從巖相分析看混凝土中碎石骨料的堿活性檢測

堿-骨料反應

混凝土堿-骨料反應（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進一步發(fā)生化學反應，導致混凝土結構產生膨脹、開裂甚至破壞的現(xiàn)象，嚴重的會使混凝土結構崩潰，是影響混凝土耐久性的重要因素之一。

 

混凝土堿-骨料反應是一個非常緩慢的過程，甚至可達幾十年之久，但是其一旦發(fā)生就很難阻止，所以應在具體使用前通過科學的手段進行檢驗檢測，獲得骨料中的相關成分數(shù)據(jù)，對混凝土堿-骨料反應發(fā)生的可能性進行預判，以選擇更加合適的骨料應用于實際工程建設當中。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計及使用要求的產品，以保證工程項目的安全性。

 

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、晶體光學，利用偏光顯微鏡、掃描電鏡等儀器，鑒定骨料的巖石種類、結構構造及礦物成分，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行觀察，以鑒定骨料的巖石種類、結構構造及礦物成分，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行預先判別時，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行分析時，如果顯微鏡分辨有一定困難時，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。

 

試驗分析

中鋼國檢檢測人員依據(jù)相關標準，通過對某碎石骨料進行巖相及礦相觀察，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狀零星分布，部分分布聚集。炭質頁巖主要成分為炭質、部分泥質礦物及方解石，炭質及泥質礦物相間分布，有較明顯的定向構造，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一步觀察分析，以獲得更多的數(shù)據(jù)。采用多點掃描及面掃描，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多以二價鐵（Fe²⁺）形式存在，易被氧化形成三價鐵（Fe³⁺），而硫鐵礦物在水、氧氣等環(huán)境介質作用下會發(fā)生氧化反應，生成鐵銹等導致體積膨脹，并在水分的作用下滲出。這樣的碎石骨料應用在混凝土結構中，會對混凝土及工程結構產生相應的影響。

 

質量控制

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

 

例如，在錦屏一級水電站建設中，由于項目所在區(qū)域內的天然骨料質次量少，拱壩混凝土不得不考慮利用當?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用于特高拱壩混凝土。通過采用相關的堿活性抑制技術，多年后對錦屏一級大壩混凝土再次進行相關試驗，并沒有發(fā)現(xiàn)具有危害性的堿-骨料反應。