從巖相分析看混凝土中碎石骨料的堿活性檢測(cè)

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(huì)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(cè)，獲得骨料中的相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)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(cè)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(cè)方法

檢測(cè)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(duì)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(píng)定骨料的堿活性。在通過肉眼觀察的方法對(duì)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(duì)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(duì)礦物作出判斷。

 

試驗(yàn)分析

中鋼國(guó)檢檢測(cè)人員依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)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(yè)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(yè)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(duì)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(duì)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(huì)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(huì)對(duì)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(jí)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(duì)錦屏一級(jí)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)。