高 峰

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司工程測(cè)試中心，湖北 武漢 430063)

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集料堿活性巖石柱法自動(dòng)測(cè)試儀的應(yīng)用研究

高 峰

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司工程測(cè)試中心，湖北 武漢 430063)

針對(duì)巖石柱法堿活性試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)化程度低、誤差大的問(wèn)題，研發(fā)了一種新型自動(dòng)測(cè)試儀，并將位移傳感器與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了試件養(yǎng)護(hù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析的自動(dòng)化控制，大大提高了測(cè)量精度和工作效率。

堿活性，巖石柱法，測(cè)試方法，自動(dòng)測(cè)試儀

0 引言

堿集料反應(yīng)被認(rèn)為是混凝土中影響混凝土耐久性的重要因素之一，許多研究表明[1-3]，來(lái)自水泥或環(huán)境中的堿與混凝土集料中某些礦物組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能夠?qū)е禄炷恋呐蛎?、開裂，從而造成整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)破壞。根據(jù)與堿反應(yīng)的集料中礦物成分的不同，堿集料反應(yīng)大致可以分為堿—硅酸反應(yīng)(Alkali-Silicate Reaction，簡(jiǎn)稱ASR)和堿—碳酸鹽反應(yīng)(Alkali-Carbonate Reaction，簡(jiǎn)稱ACR)兩大類。多年來(lái)，建筑業(yè)內(nèi)對(duì)堿集料反應(yīng)的研究多于堿—碳酸反應(yīng)[3]。然而堿—碳酸反應(yīng)的機(jī)理和工程實(shí)踐表明，對(duì)于ACR的抑制要比ASR困難得多[3,4](鐵標(biāo)對(duì)硅酸類有抑制方法，對(duì)碳酸類沒(méi)有說(shuō)明)，并且隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展，水泥中的含堿量有所提高，同時(shí)，天然硅質(zhì)砂石等自然資源大量的被消耗，越來(lái)越多的含碳酸鹽類礦物的人工砂石被應(yīng)用，這使得工程建設(shè)越來(lái)越迫切的需要科學(xué)而準(zhǔn)確的評(píng)定一些集料的ACR活性。

目前來(lái)說(shuō)，對(duì)于碳酸鹽類的集料，工程中大多先采用巖相法來(lái)定性，先確定巖石中是否含有易發(fā)生堿碳酸鹽反應(yīng)的微晶白云石等礦物，隨后采用巖石柱法測(cè)試其在堿液中的84 d膨脹率，以此來(lái)判定集料的潛在堿活性，該法要求加工的試件直徑9 mm±1 mm，高35 mm±5 mm[5, 6]。但由于樣品尺寸小且整個(gè)測(cè)量過(guò)程均為人工測(cè)量，沒(méi)有特定測(cè)量裝置，故存在三方面問(wèn)題：

1)試驗(yàn)切割時(shí)雙端面磨平機(jī)無(wú)法保證試件兩端面絕對(duì)平行，且人工測(cè)量過(guò)程需要反復(fù)取出試樣，難以保證每次測(cè)量點(diǎn)一致，這就使得巖石柱的膨脹率測(cè)量離散性大；

2)測(cè)長(zhǎng)儀一般采用點(diǎn)接觸式的螺旋千分尺，測(cè)量精度不夠，國(guó)標(biāo)為0.01 mm，鐵標(biāo)為0.001 mm，超過(guò)0.035 mm±0.005 mm即判定不合格，很容易造成誤判；

3)數(shù)據(jù)采集過(guò)程完全靠人工完成，試驗(yàn)自動(dòng)化程度低，難以對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行精準(zhǔn)控制，不僅誤差較大，而且工作效率低。

本文針對(duì)上述問(wèn)題提出了一種新型測(cè)試方法，并研發(fā)了一種巖石柱法堿活性自動(dòng)測(cè)試儀，該裝置將位移傳感器與自動(dòng)化控制系統(tǒng)相結(jié)合，較好的解決了現(xiàn)有巖石柱法堿活性試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)化程度低、誤差大的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了試件養(yǎng)護(hù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析的自動(dòng)化控制，大大提高了測(cè)量精度和工作效率。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 樣品制備

1)巖樣的制備。

巖石中含有特定結(jié)構(gòu)的泥質(zhì)細(xì)粒白云質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)細(xì)粒灰質(zhì)白云巖是產(chǎn)生ACR反應(yīng)的必要條件，為此本文分別選取了幾種在偏光顯微鏡下鑒定屬無(wú)堿活性、潛在堿活性、堿活性的巖石(為含微晶白云石礦物及膨脹性礦物的巖石)來(lái)進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)，這幾種巖石的偏光鑒定結(jié)果如表1所示。

2)膨脹砂漿及膨脹凈漿的制備。

由于巖石的ACR活性反應(yīng)較慢，為進(jìn)一步快速測(cè)試試驗(yàn)儀器的有效性，本文還制備了幾種摻膨脹劑的砂漿及凈漿，其配比如表2所示。砂漿及凈漿所用水泥為P.O42.5基準(zhǔn)水泥，膨脹劑為硫鋁酸鈣型膨脹劑，砂為ISO中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)砂，試件的成型制備方法符合GB/T 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法規(guī)定,成型后的試件放在溫度20 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度(50±5)%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，1 d后拆模，隨后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至7 d齡期，最后鉆取3個(gè)φ9×35 mm的圓柱體試件留待測(cè)試用。

表1 巖石偏光鑒定結(jié)果表

表2 膨脹砂漿及凈漿配合比 g

1.2 數(shù)據(jù)采集

各個(gè)樣品制備完成后，分為兩種方法進(jìn)行測(cè)試，其一是人工測(cè)量，主要是使用螺旋千分尺，精度為0.001 mm；其二為自動(dòng)測(cè)量，即使用本文提出的試驗(yàn)儀器，該儀器每隔1 h測(cè)量并記錄一次數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)所用儀器如圖1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2是采用人工測(cè)量及自動(dòng)測(cè)量所測(cè)得的巖石的膨脹量；圖3是使用本研究提出的測(cè)試儀器所測(cè)得的膨脹砂漿及膨脹凈漿的膨脹量。

由圖2可知，同一組試件人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量的膨脹量有明顯差異。在人工測(cè)量條件下，摻加膨脹劑的砂漿及凈漿試件其膨脹量隨著時(shí)間的變化表現(xiàn)出雜亂無(wú)章的規(guī)律，時(shí)而增加時(shí)而減小，甚至出現(xiàn)負(fù)膨脹，曲線圖極不規(guī)則；在自動(dòng)測(cè)量條件下，摻加膨脹劑的砂漿及凈漿試件其膨脹量表現(xiàn)出隨著齡期的增加而增加的規(guī)律，且當(dāng)膨脹劑摻量越多時(shí)，砂漿及凈漿的膨脹量越大。而摻膨脹劑的砂漿及凈漿試件理論上是隨著齡期的增加，反應(yīng)逐步進(jìn)行，膨脹也是逐步增加的，這說(shuō)明自動(dòng)測(cè)量的結(jié)果更符合摻膨脹劑的砂漿及凈漿試件的膨脹規(guī)律。由此可知對(duì)同樣的樣品，人工測(cè)量的結(jié)果離散性大、穩(wěn)定性小，可靠性低，而自動(dòng)測(cè)量的結(jié)果明顯離散性小，穩(wěn)定性大，可靠性高。

由圖3可知，對(duì)于已知具有膨脹性的巖石—膨脹巖而言，當(dāng)采用人工測(cè)量時(shí)，其雖然表現(xiàn)出一定的膨脹性，但其膨脹量數(shù)值與自動(dòng)測(cè)量相比明顯偏大，同時(shí)其測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)的是不規(guī)則的上升，而自動(dòng)測(cè)量的膨脹量卻隨時(shí)間的增加而呈規(guī)則的上升；對(duì)于已知不具有膨脹性的巖石—灰?guī)r而言，人工測(cè)量條件下其膨脹量的測(cè)量值波動(dòng)較大，自動(dòng)測(cè)量條件下其膨脹量幾乎為零，顯然人工測(cè)量的結(jié)果誤差遠(yuǎn)大于自動(dòng)測(cè)量；對(duì)于潛在膨脹性的巖石—糜棱巖而言，人工測(cè)量的結(jié)果基本沒(méi)有規(guī)律可言，膨脹量隨齡期的變化上下波動(dòng)明顯，自動(dòng)測(cè)量條件下，其膨脹量卻隨時(shí)間的增加而先增加后保持不變?？偟膩?lái)看，相同巖石人工測(cè)量條件下，試件的膨脹規(guī)律與理論相差巨大，而自動(dòng)測(cè)量條件下，試件的膨脹量卻呈現(xiàn)規(guī)則的變化，與理論結(jié)果接近。這說(shuō)明人工測(cè)量條件下，集料可能由于儀器及人為誤差而誤判成非膨脹性，同樣，非膨脹性的巖石柱同樣由于儀器及人為誤差而誤判成具有膨脹性。

3 結(jié)語(yǔ)

由上述分析可知：采用傳統(tǒng)的巖石柱法測(cè)量集料的堿活性精度低，數(shù)據(jù)差異大，測(cè)試結(jié)果離散性大、穩(wěn)定度小、可靠性差。本文提出的自動(dòng)測(cè)量裝置具有可操作性，測(cè)試的數(shù)據(jù)更為穩(wěn)定可靠，能夠大大提高堿碳酸反應(yīng)的測(cè)量精度，是一種可行的試驗(yàn)測(cè)量方法。

[1] 朱連濱,王海生,尹 巍,等.北京地區(qū)骨料的堿活性及其測(cè)試方法的研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2002(3):38-40.

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[4] 蘭祥輝,姚 曉,鄧 敏,等.碳酸鹽反應(yīng)活性的新快速鑒定方法[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002(3):1-5.

[5] 李小和,王 玲.國(guó)內(nèi)外集料堿活性試驗(yàn)方法的對(duì)比研究[A].2005全國(guó)博士生學(xué)術(shù)論壇(交通運(yùn)輸工程學(xué)科)[C].2005.

[6] 張承志,王愛勤,王海生.關(guān)于集料堿活性評(píng)定的一些問(wèn)題[J].混凝土與水泥制品，2004(1):6-10.

On application of automated test set of aggregate alkali activity of rock columns

Gao Feng

(EngineeringTestCenter,ChinaRailwayNo.4SurveyandDesignInstituteGroup,Wuhan430063,China)

According to the problems with lower automation and obvious errors for the aggregate alkali activity of rock columns, the paper researches the new automated test set, integrates the displacement sensor and automated controlling system, so it realizes the automated control of the trial maintenance, data collection, and data analysis and improve the measurement accuracy and efficiency effectively.

alkali activity, rock column, measurement method, automated test set

1009-6825(2017)09-0106-03

2017-01-14

高 峰(1972- )，男，工程師

TU502.1

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