不同标准对骨料碱活性试验方法的概述

不同标准对骨料碱活性试验方法的概述

朱会荣 郝柏村

吉林建筑大学；长春 130000

本项目为吉林省教育厅2021年科学研究项目（JJKH20210253KJ）

作者简介：朱会荣（1977.10.21-），女，汉族，籍贯：吉林长春，学历：硕士研究生，职称：实验师，研究方向：无机非金属材料

摘要：骨料的碱活性是指骨料在混凝土中与碱发生反应产生膨胀并对混凝土具有潜在危害的特性。骨料是否具有碱活性是判断这种骨料能否作为混凝土粗骨料的一个重要指标。现阶段，我国不同行业有不同行业的检测标准，对于骨料碱活性现行有效的检测标准有10本之多，这些标准对于骨料碱活性鉴定方法的阐述既有相同之处，又有所不同，在实际工作中如何选用这些规范成了难题。本文对这些规范进行了归纳总结，认为SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》可作为现阶段检测骨料碱活性的主要依据。

关键词：碱活性 检测标准 主要依据

0 前言

碱-骨料反应是指混凝土中的碱与骨料中的活性成分发生反应，产生膨胀致使混凝土发生开裂破坏的现象，它曾给世界许多国家带来过损害。以往的经验教训告诉我们：对付碱-骨料反应最好的办法是预防。如果等工程结构出现了碱-骨料反应再去治理，往往很难，且耗资巨大，这是不可取的。那如何预防成了关键问题所在，这就是通过鉴定骨料的碱活性实验，从而快速、准确、高效地判定出能否发生碱-骨料反应。

1 不同标准对骨料碱活性检测方法的概述

目前，关于碱-骨料反应的现行有效标准有GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》、GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》、SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》等10本。

（1）GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中对于碱-骨料反应采用的是混凝土棱柱体法，虽然这种方法既能测定碱-硅酸反应又能测定碱-碳酸盐反应，但这种方法在判断骨料具有潜在碱活性时，应进行其他补充试验以确定该膨胀确实由碱-骨料活性所致。补充试验可以在试验完毕后通过对混凝土试件进行岩相分析检测，以确定是否有已知的活性组分存在。这种方法是把混凝土棱柱体在温暖潮湿的环境中养护12个月，以此种严酷条件来激发骨料潜在的碱活性。混凝土棱柱体法适用于检验混凝土试件在温度为38℃及潮湿条件下，混凝土中的碱与骨料反应所引起的膨胀是否具有潜在危害。

仪器设备：与公称直径为20mm、16mm、10mm、5mm的圆孔筛对应的方孔筛；称；75mm×75mm×275mm试模；长度为25mm埋钉；测长仪；混凝土搅拌机；养护盒；

原材料要求：通过外加浓度10%NaOH溶液使水泥含碱量达到1.25%；使用非活性细骨料；粗骨料三个粒级：20〜16mm、16〜10mm、10〜5mm，各取1/3等量混合；

试件养护：试件在标准养护室中养护（24±4）h后脱模，并在（20±2）℃恒温室中测量试件的基准长度后放入养护盒内，再将养护盒放入（38±2）℃的条件下养护至所需测量龄期。测量龄期为1周、2周、4周、8周、13周、18周、26周、39周和52周，以后可每半年测一次。每次测量的前一天，先将养护盒取出放入（20±2）℃恒温室中，恒温时间为（24±4）h，观察试件有无裂缝、变形、渗出物及反应产物等外观情况，再测量试件的长度，最后放回试件继续养护至下一龄期。

结果判定：在52周的测试龄期膨胀率超过0.04%，则判定为具有碱活性的骨料。

（2）GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》，先按附录A岩相法进行取样，先将试样逐个进行肉眼鉴定，以初步确定为有碱活性的岩石颗粒，应制成薄片，在显微镜下鉴定矿物组成、结构等。鉴定为非活性骨料时，可作为最后结论，对于评定为碱活性骨料或可疑时，再根据本规范中碱-硅酸反应、快速碱-硅酸反应或碱-碳酸盐反应进行检测。

7.15.1碱-硅酸反应（砂浆棒法），适用于检验硅质集料与混凝土中碱发生潜在碱-硅酸反应的危害性。

仪器设备：干燥箱；天平；筛孔径为4.75mm〜0.15mm方孔筛；比长仪；水泥胶砂搅拌机；恒温养护室；养护盒；25mm×25mm×280mm试模；破碎机；跳桌；干燥器；

原材料要求：水泥通过外加浓度为10%的NaOH溶液使水泥含碱量达到1.2%；五个粒级：4.75〜2.36mm、2.36〜1.18mm、1.18〜0.6mm、0.6〜0.3mm、0.3〜0.15mm，每份中各粒级质量分别为99.0g、247.5g、247.5g、247.5g、148.5g；

试件养护：在标准养护室中养护（24±4）h后脱模，并在（20±2）℃恒温室中测量试件的基准长度后放入养护盒，再将养护盒放入（40±2）℃的条件下养护至所需测量龄期。测量龄期为14d、1个月、2个月、3个月、6个月，如有需要还可延长。每次测量的前一天，先将养护盒取出放入（20±2）℃恒温室中，恒温时间为（24±4）h，测试件挠度并进行外观检查，再测量试件的长度，最后放回试件继续养护至下一龄期。

结果判定：当6个月龄期的膨胀率小于0.10%时，判定为无潜在碱-硅酸反应危害；否则，判定为有潜在碱-硅酸反应危害。

7.15.2快速碱-硅酸反应（快速砂浆棒法），适用于检验硅质集料与混凝土中碱发生潜在碱-硅酸反应的危害性。检测用仪器设备、原材料要求同上述砂浆棒法。

试件养护：在标准养护室中养护（24±2）h后脱模，并测定初始长度。将试件浸没于养护盒内的水中，并保持水温在（80±2）℃，养护（24±2）h后测出试件的基准长度，再将试件浸没在1mol/LNaOH溶液中，并保持溶液温度在（80±2）℃的范围内。自测定基准长度之日起计算，在第3d、7d、14d各测量一次试件长度。

结果判定：当14d膨胀率小于0.10%时，大多数情况下可判定为无潜在碱-硅酸反应；当14d膨胀率大于0.20%时，可以判定为有潜在碱-硅酸反应危害；当14d膨胀率大于0.1%但小于0.2%时，则不能最终判定，需按普通的碱-硅酸反应法进行测定。

7.15.3碱-碳酸盐反应（岩石柱法），检验碳酸盐类集料与混凝土中的碱发生潜在碱-碳酸盐反应的危害性。

仪器设备：钻机；测长仪；锯石机；磨片机；

原材料要求：将岩石按3个相互垂直的方向钻切3个直径为（9±1）mm、高为（35±5）mm圆柱体或边长为(9±1)mm、高为(35±5)mm棱柱体试件，试件两端面光滑互相平行且垂直于圆柱体主轴。

试件养护：把打磨后试件编号后放入装有蒸馏水的养护瓶中，置于（20±2）℃的恒温室内，每隔24h取出擦干表面测长，直到前后两次测得的长度变化率之差≤0.02%为止，以最后一次测得的长度为基准长度。把试件浸入装有1mol/L的NaOH溶液的养护瓶中，定期测定试件的膨胀率，试验周期为84d。

结果判定：当试件膨胀率小于0.1%时，无潜在碱-碳酸盐反应危害。否则有潜在碱-碳酸盐反应危害。

附录A 岩相法，是通过肉眼和显微镜观察，鉴定集料的种类和成份，从而确定碱活性集料的种类。

仪器设备：孔径为4.75mm〜0.15mm方孔筛；天平；称；切片机；磨光机；镶嵌机；实体显微镜；偏光镜；

原材料要求：37.5〜19.0mm粒级称50kg、19.0〜4.75mm粒级称20kg，也可每个粒级300颗。

结果判定：将试样逐粒进行肉眼鉴定，需要时可将颗粒放在砧板上用地质锤击碎，观察颗粒新鲜断口。对初步确定为具有碱活性的岩石颗粒，应制成薄片，在显微镜下鉴定矿物组成、结构等。根据鉴定结果，集料被评定为非碱活性时，即作为最后结论。如评定为碱活性集料或可疑时，应按本标准方法进行检验。

（3）GB/T50733-2011《预防混凝土碱骨料反应技术规范》是为了预防混凝土发生碱-骨料反应而制定的。该规范中规定，用于检验骨料的岩石类型和碱活性的岩相法，符合JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》；用于检验骨料碱-硅酸反应活性的快速砂浆棒法，按GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中的方法进行；用于检验碳酸盐骨料的碱-碳酸盐反应活性的岩石柱法，应符合JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》；对于混凝土棱柱体法应按GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的方法进行。通过对比，JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》与GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中对于岩相法和岩石柱法的检验方法基本一致，可视为相同。

采用岩相法对骨料的岩石类型和碱活性进行检验时，当岩相法检验结果为不含碱活性矿物的骨料可不再进行检验；当岩相法检验结果为碱-硅酸反应活性或可疑的骨料应再采用快速砂浆棒法进行检验；当岩相法检验结果为碱-碳酸盐反应活性或可疑骨料应再采用岩石柱法进行检验。在不具备岩相法检验条件且不了解岩石类型的情况下，可直接采用快速砂浆棒法和岩石柱法分别进行骨料的碱-硅酸反应活性和碱-碳酸盐反应活性检验；在时间允许的情况下，可采用混凝土棱柱体法进行骨料碱活性检验或验证。岩相法和快速砂浆棒法的检验结果不一致时，应以快速砂浆棒法结果为准；其它检验结果与混凝土棱柱体法的检验结果不一致时，应以混凝土棱柱体法的检验结果为准。

（4）DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》

5.1岩相法，适用于在试验室内对砂、石等骨料进行定性的常规检测，也适用于对骨料所含碱活性矿物进行定量分析。

仪器设备：孔径为150mm、80mm、40mm、20mm、5mm〜0.16mm方孔筛；天平；称；切片机；磨光机；岩相显微镜；计数器；体视显微镜；

原材料要求：粗骨料5个粒级：>150mm数量视需要而定，80〜150mm粒级称240kg、40〜80mm粒级称150kg、20〜40mm粒级称50kg、5〜20mm粒级称10kg。

骨料鉴定：用颗粒分组法进行鉴定时，先用手镜、钢针等工具，将试样逐粒进行肉眼鉴定，需要时可将颗粒放在砧板上用地质锤击碎，观察颗粒新鲜断口。对样品按岩石名称及物理性质进行分组。记录各组中包含的颗粒数目、占样品总质量的比例。将各组样品中的典型颗粒制成薄片，用岩相显微镜观测各组颗粒的岩性，并判断其是否存在潜在活性以及可能发生的碱骨料反应类型。对于特定的岩石种类，观测其中是否含有碱活性矿物，当不止一种尺寸颗粒需要分组时，应该先筛分，然后分粒级进行分组。在不易进行颗粒分组时，或者要求更精确的定量分析时，就要使用薄片数点法。先把要进行薄片数点法检测的粗骨料，全部破碎成2mm〜4mm的颗粒准备制片。对于硬度变化范围比较大的骨料，破碎后小于2mm折粒级应另做薄片计数。用树胶或荧光环氧树脂将破碎好的颗粒固定，做成50mm×30mm的薄片，磨平、抛光。在薄片断面上，沿着互相垂直的两个方向用等间距的直线形成正交栅格，并覆盖整个薄片。在岩相显微镜下依次逐个观察栅格交叉点，并记录每个交叉点的岩相和矿物分类。栅格间距按照至少能够观察1000个点来确定。每种矿物的点数除以薄片内可以数到的总点数，即为该矿物所点体积分数。结果应至少给出活性和非活性组分的体积百分比。粗骨料如进行全分析，需列出各种岩石的成分及含量；如只分析碱活性骨料，则要列出碱活性骨料的种类和含量。

结果判定：当骨料含有碱活性成分时，应判断其碱活性反应类型，并进一步进行测长试验。

砂浆棒长度法、砂浆棒快速法和岩石柱法与GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中除各粒级用量及试模尺寸稍有不同外基本一致。混凝土棱柱体法与GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中混凝土棱柱体法基本相同, 不再赘述。

（5）DL/T5241-2010《水工混凝耐久性技术规范》

该规范中规定,对于骨料碱活性检验的方法按DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》对应的方法进行。

（6）TB/T3275-2018《铁路混凝土》

附录A岩相法，适用于确定骨料的碱活性类别和定性评定骨料的碱活性。

仪器设备：孔径为4.75mm〜0.15mm方孔筛；天平；称；切片机；磨光机；镶嵌机；实体显微镜；偏光镜；

原材料要求：粗骨料3个粒级：大于等于37.5mm粒级180kg、37.5〜19.0mm粒级称90kg、19.0〜4.75mm粒级称45kg，也可每个粒级不少于300颗。

分析方法：对每一粒级样品，分别从其中每一分类岩石中选取3〜5块样品，称重后制成薄片，然后在偏光显微镜下观察，确定岩石名称、结构构造和矿物成分等。若发现有碱活性矿物，则在偏光显微镜下测定各薄片中该碱活性矿物的百分含量，并计算该粒级样品中该类岩石所含碱活性矿物的平均百分含量。

快速砂浆棒法、岩石柱法与GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中除每个粒级骨料质量稍有区别、龄期稍有不同外，其它基本一致，不再赘述。

（7）SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》

岩相法、砂浆棒快速法、混凝土棱柱体法与DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》中基本一致，不再赘述。岩石柱法与GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中除钻取的圆柱体直径改为10mm外，其它基本一致，不再赘述。

（8）JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中规定，进行碱活性检验时，先采用岩相法检验碱活性骨料品种、类型和数量。当检验出骨料中含有活性二氧化硅时，应采用快速砂浆棒法和砂浆长度法检验;当检验出骨料中含有活性碳酸盐时，应采用岩石柱法进行碱活性检验。经上述检验，当判定骨料存在潜在城碳酸盐反应危害时，不宜用作混凝土骨料:否则，应通过专门的混凝土试验，做最后评定。当判定骨料存在潜在碱硅反应危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m³或采用能抑制碱骨料反应的有效措施。

岩相法原材料及设备要求同DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》中岩相法基本一致，结果判定与GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》基本一致。快速法、砂浆长度法和岩石柱法也与GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中基本一致，不再赘述。

（9）JTG E42-2005《公路工程集料实验规程》

该规范中岩相法、砂浆长度法、混凝土棱柱体法与GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》中在各粒级用量及试模尺寸上略有不同，试件养护条件与GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中混凝土棱柱体法基本一致，不再赘述。

（10）CECS48:93《砂、石碱活性快速试验方法》适用于检验硅质集料与混凝土中碱发生潜在碱-硅酸反应的危害性。

仪器设备:干燥箱；天平；筛孔径为0.63mm和0.15mm的方孔筛；小型砂浆搅拌机；跳桌；10mm×10mm×40mm试模；恒温养护室；快速碱活性测定仪；不锈钢蒸养箱；反应器；测长仪；

原材料要求:将骨料破碎后取0.15mm〜0.63mm粒级三份，每份重量分别为5g、10g和25g，分别加入50g水泥搅拌1min以上，再取15mlKOH溶液加入其中搅拌2min，将一半浆体注入试模中，充分插捣，再注入剩余浆体捣实，并将试模放到跳桌上跳动30次，刮平。

试件养护：在室温下养护（24±2）h后脱模，并测定初始长度L₁。将试件放在100℃的蒸养箱内保持4h±5min，蒸养的试件冷却插在反应器架上，注入KOH溶液淹没试件。密封容器在（150±2）℃下保温360±5min（不含升温时间）。压蒸结束后将反应器取出，用水将高温反应器冲冷至40℃左右，方可打开反应器，将试件冲洗干净、擦干，并用温布盖好室温放置60±10min。压蒸后测定最终长度L₂。

结果判定：三种配比中最大膨胀值大于或等于0.1%为活性骨料，小于0.1%为非活性骨料。

2 总结

（1）关于骨料碱活性现行有效标准GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》、GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》、GB/T50733-2011《预防混凝土碱骨料反应技术规范》、DL/T5241-2010《水工混凝耐久性技术规范》、DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》、TB/T3275-2018《铁路混凝土》、SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》、JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》、JTG E42-2005《公路工程集料实验规程》、CECS48:93《砂、石碱活性快速试验方法》共10本规范。

（2）综上所述，被列入现行有效规范中的骨料碱活性的检验方法有岩相法、砂浆棒法、砂浆棒快速法、岩石柱法和混凝土棱柱体法共计五种。这五种方法各有各的适用条件，可按标准进行选用。

（3）通过以上对比可以看出， SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》是目前较新、较全的现行有效标准，虽然它不是国家标准，只是行业标准，但其对于各种方法无论是岩相法、砂浆棒快速法、岩石柱法，还是混凝土棱柱体法，都作了详细的阐述，检测步骤明确可靠，判断条件清晰，笔者认为其可作为现阶段骨料碱活性或碱-骨料反应检测的主要理论依据，其它标准或规范可作为参考，这样可以大大缩短查找标准的时间。

参考文献

[1] GBT50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[s]

[2] GB/T14685-2011《建设用卵石、碎石》[s]

[3] GB/T50733-2011《预防混凝土碱骨料反应技术规范》[s]

[4] DL/T5241-2010《水工混凝耐久性技术规范》[s]

[5] DL/T5151-2014《水工混凝土砂石骨料试验规程》[s]

[6] TB/T3275-2018《铁路混凝土》[s]

[7] SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》[s]

[8] JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》

[9] JTG E42-2005《公路工程集料实验规程》

[10] CECS48:93《砂、石碱活性快速试验方法》