玄武岩骨料碱活性试验研究

第２４卷第２期　长　江科学　院　院报　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．２　２　０　０　７年４月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ａｐｒ．２　０　０　７　文章编号：１００１—５４８５（２００７）０２—００４３－０３　玄武岩骨料碱活性试验研究　李珍　－一，金宇　。马保国　（１．长江科学院材料与结构研究所，武汉４３００１０；２．武汉理工大学硅酸盐教育部重点实验室，武汉４３００７０）　摘要：碱一骨料反应对混凝土造成的破坏是极其严重并难以修复的，需要认真对待。针对某工程几种不同组成结构　类型的玄武岩骨料，运用岩相法、砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法进行了碱活性研究，并对砂浆棒快速法试样进行　了扫描电镜（ｓＥＭ）及ＥＤＸＡ（ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ—ｒａｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ）￣试分析。结果表明，由含有玉髓、微晶石英等矿物的　玄武岩骨料具有潜在碱活性，且属典型的碱一硅反应。　关键词：玄武岩；碱一硅酸反应；ＳＥＭ；玉髓　中图分类号：ＴＵ５２８．４　文献标识码：Ａ　碱一硅反应（ａｌｋａｌｉ—ｓｉｌｉｃａ　ｒｅａｃｔｉｏｎ，ＡＳＲ）是碱一骨　碱一ＳｉＯ２（ＴＡＳ）图解的化学分类和命名［　，Ａ＿１，Ａ＿２，　料反应（ａｌｋａｌｉ—ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ，即ＡＡＲ）中最常见　Ａ一３，Ａ－４均为玄武岩。　也是研究最为广泛的一种反应类型。碱一硅反应是　表１玄武岩的化学成分　指硅质活性骨料与混凝土中的碱反应［１．２］。玄武岩　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｓａｌｔｓ　％　为基性岩，含钙斜长石和辉石等主要矿物，硅含量　４５％～５５％，一般不具有碱活性。Ｍ．Ｋｏｒｋａｎｃ等［３ｌ　研究了土耳其尼德地区１１种玄武岩，表明基质中含　中酸性或火山玻璃质的玄武岩具有潜在碱活性，　Ｋａｔａｙａｍａ等ｌ４　Ｊ研究认为硅质含量超过５０％的玄武　１．２试验方法　、　岩可能具有潜在碱活性，可视为与安山岩碱活性相　岩相法采用化学分析及岩石薄片的显微镜观测，　当。碱一骨料反应被称为“混凝土癌症”，其反应造成　其中化学成分分析选用ＧＢ／Ｉ＂１４５０６—１９９３的方法进　的破坏极其严重并难以修复，由此带来的损失也很　行。岩石薄片显微镜观测依照ＡＳＴＭ　Ｃ２９５—０３进　大。如加拿大建于１９７４—１９７７年的３０万根枕轨　行。测长法采用砂浆棒快速法（Ａ　１２６０—０１）和　因碱一骨料反应破坏，重新更换的费用高达３　４００万　混凝土棱柱体法（　ｍ　２９３—０１）。试件在２０℃±　加元（约合１．５３亿人民币）＿５　Ｊ。本文通过对某工程　２℃的恒温室中成型，砂浆棒快速法（ＡＳＴＭ　Ｃ１２６０—　几种玄武岩骨料的碱活性试验研究发现，玄武岩在　０１）试件浸泡在８０℃的Ｎａ０Ｈ溶液里，混凝土棱柱体　风化过程中充填于玄武岩气孔中的次生玉髓质或蛋　法试件养护在３８℃且ＲＨ大于９５％环境中，到相应　白石组成的杏仁状结核具有碱活性，需要认真对待，　龄期测试各试件膨胀值。其中砂浆棒快速法试件在　以防止因碱一骨料反应而造成的重大损失。　规定龄期测长完毕后，立即中止水化，对试样进行了　ＳＥＭ和ＥＤＸＡ（ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ）分析。　１试验材料和方法　１．１试验原料　２结果与讨论　水泥：拉法基水泥有限公司生产的硅酸盐水泥，　２．１岩相法分析　水泥含碱量为Ｋ２０　０．６１％，Ｎａ２０　０．１０％（Ｎａ２Ｏ　Ａ＿１的岩石主要由玉髓、铁质、玻璃质等矿物组　０．５０％）。　成，具有杏仁结构、斑状结构，基质为斑晶交织结构。　骨料：骨料化学分析结果见表１，根据火山岩全　杏仁状断面多呈圆形、椭圆形、葫芦形或不规则形，构　收稿日期：２００６－０５—２４　基金项目：国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金资助项目（５０５７９０８２）　作者简介：李￣Ａ）（１９７２一），女，湖南湘乡人，工程师，主要从事混凝土碱骨料反应和水工新材料开发方面的研究，（电话）Ｏ２７—８２８２９８８１（电　子信箱）ｌｉｚｈｅｎ＠ｍａｉｌ．ｃｒｓｒｉ．ｃｎ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

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第２期　李　珍等　玄武岩骨料碱活性试验研究　４５　１～３　ｂｔｍ，该反应呈典型的碱一硅反应。骨料内部有　胶的形成提供了物质基础，Ｓｉ在反应层中的含量介　于过渡区中水泥石与骨料之间，说明反应层中Ｓｉ来　自于骨料，这进一步证实这些玄武岩骨料确实发生　ＡＳＲ凝胶生成，充填在骨料表层腐蚀坑中。对试件　微区做ＥＤＸＡ，结果见表２。其中Ｃａ，Ｋ，Ｎａ元素在　反应过渡区（骨料、反应层、水泥石）的富集为碱硅凝　了碱一骨料反应。　表２试件能谱分析结果　Ｔａｂｌｅ　２　ＥＤＸＡ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ　Ｈ　班　Ｄ　Ｗ．Ａｌｋａｌｉ—Ｓｉｉｌｉｃａ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅｌ　Ｍ］．　］　］　］　］　Ｌｏｎｄｏｎ：Ｔｈｏｍａｓ　１、ｅｌｆｌ０ｒｄ。ｌ　９８８．　３　结　论　Ｋ０ＲＫ　ＡＮＣ　Ｍ．ＴＵＲＵＬ　Ａ．　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｌｅｃｔｅｄ　（１）岩相分析的结果显示，文中研究的几种玄　Ｂａｓａｌｔｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　Ａｌｋａｌｉ—Ｓｉｌｉｃａ　Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．Ｃｅ．　武岩骨料主要矿物为钙斜长石和辉石，但充填于杏　ｍｅｎｔ　ｎａｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００５，３５（３）：５０５—５１２．　仁状气孔中的物质含有玉髓等活性硅质矿物。　ＫＡＷＡＭ［【　ＲＡ　Ｔ，Ｓｔ　ＪＯＨＮ　Ｄ　Ａ，ＦＵＴＡＧＡＷＡ　Ｔ．Ｔｈｅ　Ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｃｏｍｐａｒｉｏｓｎ　ｏｆ　Ｒｏｅｋｓ　ｆｒｏｍ　Ｊａｐａｎ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　（２）砂浆棒快速法２８　ｄ的膨胀率和混凝土棱柱　Ｚｅａｌａｎｄ—Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ　Ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ　Ｇｌａｓｓ　体法１　ａ（３６４　ｄ）龄期的膨胀率表明，这些玄武岩骨　ａｎｄ　Ｓｉｌｉａｃ　Ｍｉｎｅｒａｌｓ［Ｃ］　∥　Ｉｎ：０ＫＡＤＡ　Ｋ，　料均具有潜在碱活性，结合ＳＥＭ及ＥＤＸＡ分析结　ＮＩＳＨＩＢＡＹＡＳＨＩ　Ｓ，ＫＡＷＡＭ　Ａ　Ｍ．（Ｆ＿Ａｓ），８　Ｉｎｔｅｒ．　果，可认为玄武岩骨料属典型的碱一硅反应，骨料表　ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ａｌｋａｌｉ—Ａｇｇｒｅｇａｔｅ　Ｒｅａｃｔｉｏｎ，Ｌｏｎ，　层腐蚀坑中充填有ＡＳＲ凝胶。　ｄｏｎ：Ｅｌｓｓｅｖｉｅｒ，１９８９，５３７～５４１、　唐明述、从国内外碱一集料反应的现状建议我国应采　参考文献：　取的对策和研究方向［Ｊ］．硅酸盐通报，１９９２，（１）：２９—　［１］刘崇熙，文梓芸．混凝土碱一骨料反应［Ｍ］．广州：华南　３４．　理工大学出版社，１９９５．　（编辑：聂文）　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ａｌｋａｌｉ—Ｓｉｌｉｃａ　Ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　Ｂａｓａｌｔｉｃ　Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ　ＬＩ　Ｚｈｅｎ　一，ＪＩＮ　Ｙｕ２，ＭＡ　Ｂａｏ－ｇｕｏ２　（１．Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００１０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００１０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｌｋａｌｉ　ｒｅ．ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｅｘｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔｉｃ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｙ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｍｏｒｔａｒ—ｂａｒ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｒｉｓｍ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｆｏｒ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｍｏｒｔａｒ－ｂａｒ　ｔｅｓｔ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＳＥＭ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ（ＥＤＸＡ）．　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂａｓａｌｔｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｃｈａｌｃｅｄｏｎｙ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｑｕａｒｔｚ　ｐｏｓｓｅｓｓ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｌ－　ｋａｌｉ　ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｂｅｌｏｎｇ　ｔｏ　ｔｙｐｉｃａｌ　ａｌｋａｌｉ—ｓｉｌｉｃａ　ｒｅａｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂａｓａｌｔ；ａｌｋａｌｉ—ｓｉｌｉｃａ　ｒｅａｃｔｉｏｎ；ＳＥＭ；ｃｈａｌｃｅｄｏｎｙ