馬 杰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

快速堿集料反應(yīng)試驗(yàn)影響因素分析

馬 杰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

研究快速堿集料反應(yīng)砂漿棒法測(cè)長(zhǎng)時(shí)，試件的成形條件、尺寸、測(cè)試時(shí)間、養(yǎng)護(hù)過程中NaOH溶液含量變化等因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并討論了在堿集料反應(yīng)試驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)注意的問題。

堿集料反應(yīng) 集料 快速法 影響因素

隨著社會(huì)的發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，人們出行需求增長(zhǎng)迅速，對(duì)于客運(yùn)專線的需求日趨強(qiáng)烈[1]。鐵路客運(yùn)專線工程具有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、質(zhì)量要求嚴(yán)等特點(diǎn)，其建筑物對(duì)沉降變形要求極高[2]，并且要求具有100年的使用壽命。這些要求對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性提出了更高的要求[3]。天然建筑材料的種類一般包括：填料、砂(細(xì)骨料)、碎石(粗骨料)、片石、道砟等，粗、細(xì)骨料的勘察應(yīng)調(diào)查產(chǎn)地、儲(chǔ)量、類型，在應(yīng)用于混凝土工程時(shí)，應(yīng)檢測(cè)骨料的材質(zhì)是否滿足設(shè)計(jì)的需要，調(diào)查并檢測(cè)骨料的堿活性。堿-集料反應(yīng)(AAR)是影響結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的重要因素之一[4-5]，也是鐵路工程勘察及試驗(yàn)需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。近年來發(fā)展起來的南非法(快速砂漿棒法)是高溫高堿條件下的快速方法，該方法在加拿大、英國(guó)等許多國(guó)家進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，可以檢測(cè)慢膨脹巖石的活性[6]。研究快速砂漿棒法測(cè)長(zhǎng)時(shí)，試件的成形條件、尺寸、測(cè)試時(shí)間、養(yǎng)護(hù)過程中NaOH溶液含量變化等試驗(yàn)因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并討論一些應(yīng)當(dāng)注意的問題。

1 試驗(yàn)方法[7-9]

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52—2006)，《建筑用砂》(GB/T 14684—2001)，《建筑用卵石、碎石》(GB/T 14685—2001)等規(guī)范對(duì)砂、碎石集料的快速堿活性測(cè)試有明確的規(guī)定。該方法所用水泥為普通硅酸鹽水泥，骨料選取的粒徑為0.15～5 mm，水泥與砂的質(zhì)量比例為1∶2.25，水灰比為0.47。每組試模3個(gè)試件，試件成形后帶模在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)24 h，然后將同種集料制成的試件脫模后放在同一養(yǎng)護(hù)筒中，將養(yǎng)護(hù)筒浸泡在(80±2) ℃的烘箱或水浴箱中養(yǎng)護(hù)24 h，取出測(cè)試基準(zhǔn)長(zhǎng)度。然后放入溫度為(80±2) ℃，濃度為1 mol/L的NaOH溶液中養(yǎng)護(hù)，并確保試件被完全浸泡，分別測(cè)試3 d、7 d、10 d、14 d試件的長(zhǎng)度。結(jié)果評(píng)定以試件14 d的膨脹率作為評(píng)定集料是否具有堿活性的依據(jù)，當(dāng)14 d膨脹率小于0.10%時(shí)，可判定為無潛在危害；當(dāng)14 d膨脹率在0.10%～0.20%之間時(shí)，不能最終判定是否具有堿活性；當(dāng)14 d膨脹率大于0.20%時(shí)，可判定為有潛在危害。此方法只適用于檢驗(yàn)硅質(zhì)集料與混凝土中的堿產(chǎn)生潛在反應(yīng)的危害性，不適用于堿碳酸鹽反應(yīng)集料的活性檢驗(yàn)。因此，在成型試件前，應(yīng)先采用巖相法檢測(cè)集料的礦物成分。

2 影響快速堿集料反應(yīng)砂漿棒測(cè)長(zhǎng)結(jié)果的因素

2.1 試件的成形條件對(duì)結(jié)果的影響

試驗(yàn)前應(yīng)先按表1級(jí)配要求將集料進(jìn)行組合成試驗(yàn)用料，洗凈烘干后備用。本試驗(yàn)取用代表性的2組(A1、A2)砂、碎石集料按25 mm×25 mm×280 mm規(guī)格的尺寸成形，其中A1組為細(xì)度模數(shù)為3.0的中砂，A2為顆粒表面有石屑的石英巖集料。成形條件一：分兩層裝模，每層按照規(guī)范要求振搗40次；成形條件二：分兩層裝模，每層振搗50次；成形條件三：分兩層裝模，每層振搗20～30次。對(duì)樣品14 d的膨脹率進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表2。

表1 集料級(jí)配

表2 集料在不同成形條件下14 d的膨脹率

在裝模時(shí)，發(fā)現(xiàn)A1、A2組集料以成形條件二制備的試件表面有些泌水，說明振搗過長(zhǎng)；成形條件三做的試件在拆模時(shí)，發(fā)現(xiàn)測(cè)頭附近不密實(shí)，有脫空現(xiàn)象，說明試件振搗不足，反應(yīng)在表2上測(cè)試的膨脹率值偏小；以成形條件一做的試件入模脫模都很正常，試件成形密實(shí)。通過表2也可以看出，當(dāng)制備的試件有泌水情況的話，測(cè)出的膨脹率值偏大，因此應(yīng)嚴(yán)格控制集料的振搗次數(shù)，使試件和測(cè)頭附近能夠成形密實(shí)，保證測(cè)試結(jié)果的精度。

2.2 試件尺寸對(duì)結(jié)果的影響

本試驗(yàn)取用了有代表性的16組砂、碎石集料，按不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸進(jìn)行成形，養(yǎng)護(hù)和測(cè)試條件保持一致，對(duì)各組樣品分別測(cè)試了14 d的膨脹率進(jìn)行對(duì)比分析。試件尺寸分別為A：25 mm×25 mm×280 mm(依據(jù)JGJ52—2006、GB/T 14684—2001、GB/T 14685—2001)；B：40 mm×40 mm×160 mm(依據(jù)美國(guó)ASTM1260方法[10])；C：10 mm×10 mm×40 mm(依據(jù)《砂、石堿活性快速試驗(yàn)方法》((CECS48：93)[11]) 。具體試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖1。

圖1 集料在不同試件尺寸下14 d膨脹值的對(duì)比

表3 集料在不同試件尺寸下14 d的膨脹率

注：集料類型是指不同細(xì)度模數(shù)的砂以及不同產(chǎn)地的相同巖性的碎石。

根據(jù)表3的結(jié)果可以得出：三種試件尺寸得到的14d膨脹值有一定的差異，本試驗(yàn)以試件尺寸A得到的測(cè)試結(jié)果作為基準(zhǔn)，除個(gè)別組外，試件尺寸B和試件尺寸C得到的測(cè)試結(jié)果都比試件尺寸A得到的測(cè)試結(jié)果要大，說明試件尺寸對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大的影響。

從圖1可以看出，以膨脹值0.10%為基準(zhǔn)值，試件尺寸A、試件尺寸B和試件尺寸C得到的測(cè)試結(jié)果都有不一致的情況，個(gè)別組采用試件尺寸B或試件尺寸C的試件會(huì)出現(xiàn)誤判、漏判的現(xiàn)象，綜合看采用25 mm×25 mm×280 mm的試件比較合理。

2.3 試件的測(cè)試時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52-2006)等規(guī)范規(guī)定，將試件從養(yǎng)護(hù)筒中逐個(gè)取出，用抹布擦干表面，立即用測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)試試件的長(zhǎng)度，每個(gè)試件至少重復(fù)兩次，每次每個(gè)試件從取出擦干表面到讀數(shù)完成應(yīng)在(15±5) s內(nèi)結(jié)束。本試驗(yàn)就試件的測(cè)試時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響進(jìn)行了分析，具體結(jié)果見表4。

從表4可以看出：試件的測(cè)試時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響較大，測(cè)出的膨脹值結(jié)果隨測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，測(cè)試在1 min內(nèi)完成時(shí)，測(cè)試結(jié)果減小0.01%～0.02%；而當(dāng)試件用濕布覆蓋10 min以后測(cè)試的結(jié)果要比試件在(15±5)s內(nèi)測(cè)試的結(jié)果小0.03%～0.06%，甚至有收縮的情況出現(xiàn)。因此，試驗(yàn)中從養(yǎng)護(hù)筒中取出試件到完成讀數(shù)必須按照規(guī)范規(guī)定在(15±5)s內(nèi)完成，以保證高溫高堿的試驗(yàn)條件。

表4 試件的測(cè)試時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響 s

注：為了防止試件表面失水，測(cè)試時(shí)用濕毛巾覆蓋保濕。

2.4 試件養(yǎng)護(hù)過程中NaOH溶液含量變化對(duì)結(jié)果的影響

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ52—2006)等規(guī)范規(guī)定，試件在NaOH溶液中養(yǎng)護(hù)的濃度為1 mol/L。在試驗(yàn)過程中，將試件從含有NaOH溶液的養(yǎng)護(hù)筒中取出測(cè)長(zhǎng)時(shí)，難免會(huì)有少量NaOH溶液散失。另外，如果養(yǎng)護(hù)筒密封不嚴(yán)實(shí)，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)也會(huì)蒸發(fā)掉一定量的NaOH溶液，造成NaOH溶液含量的變化，甚至出現(xiàn)試件不能完全被NaOH溶液完全浸沒的現(xiàn)象。本試驗(yàn)取用四組有代表性的中砂和碎石，對(duì)在試件養(yǎng)護(hù)過程中NaOH溶液含量變化對(duì)7 d和14 d膨脹率測(cè)試結(jié)果的影響進(jìn)行了對(duì)比，見表5。

表5 NaOH溶液含量變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響 %

從表5可以看出，養(yǎng)護(hù)過程中NaOH溶液含量變化對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，增加NaOH溶液使試樣7 d和14 d的膨脹值比不增加NaOH溶液的測(cè)試結(jié)果大0.02%～0.04%，會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)判、誤判的現(xiàn)象。由于規(guī)范中并未規(guī)定在養(yǎng)護(hù)過程中可以補(bǔ)充NaOH溶液。因此，在試驗(yàn)過程中取出試件時(shí)應(yīng)盡量輕拿輕放，并且嚴(yán)格保證密封養(yǎng)護(hù)筒，避免NaOH溶液的蒸發(fā)，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 討論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用25 mm×25 mm×280 mm的試件進(jìn)行測(cè)試是合理的，測(cè)試過程中應(yīng)保證試件溫度，試件測(cè)長(zhǎng)必須保證在(15±5) s時(shí)間內(nèi)完成，試驗(yàn)中應(yīng)保證NaOH溶液的量足以浸沒試件，避免在試驗(yàn)過程中添加NaOH溶液。另外，在試驗(yàn)操作過程中還應(yīng)注意以下一些問題：

①試驗(yàn)成形時(shí)，應(yīng)振搗密實(shí)，分兩層裝模，每層振搗40下，若遇到附著石屑的集料，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)5～10下振搗次數(shù)，以保證試件成形的密實(shí)性。

②測(cè)長(zhǎng)時(shí)保證測(cè)頭光滑潔凈，在拆模時(shí)用記號(hào)筆標(biāo)注試件的編號(hào)，用箭頭標(biāo)示測(cè)長(zhǎng)方向，保證每次測(cè)長(zhǎng)時(shí)試件的位置、方向一致。試件的初始長(zhǎng)度必須測(cè)試準(zhǔn)確，并且試件每次測(cè)長(zhǎng)時(shí)應(yīng)保持在同一時(shí)刻進(jìn)行。

③每次應(yīng)在(20±2) ℃的恒溫室中進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)應(yīng)用濕布覆蓋試件，以防止水分蒸發(fā)。當(dāng)測(cè)長(zhǎng)結(jié)束時(shí)，應(yīng)立即將試件放回NaOH溶液中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

④試件在養(yǎng)護(hù)筒中應(yīng)呈垂直分離放置狀態(tài)，試件之間應(yīng)有一定的空隙，且不能接觸養(yǎng)護(hù)筒壁，在整個(gè)養(yǎng)護(hù)期間，要嚴(yán)格保證養(yǎng)護(hù)筒處于密封狀態(tài)。

[1] 吳偉.平原及山區(qū)高速鐵路選線的控制因素[J].鐵道勘察，2010(1):87-88

[2] 王茂靖.高速鐵路工程地質(zhì)勘察特點(diǎn)[J].鐵道勘察，2005(4):54-56

[3] 劉旭全.客運(yùn)專線大斷面黃土隧道高性能混凝土施工技術(shù)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(11):87-88

[4] 趙學(xué)榮.堿-集料反應(yīng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響的研究[D].天津：天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2008

[5] 唐文軍.鐵路工程天然建筑材料勘察及試驗(yàn)要點(diǎn)[J].鐵道勘察，2007(3):32-34

[6] 馬杰. 堿-集料反應(yīng)的試驗(yàn)方法研究[J].鐵道勘察，2010(5):56-58

[7] JGJ52—2006普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[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、石堿活性快速試驗(yàn)方法[S]

TheAnalysisofInfluencingFactorsontherapidAlkali-AggregateReaction

MA Jie

2014-06-25

馬 杰(1983—)，男，2009年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)建筑材料專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

1672-7479(2014)05-0039-03

TU528.041

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