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生化學反應，導致混凝土結構產生膨脹、開裂甚至破壞的現象，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。

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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據，對混凝土堿-骨料反應發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。

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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。

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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。

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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。

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試驗分析

中鋼國檢檢測人員依據相關標準，通過對某碎石骨料進行巖相及礦相觀察，發現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）。

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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。

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隨后，對同一樣品通過能譜分析進一步觀察分析，以獲得更多的數據。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。

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經對比分析，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、氧氣等環境介質作用下會發生氧化反應，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。

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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。

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例如，在錦屏一級水電站建設中，由于項目所在區域內的天然骨料質次量少，拱壩混凝土不得不考慮利用當地含有堿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，并沒有發現具有危害性的堿-骨料反應。