巖石是否存在潛在堿活性，是建石場或混凝土生產前必須要做的重要工作。本文通過論述快速砂漿棒法堿活性試驗過程中水泥的堿含量、骨料的加工方法、骨料的細粒含量、養護方法等因素對試驗結果的影響，對試驗過程提出一定的建議。

關鍵詞：堿活性；快速砂漿棒法；試驗方法及影響因素

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2013）-12-0205-02

一、前言

混凝土由膠凝材料、水、砂、碎石和其它外加劑等材料組成，碎石往往通過拌和站所處本地山體開采、破碎加工而得，碎石質量的好壞對混凝土的強度、耐久性能有重要影響，尤其是碎石的潛在堿活性，對混凝土后期性能是否能滿足建筑物的使用要求影響極為重要，嚴重的堿活性問題可能導致混凝土結構報廢。精密的試驗過程，是合理甄別骨料堿活性的必需過程。

二、堿骨料反應的種類

堿活性是指骨料中的某些礦物成分在一定條件下與混凝土中的堿（Na2O、K2O）發生化學反應，導致混凝土產生膨脹、開裂、甚至破壞的特性[1]。

堿骨料反應主要分兩種，一種是堿—硅酸反應，另一種為堿—碳酸鹽反應。堿—硅酸反應骨料主要為含有非晶體或結晶不完整的二氧化硅骨料，堿—碳酸鹽骨料主要為含有具有特定結構構造微晶白云石的骨料。

三、堿骨料反應的試驗方法

以鐵路混凝土的試驗方法為例，快速地評定骨料是否具備堿活性主要有兩種方法，一是巖相法，二是快速砂漿棒法。

巖相法是指通過肉眼和顯微鏡、巖相顯微鏡等手段對骨料進行觀察，鑒定骨料的巖石各類、結構構造及礦物成分，確定骨料是否含有堿活性礦物、堿活性礦物類別以及堿活性礦物占骨料的重量百分含量，從而定性評定骨料的堿活性[2]。

快速砂漿棒法是指將骨料和硅酸鹽水泥混合制成的砂漿試件置于80℃、1N NaOH溶液中，定期測定試件的長度，依據試件14天齡期時的長度膨脹率，評定骨料的堿活性[3]。本文主要說明此方法進行試驗的細節及注意事項，及相關細節對試驗結果準確程度造成的影響。

四、巖樣的巖相分析結果

取樣巖石種類為代表性肉紅色長石花崗巖、黑云母花崗巖、白色白云巖、灰色白云巖共4種樣品，經巖相分析，肉紅色長石花崗、黑云母花崗巖、白色白云巖3種樣品均不含潛在堿活性礦物，灰色白云巖含有較大量的“微晶石英”，屬潛在堿硅酸反應活性礦物。四種巖石樣本圖片如下：

五、幾種巖石的快速砂漿棒法試驗結果

將以上四種巖石按快速砂漿棒法進行試驗，試驗結果如下：

通過上述試驗結果，灰色白云巖結果較大，也印證了巖相分析中灰色白云巖存在潛在活性的可能。以下的論述中采用灰色白云巖進行對比試驗。

六、試驗方法及細節對比

骨料：經破碎的灰色白云巖樣品；

水泥：基準水泥，P.Ⅰ42.5，堿含量0.58%，中國建材院；

水：純凈水

NaOH：分析純。

1、水泥及堿的調整：試驗過程中，骨料經加工破碎、篩分、水洗、烘干處理，按規定的級配進行合成，組成樣品990g，水泥取440g，NaOH取0.97g，水取207ml，按GB/T17671的方法攪拌并成型試件。因在此過程中，拌和砂漿所添加的NaOH的量為剛好把水泥的堿含量調節至0.8%，試驗方法規定要求試驗過程中水泥的堿含量不低于0.8%，因此，將NaOH的摻入量，即水泥的堿含量作為重要影響因素進行對比。按NaOH摻入量分別為0.97g、1.85g、2.73g，即水泥的堿含量分別為0.80%、1.00%、1.20%。

2、骨料的加工：骨料加工方法可為錘式破碎、顎式破碎、圓盤粉磨等，不同方法加工的骨料粒形有較大區別，錘式破碎的效果較好，顆粒比較渾圓，顎式破碎后的骨料明顯存在大量針狀顆粒，圓盤粉磨后的樣品存在大量片狀顆粒。以上3種破碎方法制作的樣品分別編號為骨料①、骨料②、骨料③，此3種骨料拌制的砂漿的流動度（按GB/T2419進行試驗）明顯不同，結果如下表：

以上數據表明，加工后骨料顆粒較方正圓滑的明顯有較好的流動度，其它方式加工的骨料拌制的膠砂均顯干澀。

不難想像，加工后的骨料，顆粒的針、片狀顆粒越多，其與水泥漿的接觸面會越大，更大的接觸面增強了骨料與水泥中堿的反應速度與程度。

同時，因不同操作人員的試驗精度不同，對骨料清洗過程有偏差，骨料中粉塵的多少亦不同。對此，將完全清洗徹底的骨料人為地添加烘干的0.075mm以下的細顆粒，按添加0、5.0g、9.9g，即骨料的細顆粒含量為0、0.5%、1.0%。

3、養護過程：因養護方法為80℃水溶養護，養護盒的質量及細致管理也會對結果有一定影響，如養護室的密封性能。密封較差時，養護盒中養護溶液水分蒸發易造成試件暴露，影響正常養護效果。為對比顯示，將試件分別置于裝滿養護液、裝少量養護液且養護液不與試件接觸的密封養護盒內，分別編號養護①、養護②。

4、試驗及結果：按養護①方法進行試驗，按水泥堿含量、骨料類型、細粒含量三個影響因素及各因素的三個不同水平進行三因素三水平正交對比，試驗結果如下：

通過上表進行直觀分析，根據極差得出水泥的堿含量是影響堿活性快速砂漿棒試驗結果最大的因素，細粒含量次之，加工方法影響最小，可忽略不計。分析水泥堿含量與骨料細粒含量的交互作用如下表：

從表中分析可得出，隨著水泥堿含量的增加，試驗結果越大，骨料細粒含量越多，試驗結果越小。

養護方法的影響：采用不同的養護方法，即蒸養和水養對比，蒸養的試件有較大程度的收縮，收縮值在0.1～0.2%之間，對比意義不大。

5、其它操作方法的影響：測長時，要求試件從水中取出后的15S內完成測試，當放置時間較長時，如30S后，因熱脹冷縮的原因，試件長度目測顯示可縮短0.01～0.02mm，放置1min后更能達到縮短0.04mm的數量。因此，應注意此操作方法的熟練程度。

七、結論

1、水泥的堿含量的大小是影響骨料快速砂漿棒法試驗中砂漿棒膨脹率的最重要因素，且標準試驗方法對水泥的堿含量要求寬松，無上限范圍，對試驗結果的確切程度造成最大的影響，將水泥堿含量調大，往往會對試驗結果造成誤判。建議參建工程各方檢測單位對水泥的堿含量達成一致，或標準修訂至更精確的數值。

2、骨料加工的清洗過程很重要，細粒越多，造成實測結果越少。

3、骨料加工方法不同造成骨料粒形不同，膠砂流動度不同，與設想的不一樣，影響很小，幾乎可忽略。

4、養護過程中必須采用密封養護盒，易蒸發失水的養護盒造成的對試件的蒸養或干養會明顯造成試件的收縮。試驗讀數時務必經常練習，達到熟練的程度，控制時間15S以內，以防止時間過長造成試件的降溫收縮。

參考文獻：

[1] TB/T3054-2002，中華人民共和國鐵道部.鐵路混凝土工程預防堿—骨料反應技術條件[S].

[2] TB/T2922.1-1998，中華人民共和國鐵道部.鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法 巖相法[S].

[3] TB/T2922.5-2002，中華人民共和國鐵道部.鐵路混凝土用骨料堿活性試驗方法 快速砂漿棒法[S].