吉林建筑大学 吉林长春 130118
摘要：骨料碱活性的检测方法有很多，但想要准确快速判定出骨料是否具有潜在碱活性，通常需要采用几种检验方法来相互印证，以提高结论的准确性。本文在总结目前国内外骨料碱活性检测的方法及各种检测方法优缺点的基础上，提出了应发明既准确又快捷的骨料碱活性的检测方法。
关键词：骨料碱活性；准确；快速
1前言
碱-骨料反应是指混凝土原材料水泥、外加剂、掺合料和水中的碱（Na2O+0.658K2O）与骨料中的活性成分在已经硬化的混凝土中逐渐发生反应，使混凝土产生内部应力而导致混凝土膨胀开裂损坏的现象。混凝土的碱-骨料反应是混凝土耐久性研究的重要课题之一。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布，所以一旦发生碱骨料反应，混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。为了避免碱-骨料反应的发生，那就可以采取对工程中所用的骨料进行碱活性的鉴定检验，这是预防工程混凝土发生碱-骨料反应的重要程序，世界各国都很重视骨料碱活性的检测。
2碱-骨料反应的分类
不同的活性骨料，其破坏机理也不同，一般按与碱反应的岩石类型，可将碱-骨料反应划分为两种类型，即碱-硅酸反应和碱-碳酸反应两大类。碱-硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅发生反应，生成碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，其反应式可归纳为：2NaOH+SiO2+nH2O→Na2O.SiO2.nH2O
反应生成的碱硅酸盐是白色凝胶体，其体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨胀，从而引起混凝土内部膨胀应力，同时，碱硅凝胶吸水后进一步促进碱-骨料反应的发展，使混凝土内部膨胀应力增大，导致混凝土开裂，发展严重的会使混凝土结构崩溃。能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、玛瑙、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺陷的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中，因而迄今为止世界各国发生的碱骨科反应事例中，绝大多数为碱-硅酸反应。碱-碳酸盐反应一般的碳酸岩、石灰石和白云石是非活性的，只有泥质石灰质白云石，才发生碱-碳酸盐反应。碱-碳酸盐反应主要是去白云石反应，即某些特定的微晶白云石和氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）等碱类反应生成氢氧化镁［Mg（OH）2即水镁石］和碳酸盐等；这些生成物和水泥水化产物氢氧化钙［Ca（OH）2］发生反应，重新生成碱，使去白云石化反应继续下去，直到白云石被完全作用完，或碱的浓度被继续发生的反应降至足够低为止。
3骨料碱活性检验方法的优缺点
目前，公开的测定骨料碱活性的方法有多种，如岩相法、化学法、砂浆长度法、砂浆棒快速法、碳酸盐圆柱体法、混凝土棱柱体法、快速压蒸法等。这些方法可以归结为三大类，测长法、化学法、岩相法。
（1）岩相法
它是通过肉眼和显微镜观察新鲜岩石断口的结晶程度和结构来鉴定骨料的种类和成分，特别是那些已知活性矿物存在与否的骨料，以此来判断其是否存在碱活性，这种方法的缺点是只能定性判断，得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系。
（2）化学法
它是在规定条件下，测定碱溶液和骨料反应溶出的二氧化硅浓度及碱度降低值，借以判断骨料在使用高碱水泥的混凝土中是否产生危害性的反应。该方法不适用于含碳酸盐的骨料。不能鉴定由于微晶石英或变形石英所导致的众多慢性膨胀骨料。当试验结果出现碱度降低值大于70而滤液中的二氧化硅浓度大于碱度降低值；或碱度降低值小于70而滤液中的二氧化硅浓度大于（35+碱度降低值/2），两种情况当中的任何一种，该试样就被评为具有潜在有害反应。但这种方法有局限性，易造成误判，所以不被推荐使用了。
（3）砂浆长度法
它是通过测定水泥砂浆试件的长度变化而确定水泥中的碱与活性骨料间的反应所引起的膨胀是否具有潜在的危害来进行的。它是在岩相法检验和化学法检验均不能作出定论时进行的。
对于砂样，当砂浆半年的膨胀率超过0.10%，或3个月的膨胀率超过0.05%时，即被评为具有危害性的活性骨料。反之，如低于上述数值，则被评为非活性骨料。对于石料，当砂浆半年膨胀率低于0.10%，或3个月的膨胀率低于0.05%时，即被评为非活性骨料。反之，如超过上述数值，则被评为具有危害性的活性骨料。这种方法只可用于反应较快的碱-硅酸盐反应和碱-硅酸反应的骨料，但不适用于进行碱-碳酸盐反应的骨料。
（4）砂浆棒快速法
它是通过测定砂浆试件14d的膨胀率来进行判定的。如果砂浆试件14d的膨胀率小于0.1%，则骨料为非活性骨料；如果砂浆试件14d的膨胀率大于0.2%，则骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料；特殊情况当砂浆试件14d的膨胀率在0.1%至0.2%之间的，对这种骨料结合现场记录、岩相分析、或开展其他的辅助试验、试件观测的时间延至28d后的测试结果来进行综合评定。砂浆棒快速法是同时被美国和加拿大定为标准的方法（ASTMC1260-94和CSAA23.2-25A），该方法能在16天内检测出骨料在砂浆中的潜在有害的碱-硅酸反应，尤其适合于检验反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料。被认为是比较精确可靠的，但它的问题是过于严格。
（5）碳酸盐圆柱体法
在规定条件下测量碳酸盐骨料试件在碱溶液中的长度变化，以鉴定其作为混凝土骨料是否具有碱活性。该方法适用于碳酸盐岩石的研究与料场的初选，但是试验龄期较长，约需要12周。将试件浸泡84d后，当试件膨胀率在0.10%以上时，该岩样应评为具有危害性，不宜作为混凝土骨料进行使用。必要时应以混凝土试验结果作出最后评定。
（6）混凝土棱柱体试验法
混凝土棱柱体法是评定混凝土试件在升温及潮湿条件养护下，水泥中的碱与骨料反应所引起的膨胀是否具有潜在危害。适用于碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应，试验周期较长，需要一年的时间。当试件一年的膨胀率不小于0.04%时，则判定为具有危害性反应的活性骨料；膨胀率小于0.04%时，则判定为非活性骨料。这种方法准确可靠，所以它也是我国唯一列入规范的鉴定方法。
（7）微观分析法
饶承彪、何真、曾正宾等的发明专利中指出：先设定水胶比，制成40*40*40mm的净浆试件，取一块骨料预埋在净浆试块中央，成型完毕后，24h后拆模，将试件放在80℃、1mol/L的NaOH溶液中养护14d，再用精密切割机切开试件，用三维立体显微镜观察年净浆体与骨料界面的碱骨科反应环，通过是否能够观察到反应环来判定骨料是否具有碱活性，并通过反应环的大小而判定骨料活性大小，这种方法是从微观的角度判定骨料是否具有碱活性，其优点在于通过三维立体显微镜观察，直观、明显、结论真实可靠。
（8）溶胶凝胶膨胀法
将骨料与碱反应后制备成凝胶薄片，通过测定凝胶薄片吸水膨胀的自由膨胀量，评价骨料的碱活性及其大小。碱活性高，则膨胀量大；相反，碱活性低，则膨胀量小。
（9）中国压蒸法
它是利用砂浆棒法在100℃条件下蒸养4h，再在150℃、KOH浓度为10%的溶液中压蒸6h，测量其最终膨胀率。当膨胀率超过0.11%-0.012%时，则认为骨料有活性；在0.11%左右时可疑，在0.05%左右时为非活性骨料。这种检测方法试验周期短，准确度相对较高，但测定较为繁琐，条件要求也较高。
4结束语
在众多的骨料碱活性检测方法中，想找选出一种既快速又准确的方法很难，各种方法都有其使用的优缺点和局限性。对一种骨料潜在活性的判断，必须建立在试验资料的基础上，就目前而言，而每一种试验方法并非十全十美，有的还需在实践中加以充实和完善，所以对于砂、石料场的骨料是否存在潜在活性只有通过连续的、系统的取样并有针对性的选择检验方法才能做出合适的评价。在实际工作中，应结合当地地质条件和岩石种类，科学地采用多方法相结合的手段进行检测和判定。我国骨料类型复杂，其碱活性的评定更是困难不断，应尽快发明出适合我国国情的先进的评定骨料碱活性的国家标准。
基金项目：本项目为吉林建筑大学2020年国家级大学生创新训练项目。