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從巖相分析看混凝土中碎石骨料的堿活性檢測

2021-12-13 17:56:47  作者:中鋼國檢

堿-骨料反應(yīng)

混凝土堿-骨料反應(yīng)(AAR)是指骨料中活性成分在一定條件下與混凝土中的水泥、外加劑、摻合料等中的堿物質(zhì)進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膨脹、開裂甚至破壞的現(xiàn)象,嚴(yán)重的會使混凝土結(jié)構(gòu)崩潰,是影響混凝土耐久性的重要因素之一。

 

混凝土堿-骨料反應(yīng)是一個(gè)非常緩慢的過程,甚至可達(dá)幾十年之久,但是其一旦發(fā)生就很難阻止,所以應(yīng)在具體使用前通過科學(xué)的手段進(jìn)行檢驗(yàn)檢測,獲得骨料中的相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù),對混凝土堿-骨料反應(yīng)發(fā)生的可能性進(jìn)行預(yù)判,以選擇更加合適的骨料應(yīng)用于實(shí)際工程建設(shè)當(dāng)中。而碎石骨料作為混凝土中占比較大的材料之一,更需要通過檢測排除不符合設(shè)計(jì)及使用要求的產(chǎn)品,以保證工程項(xiàng)目的安全性。

 

檢測方法

檢測骨料堿活性的方法有巖相法、化學(xué)法、砂漿棒法、壓蒸法、混凝土棱柱體法和巖石柱法等,其中巖相法是最基本的方法,基于礦物學(xué)、晶體光學(xué),利用偏光顯微鏡、掃描電鏡等儀器,鑒定骨料的巖石種類、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物成分,能夠判斷骨料中是否含有堿活性的巖石礦物。本事例側(cè)重于集料的巖相分析。

 

巖相法是通過肉眼和顯微鏡對骨料進(jìn)行觀察,以鑒定骨料的巖石種類、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物成分,確定骨料是否含有堿活性礦物、堿活性礦物的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。在通過肉眼觀察的方法對骨料進(jìn)行預(yù)先判別時(shí),如果不易分辨,也可以用錘將骨料敲碎并觀察其斷面。

 

在使用巖相法對碎石等礦物進(jìn)行分析時(shí),如果顯微鏡分辨有一定困難時(shí),還可借助于掃描電鏡、X-衍射分析、差熱分析、紅外光譜分析等手段,對礦物作出判斷。

 

試驗(yàn)分析

中鋼國檢檢測人員依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),通過對某碎石骨料進(jìn)行巖相及礦相觀察,發(fā)現(xiàn)該碎石樣成分不均一,包括泥巖、石英雜砂巖、炭質(zhì)頁巖等(沉積巖)。

 

石英雜砂巖主要成分為石英顆粒、雜基及部分磁黃鐵礦或黃鐵礦,磁黃鐵礦或黃鐵礦呈斑點(diǎn)狀零星分布,部分分布聚集。炭質(zhì)頁巖主要成分為炭質(zhì)、部分泥質(zhì)礦物及方解石,炭質(zhì)及泥質(zhì)礦物相間分布,有較明顯的定向構(gòu)造,方解石主要呈脈狀貫穿,有少量不透明礦物分布。

 

隨后,對同一樣品通過能譜分析進(jìn)一步觀察分析,以獲得更多的數(shù)據(jù)。采用多點(diǎn)掃描及面掃描,該碎石樣主要由O、Si、C、Al、Ca、Fe、S等元素組成,其中O、Si分布較均勻且含量較高,Al、Fe、S等元素多集中分布,存在部分以Fe、S元素為主要組成的礦物。

 

 

經(jīng)對比分析,巖相分析中礦物組成與能譜分析中元素組成具有較高的一致性,表明該碎石樣品含有類硫鐵礦。其中Fe多以二價(jià)鐵(Fe2+)形式存在,易被氧化形成三價(jià)鐵(Fe3+),而硫鐵礦物在水、氧氣等環(huán)境介質(zhì)作用下會發(fā)生氧化反應(yīng),生成鐵銹等導(dǎo)致體積膨脹,并在水分的作用下滲出。這樣的碎石骨料應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)中,會對混凝土及工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

 

質(zhì)量控制

堿-骨料反應(yīng)(AAR)危害巨大,但含有堿活性物質(zhì)的骨料也并不一定完全不能使用,相關(guān)試驗(yàn)研究表面,采取合理、有效措施抑制堿-骨料反應(yīng),同樣可以保障工程安全。

 

例如,在錦屏一級水電站建設(shè)中,由于項(xiàng)目所在區(qū)域內(nèi)的天然骨料質(zhì)次量少,拱壩混凝土不得不考慮利用當(dāng)?shù)睾袎A活性成分的天然巖石制造成人工骨料,這也是首次將堿活性骨料應(yīng)用于特高拱壩混凝土。通過采用相關(guān)的堿活性抑制技術(shù),多年后對錦屏一級大壩混凝土再次進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),并沒有發(fā)現(xiàn)具有危害性的堿-骨料反應(yīng)。

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