賈俊斌

（中鐵二十四局集團(tuán)福州鐵建工程質(zhì)量檢測有限公司，福建 福州 350014）

1 引言

細(xì)骨料是主要建筑材料之一，被廣泛用于鐵路工程建設(shè)。國家標(biāo)準(zhǔn)和鐵路標(biāo)準(zhǔn)對(duì)細(xì)骨料的質(zhì)量要求都規(guī)定了很多詳細(xì)的指標(biāo)，而堿骨料反應(yīng)又是所有指標(biāo)中非常重要的一個(gè)，細(xì)骨料中如果含有堿活性礦物，則會(huì)與水泥、礦物摻合料、外加劑等混凝土組成材料及環(huán)境中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膨脹、開裂，甚至破壞。堿骨料反應(yīng)會(huì)引起質(zhì)量問題，輕則降低結(jié)構(gòu)耐久性，重則影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行，堿骨料反應(yīng)的危害非常嚴(yán)重，因?yàn)閴A骨料反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較為緩慢，短則幾十天，長則幾十年才能被發(fā)現(xiàn)。堿骨料反應(yīng)主要有堿-硅酸反應(yīng)和堿-碳酸反應(yīng)兩種，《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量能收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424-2018）、《鐵路混凝土》（TB/T 3275-2018）等鐵路標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定工程不得使用堿-碳酸鹽反應(yīng)的骨料，確定屬于哪一類堿活性反應(yīng)之前，首先是進(jìn)行細(xì)骨料巖相分析，而樣品制片是細(xì)骨料巖相分析之前最主要、最關(guān)鍵的步驟。由于細(xì)骨料屬于散粒材料，整體不均勻，較粗骨料制片更為復(fù)雜，影響因素更多。文章通過細(xì)骨料巖相分析制片磨片過程中鑲嵌機(jī)成型工藝、固化劑折射率、金剛砂的規(guī)格等影響因素開展大量的試驗(yàn)和一系列研究，同時(shí)結(jié)合同行已有研究資料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，供試驗(yàn)同行參考討論。

2 原理

巖相分析原理：通過肉眼和顯微鏡對(duì)細(xì)骨料進(jìn)行觀察，鑒定細(xì)骨料的巖石種類、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物成分，確定細(xì)骨料是否含有堿活性礦物、堿活性礦物類別及堿活性礦物占細(xì)骨料的重量百分比，從而定性評(píng)定細(xì)骨料的堿活性。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

按照《鐵路混凝土》（TB /T 3275-2018)標(biāo)準(zhǔn)附錄A，主要試驗(yàn)步驟：①按規(guī)定取樣約10 kg，過4.75 mm篩，取4.75 mm篩下顆粒，用四分法縮分至約2 000 g，然后用水沖洗干凈，并置于（105±5）℃烘箱中烘干，冷卻；②按規(guī)定篩分，篩分成4.75～2.36 mm、2.36～1.18 mm、1.18～0.6 mm、0.6～0.3 mm、0.3～0.15 mm、0.15～0.075 mm六個(gè)粒級(jí)，依次稱重；③各粒級(jí)取適量細(xì)骨料樣品鋪在鑲嵌機(jī)上壓型，然后磨成薄片，在偏光顯微鏡下觀察其礦物組成。

3.2 試驗(yàn)環(huán)境及儀器設(shè)備

為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性，讓試驗(yàn)對(duì)比更加嚴(yán)謹(jǐn)，避免偶然性因素的干擾，文章試驗(yàn)影響因素分析均由同一操作人員使用標(biāo)準(zhǔn)方法，在同一試驗(yàn)室內(nèi)使用DM2700型偏光顯微鏡對(duì)同一材質(zhì)的細(xì)骨料進(jìn)行巖相分析，環(huán)境試驗(yàn)由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（17～25）℃，統(tǒng)一調(diào)整為按照（20±1）℃控制，濕度按照（60±5）%RH控制。

4 結(jié)果與討論

4.1 樣品的壓型

試驗(yàn)選用同一批次細(xì)度模數(shù)2.7、級(jí)配符合Ⅱ區(qū)、堅(jiān)固性為5%的閩江河砂，采用手壓和鑲嵌機(jī)兩種方式壓型，六個(gè)粒級(jí)每個(gè)粒級(jí)制備2片薄片，其他條件一致的情況下在偏光顯微鏡鏡下進(jìn)行平行分析，其試驗(yàn)結(jié)果如下見圖1。

圖1 壓型方法與留存率關(guān)系圖

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，鑲嵌機(jī)壓型的樣品載玻片留存率均大于手壓成型，而且4.75～2.36 mm粒級(jí)1、2.36～1.18 mm粒級(jí)2兩個(gè)粒級(jí)手壓方式成型明顯低于鑲嵌機(jī)壓型，同時(shí)1.18～0.6 mm粒級(jí)3、0.6～0.3 mm粒級(jí)4相對(duì)低于鑲嵌機(jī)壓型、0.3～0.15 mm粒級(jí)5、0.15～0.075 mm粒級(jí)6兩者較接近。主要原因是由于細(xì)骨料屬于散粒材料，顆粒小且不易手拿，手壓成型時(shí)受力不均勻，導(dǎo)致顆粒膠結(jié)不牢，同時(shí)撒布不均勻，造成顆粒堆疊，堆疊部分的顆粒粗磨時(shí)就被磨掉，尤其是大顆粒，而鑲嵌機(jī)可以進(jìn)行熱固性壓型，同時(shí)鑲嵌機(jī)采用高精度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和滑動(dòng)部件，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確定位，使顆粒撒布和受力都非常均勻，顆粒越小，壓型越好。

4.2 樣品的膠結(jié)

試驗(yàn)選用同一批次凝灰?guī)r機(jī)制砂和閩江河砂，膠粘劑選用502膠水、中藍(lán)晨光555型萬能膠粘劑、冷杉膠、環(huán)氧樹脂，首先使用阿貝折射儀測量載玻片和膠粘劑的折射率，其中載玻片折射率為1.522、502膠水為1.437、中藍(lán)晨光555型萬能膠粘劑為1.535、冷杉膠為1.526、環(huán)氧樹脂為1.524。然后使用鑲嵌機(jī)分別進(jìn)行對(duì)試樣的膠結(jié)，用偏光顯微鏡測定堿活性礦物的含量，試驗(yàn)分析結(jié)果見表1。

表1 不同膠粘劑與堿活性礦物含量

由表1可以發(fā)現(xiàn)，冷杉膠、環(huán)氧樹脂做膠粘劑制片，在偏光顯微鏡下測定堿活性礦物的含量也比較接近。502膠水、中藍(lán)晨光555型萬能膠粘劑制片，測出的堿活性礦物的含量比較小。主要的原因在于，冷杉膠、環(huán)氧樹脂的折射率與載玻片的折射率相近，502膠水、中藍(lán)晨光555型萬能膠粘劑的折射率與載玻片的折射率相差比較大。在各礦物晶體中，原子或者分子的排列方式在各個(gè)方向上并不相同，導(dǎo)致光線在晶體內(nèi)傳播收到不同的影響，這就會(huì)產(chǎn)生雙折射，膠粘劑載玻片的折射率相差比較大則干涉色不均衡，影響礦物的識(shí)別。

4.3 金剛砂的規(guī)格

試驗(yàn)選用同一批次凝灰?guī)r機(jī)制砂和閩江河砂兩種類型的細(xì)骨料，同時(shí)選用80#、120#、150#、400#、600#、800#金剛砂進(jìn)行磨片。每個(gè)片先用自動(dòng)磨片機(jī)粗磨至0.3 mm，再用不同型號(hào)的金剛砂進(jìn)行細(xì)磨并使薄片的平均厚度在0.03 mm，試驗(yàn)分析情況見表2。

表2 各型號(hào)金剛砂的磨片與偏光顯微鏡下的觀測情況

由表2可以發(fā)現(xiàn)，用80#、120#、150#的金剛砂進(jìn)行磨片，在偏光顯微鏡下圖像模糊，影響鑒定。隨著金剛砂號(hào)數(shù)的增大，薄片的質(zhì)量越好，鏡下圖像清晰，越便于礦物識(shí)別。原因在于用80#、120#、150#的金剛砂進(jìn)行磨片，會(huì)造成礦物表面損傷，薄片不等厚，如礦物破碎，鏡下礦物之間重疊界線不清，礦物識(shí)別困難等現(xiàn)象。隨著金剛砂號(hào)數(shù)的增加，精磨用時(shí)也增加，影響磨片的效率。

5 小結(jié)

鐵路細(xì)骨料巖相分析需要豐富的理論知識(shí)，而制片則需要扎實(shí)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。巖相分析準(zhǔn)確與否，取決于制片成功與否，制片直接影響巖相分析結(jié)果科學(xué)準(zhǔn)確性。薄片薄至每片0.03 mm，差之毫厘，失之千里。巖相分析制片需要試驗(yàn)人員細(xì)致、耐心和一絲不茍的精神。文章通過凝灰?guī)r機(jī)制砂和閩江河砂兩種細(xì)骨料為研究對(duì)象，開展了一系列巖相分析制片試驗(yàn)研究，供試驗(yàn)同行參考討論。主要結(jié)論如下：

（1）由于細(xì)骨料的微觀結(jié)構(gòu)松散、成分分散，沒有明顯的原子、分子、晶?；蚱渌Y(jié)構(gòu)單元，對(duì)粒徑大小、形狀等因素敏感，容易受到外部環(huán)境影響，故而細(xì)骨料制片相較于粗骨料更加困難，必須使用鑲嵌機(jī)壓型，同時(shí)鑲嵌機(jī)壓型可以有效增加樣品載玻片留存率，細(xì)骨料在薄片上顆粒均勻分布，有利于偏光顯微鏡下的觀測礦物含量，減少了堿活性礦物含量誤判的可能性，提高了準(zhǔn)確度。樣品留存率越大，圖像越有利于分析，試驗(yàn)結(jié)果更加真實(shí)，樣品留存率越小，代表性越差。

（2）由于材料的折射率越高，使入射光發(fā)生折射的能力越強(qiáng)。故而薄片制片中，應(yīng)盡量選擇與載玻片的折射率一致的膠粘劑，如冷杉膠、環(huán)氧樹脂等，這樣有利于對(duì)偏光顯微鏡下礦物的識(shí)別，特別是對(duì)副礦物的識(shí)別。制片過程中如需調(diào)整膠粘劑的折射率可用丙酮、松節(jié)油進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)不同的介質(zhì)對(duì)不同頻率的光，具有不同的折射率，所以巖相分析時(shí)，因特別注意光的色散現(xiàn)象，操作間保持一定亮度。

（3）金剛砂是一種理想的磨料材料，具有耐磨性好、表面光潔度高等特點(diǎn)，廣泛用于磨削、拋光等領(lǐng)域，巖相分析制片過程中應(yīng)尤其重視金剛砂號(hào)數(shù)的選用，在薄片細(xì)磨中，應(yīng)選用不同規(guī)格的金剛砂分別對(duì)薄片進(jìn)行精磨，先用120#金剛砂進(jìn)行粗磨片，再用800#金剛砂進(jìn)行細(xì)磨片，這樣可以提高磨片效率，又能讓薄片厚度一致，礦物成分可以清晰地識(shí)別。