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        集料堿活性快速砂漿棒法自動測試儀的應(yīng)用研究

        2020-01-03 05:39:24
        山西建筑 2020年1期
        關(guān)鍵詞:硅酸集料砂漿

        羅 維

        (中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430063)

        0 引言

        堿集料反應(yīng)是指砂、石集料與水泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂、破壞。堿集料反應(yīng)按照集料礦物成分可分為堿—硅酸反應(yīng)(Alkali-Silicate Reaction,簡稱ASR)和堿—碳酸鹽反應(yīng)(Alkali-Carbonate Reaction,簡稱ACR)兩大類[1-3]。在已發(fā)生堿集料反應(yīng)破壞的混凝土工程中,由堿—硅酸反應(yīng)導(dǎo)致混凝土破壞的工程案例占絕大多數(shù)[4-7]。分析堿—硅酸反應(yīng)破壞的案例可以發(fā)現(xiàn),堿—硅酸反應(yīng)具有反應(yīng)過程慢、不易被發(fā)現(xiàn)、分部范圍廣且難以修復(fù)等特點(diǎn),堿—硅酸反應(yīng)破壞已經(jīng)成為全球性災(zāi)害問題。隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大,天然砂等資源大量消耗,硅質(zhì)類機(jī)制砂被廣泛應(yīng)用于混凝土工程中,這極大地增加了堿—硅酸反應(yīng)發(fā)生的概率。防治堿—硅酸反應(yīng)破壞成為了各國學(xué)者[8-11]的主要研究方向,評定集料是否具有潛在堿活性是防治堿—硅酸反應(yīng)破壞至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

        堿—硅酸反應(yīng)的檢測方法有巖相法、砂漿棒法、快速砂漿棒法、混凝土棱柱法等[4]。在堿—硅酸反應(yīng)的檢測過程中,巖相法是必選的方法,它為后續(xù)的檢測方法提供了指導(dǎo)依據(jù)。首先用巖相法確定集料是否含易發(fā)生堿—硅酸反應(yīng)的礦物,如微晶石英、火山玻璃、燧石、蛋白石等,再利用堿—硅酸反應(yīng)的檢測方法確定集料是否具有堿活性。快速砂漿棒法具有試驗(yàn)周期短、結(jié)果可靠等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于混凝土工程中,但其測量均為人工測量,沒有自動測量的設(shè)備,且存在兩方面問題:

        1)集數(shù)據(jù)時需將試件從溶液中取出擦干表面短時間內(nèi)進(jìn)行測量(15 s±5 s),難以實(shí)現(xiàn)對溫度的精準(zhǔn)控制;

        2)數(shù)據(jù)測量靠人工完成,效率較低,設(shè)備自動化程度較低。

        高峰等[12]學(xué)者針對堿—碳酸鹽反應(yīng)中巖石柱法存在的問題,研發(fā)了巖石柱法自動測試儀,本文在此基礎(chǔ)上研發(fā)了快速砂漿棒法堿活性自動測試儀。該裝置集成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和溫控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在養(yǎng)護(hù)條件下直接采集的效果,使數(shù)據(jù)的結(jié)果更加合理、準(zhǔn)確,且提高了工作效率。

        1 樣品準(zhǔn)備

        樣品中含有微晶石英、火山玻璃、燧石、蛋白石等活性二氧化硅礦物是產(chǎn)生ASR反應(yīng)的必要條件,為此本項(xiàng)目采用巖相法對10集料進(jìn)行巖性分析,其巖性及主要礦物如表1所示。

        表1 樣品偏光鑒定結(jié)果

        2 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)采集

        2.1 試驗(yàn)方法

        本文按照TB/T 3275—2011中砂漿棒制樣的要求,將粗骨料試樣全部破碎至5 mm以下;對細(xì)骨料,將大于5 mm的部分碎至5 mm以下,再與小于5 mm的部分混合。破碎集料各粒級的質(zhì)量如表2所示。

        表2 堿集料反應(yīng)用破碎集料各粒級的質(zhì)量

        水泥采用堿含量大于0.8%的42.5級硅酸鹽水泥。水泥重量為400 g、骨料重量900 g、需水量188 mL,將每種試樣分別制備成3個規(guī)格為25 mm×25 mm×280 mm的砂漿試件。試件成型后,在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室放置(24±2)h后脫模,測量其基準(zhǔn)長度,之后將試件放置在80 ℃,1 mol/L的氫氧化鈉溶液中進(jìn)行養(yǎng)護(hù),在(20±2)℃的環(huán)境溫度下,測得試件在3 d,7 d,10 d,14 d的長度。

        2.2 數(shù)據(jù)采集

        在試驗(yàn)過程中,利用人工測量和自動測量兩種方式來采集數(shù)據(jù),人工測量主要是通過比長儀來測量讀數(shù),比長儀由百分表和支架構(gòu)成,如圖1所示;自動測量由研發(fā)的自動測試儀自主采集數(shù)據(jù),測試儀主要由內(nèi)部的位移采集裝置、溫度控制系統(tǒng)及外部的液體收集箱組成,如圖2所示。

        3 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

        3.1 試驗(yàn)方案

        為了驗(yàn)證自動測試儀的可行性,本文對試件數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ群涂v向?qū)Ρ?。在橫向?qū)Ρ冗^程中,選取了表1中S1及S2兩種集料進(jìn)行快速砂漿棒法檢測,通過人工測量和自動測量得到砂漿棒試件的數(shù)據(jù),分析其同組間三個試件的試驗(yàn)結(jié)果。在縱向?qū)Ρ冗^程中,選取了表1中S1~S10集料進(jìn)行快速砂漿棒法檢測,通過人工測量和自動測量得到每種集料砂漿棒試件的數(shù)據(jù),分析10種不同集料的試驗(yàn)結(jié)果。

        3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        進(jìn)行橫向比較時,其試驗(yàn)結(jié)如圖3~圖6所示,縱向?qū)Ρ鹊脑囼?yàn)結(jié)果如圖7,圖8所示。

        由圖3得出,同一組試件,人工測量的結(jié)果顯示其膨脹量隨著時間的變化而表現(xiàn)出的規(guī)律相對雜亂,三個試件的測量數(shù)據(jù)波動較為明顯,結(jié)果吻合度低。由圖4得出,采用自動測量時,同組集料的3個試件在試驗(yàn)周期內(nèi),其膨脹規(guī)律是大致相同的,三條曲線的變化趨勢也是基本吻合。對比圖5,圖6可以發(fā)現(xiàn),對于泥質(zhì)板巖而言,也呈現(xiàn)類似的數(shù)據(jù)規(guī)律。由此可知,在同組試樣的對比結(jié)果中,人工測量的結(jié)果可靠性低、離散性大、穩(wěn)定性低,而自動測量的結(jié)果明顯可靠性高、離散性小,穩(wěn)定性高。

        由圖7可知,對于這10種樣品,當(dāng)采用人工測量時,其膨脹量隨著時間的變化而呈現(xiàn)出不規(guī)則的上升規(guī)律,且膨脹量隨齡期的變化上下波動較為明顯,其測試結(jié)果顯然與理論值有較大差距。其中,集料S3和S6的膨脹量出現(xiàn)了負(fù)增長,分析得出是由試件曝露在空氣中時間過長和人為誤差導(dǎo)致。由圖8可以看出,當(dāng)對10種樣品采用自動測量時,其膨脹量隨時間的增加而先增加后趨于穩(wěn)定,各組試件的膨脹量可以呈現(xiàn)出規(guī)則的上升規(guī)律,這樣的測量結(jié)果顯然與理論值更為接近。

        4 結(jié)論

        由上述分析可知:采用傳統(tǒng)的人工測量存在數(shù)據(jù)離散性大、穩(wěn)定性低等問題。本文提出的自動測試裝置能夠有效地解決數(shù)據(jù)離散性大、穩(wěn)定性低的問題,是一種可行有效的測試方法。

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