维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 广东建材２００７年第３期 的和数学的方法来研究ＡＡＲ的破坏机理。 研究与探讨 出了碱集料反应的反应历程，如图２。 另一理论 ‘肿胀压力理论”是澳大利亚人 ＶＩＶＩＡＮ １９５０年提出的。他认为：活性集料与碱发生化 龊２碱集料反应的实质、危害及其测试方法 ２．１碱集料反应的实质及危害 学反应，吸水使胶体肿胀，当体积增大到一定程度后，混 碱集料反应是指混凝土原材料（包括水泥、骨料、外 凝土中的空隙容纳不了时，向孔壁施加的力造成混凝土 加剂、混合料及拌和水等）中的碱性物质与活性集料组 膨胀。该膨胀力可高达２０ＭＰａ，远高于混凝土的抗拉强 分发生化学反应，生成膨胀性物质或吸水膨胀物质而引 度２￣５ＭＰａ。其原理如图３所示。 起混凝土内部产生白膨胀应力而开裂的现象。其发生需 碱 要具备三伞要素：①碱活性骨料；②碱；③水。这三个因 素共同作用导致了ＡＡＲ的发生。由于碱集料反应一般是 在混凝土成型后的若干年后逐渐发生，其结果造成混凝 土耐久性下降，严重时还会使混凝土丧失使用价值，且 由于反应是发生在整个混凝土中，因此，这种反应造成 的破坏既难以预防，又难于阻止，更不易修补和挽救，故 也被称为混凝土的癌症。 对于碱集料反应的破坏机理目前有多种理论。最先 是由美国的ＨＡＮＳＥＮ于１９４４年提出的“渗透理论”。他 认为：混凝土中的集料是被水泥浆包围着的，两者接触 界面上有一层具有半透膜性质的薄膜，水和碱能通过它 到达集料表面，而硅酸根离子因为与碱发生缔合作用， 不能穿过半透膜，因此产生渗透压力而引起混凝土膨 胀，导致混凝土破坏。尹芪和文梓云等人的研究亦表明， 当采用溶胶一凝胶膨胀法测试蛋白石和水晶试样时，若 在测量样品的下方垫上醋酸纤维半透膜以满足渗透压 条件时，可见蛋白石和水晶样都表现出膨胀现象，具有 碱活性的蛋白石膨胀值高达８５．５％，而不具碱活性的水 晶样的膨胀值仅为５．１％。按此理论德国ＳＰＲＵＮＧ等人提 带碱活性二氧化硅的原始集料颗粒 在颗粒表面上水泥中碱和钙离子发生反应形成非膨 胀性碱铝硅酸盐水化产物，相当于半透膜 碱离子和水向焦颗粒内部扩散并与活性二氧化硅反 应形成碱硅酸凝胶 通过继续的反应及吸水膨胀内部压力增加 当超过集料颗粒的拉应力后形成裂缝：对多孔集料需 大量的凝胶；对致密集料只需少量的凝胶产物 图２有害碱集料反应的反应历程 一图３碱集料反应膨胀压力产生原理示意图 墨 １９５５年美国的ＰＯＷＥＲＳ又提出了“竞争反应理论”。 他根据卡尔逊所作的ＣａＯ・Ｓｉ０２＂Ｎａ ０・Ｈ ０四元体系的相 平衡研究结果，提出该平衡体系有两种情况：一种是以 生成ＣａＯ络合物为主；另一种是生成Ｘ・Ｎａ ０・Ｙ‘ＳｉＯ 络合 物为主。究竟以谁为主，取决于反应溶液中Ｎａ Ｏ／ＣａＯ的 比值，当Ｎａ Ｏ／ＣａＯ较大时，即碱金属离子浓度高时，利 于Ｎａ。０或Ｋ。０的扩散，就会生成第二种情况下的络合 物，又因其能无限吸水，以致能引起混凝土较大膨胀。这 一理论核心是以Ｎａ （或Ｋ ）和ｃａ 两者的扩散速度来决 定混凝土是否会破坏。故后人称之为“竞争反应理论”。 当然还有一些其他的理论，但都尚存争议。 ２．２集料碱活性的检验方法 由于碱集料反应具有很长的潜伏期，甚至可以达到 ３０￣５０年，因此，尽早确定某种岩石是否具有碱活性具 有非常重要的意义。为此，发展了多种检验集料碱活性 的方法，大体上按照判断依据不同分为三类：一是通过 岩相鉴定检验集料中是否含有活性组分的岩相法；二是 依集料在碱液中的反应程度作为判据的化学法；三是以 集料与碱作用后所产生的膨胀率大小作为判据的测长 法。 ＡＳＴＭ标准中集料ＡＳＲ碱活性的检测方法是比较传 统的方法，其中包括：ＡＳＴＭ Ｃ２９５（岩相法）、ＡＳＴＭ Ｃ２２７ （砂浆棒法）、ＡＳＴＭ Ｃ２８９（化学法）、ＡＳＴＭ Ｃ １ ２６０（快速砂 浆棒法）、ＡＳＴＭ Ｃ １２９３（混凝土棱柱体法）等。其中快速 砂浆棒法（ＡＳＴＭ Ｃ１２６０）是基于ＡＳＴＭ Ｃ２２７，又称南非法 （ＮＢＲＩ法）。由于Ｃ ２２７方法试验周期长，时间上不能满 足大多数情况下的工程需要，而且存在漏判错判事例， 尤其是不能鉴定出许爹慢膨胀集料的碱活性，各国研究 一１３一 维普资讯 http://www.cqvip.com 研究与探讨 广东建材２００７年第３期 者围绕快速、可靠、方便、可重复性好等目标对Ｃ ２２７方 土的其它性能也有一定的改善作用，同时有利于节约资 法进行研究改进，以高温高碱条件下的从Ｒ为基础发展 源、保护环境。硅灰、粉煤灰、矿渣是三种最常用的混合 了许多快速方法。其中以ＮＢＲＩ法最为有影响，并于 材。此外，对抑制ＡＡＲ有益的外掺料尚有：偏高岭土、硅 １９９４年同时被订为美国和加拿大标准，标准号分别为 藻土、沸石粉等。混合材对ＡＡＲ的抑制作用表现为对混 ＡＳＴＭ Ｃ１２６０和ＣＳ从２３ ２－２５Ａ。Ｃ１２６０采用的水泥、集料 凝土中碱和Ｃａ（ＯＨ） 的作用，目前一般可概括为对碱的 级配、灰砂比、试体尺寸和Ｃ ２２７试样制备程序完全相 物理稀释、吸附，与Ｃａ（ＯＨ） 的火山灰反应减少甚至消 同，只是采用了完全不同的养护制度。用试体在８Ｏ℃的 除体系中的Ｃａ（ＯＨ） ，以及火山灰反应生成的低Ｃａ／Ｓｉ ｌｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液中ｌ２天的膨胀值作为评定集料潜在 比产物对碱的吸附、滞留和对体系的致密化作用等。对 活性的依据。文献结果较一致的判断为：膨胀率＜Ｏ．１％ 为非活性，膨胀率＞Ｏ．２％为活性，膨胀率在０．１％～Ｏ．２％ 为潜在活性。经研究结果与工程记录的对比，表明此方 法对硅质集料尤其是慢膨胀的硅质集料与工程使用记 录具有很好的一致性，被认为是比较可靠的。当然，此方 法也存在一定的问题，如该方法过于严格，某些被工程 证明是无害的集料可能被判为有害，判据还不够统一， 需进一步研究等。 为了加速集料的活性组分与碱反应，进一步缩短评 定时间，使ＡＡＲ在高温高压条件下进行，以检测集料的 碱活性，这样的方法称之为压蒸法。根据所用试体的不 同，可将压蒸法分为压蒸砂浆试体法和压蒸混凝土试体 法。尽管各种压蒸法采用的配比、尺寸和养护条件各不 相同，但差不多都源于唐明述等提出的“中国法”、日本 ＴＡＭＵＲＡ以及ＮＩＳＨＩＢＡＹＡＳＨＩ等提出的压蒸法。采用砂浆 试体的压蒸法主要有中国法和ＮＩＳＨＩＢＡＹＡＳＨＩ等提出的 压蒸法。采用混凝土试体的压蒸法主要有日本ＴＡＭＵＲＡ 提出的压蒸法和法国混凝土压蒸法。 尽管各国已经对评定方法进行了大量研究，但ＡＡＲ 的复杂性和各国的集料类型、分布的差异很大。目前国 际上尚无一个一致认可的普遍适用方法。在鉴定集料的 碱活性时，一般不能仅靠一种方法，而应多种方法配合 使用。 ３抑制碱集料反应的方法 ＡＡＲ是引起混凝土耐久性下降的主要原因之一，半 个世纪以来已在世界范围内造成了巨大的损失。同时， 由ＡＡＲ造成的开裂破坏往往难以阻止，并使修补失效， 因而ＡＡＲ的预防成为各国研究的重点。目前抑制或阻止 碱集料反应的方法主要有使用矿物掺和料、使用非活性 集料、控制混凝土碱含量、控制混凝土湿度、使用化学外 加剂、采用保护层及外掺纤维（如钢纤维）等。 使用矿物掺和料作为常用的抑制ＡＡＲ的方法之一， 是因为它的引入不仅能够延缓或抑制ＡＡＲ，而且对混凝 一１４一 于掺矿物掺和料的混凝土，如当掺２０％褐煤电收尘灰 后，由图４可见其膨胀率在同龄期得到了急剧降低［２］。 同时由图５可见，当使用了掺和料后，其混凝土孔 液中的０Ｈ一降至５００ｍｍｏｌ／Ｌ以下，且其有效碱含量也低 于了０．６％碱当量 ［２］。 麓Ｉ七ＩＩ｜Ｉ嚼ｈ№棚嘲蛳 ｄ伪瞄．坐 ｈ －ｂ） 图４铝硅酸盐类褐煤电收尘灰 对砂浆试件轴向膨胀率的影响翻 水化时闻Ｈ，曲妇抽 ｄ《尉数坐标ｗｑｌｊ 贲出） 图５掺褐煤收尘灰或硅灰后波特兰水泥 浆液中ｏＨ一离子浓度的变化行为翻 ３．０ ・ ｌ，．日 ：…一—…Ｊ 曲．～‘ ；． 衄麟 ，．Ｉｔ：混＝：牦ｒ／ …．噱…。养 护…… ●… ……＝＝．’ —竺 —一’ ’’ ０．０ 、．．厂一’ ０，０ ，ｌ。 ２．０ ３．０ ４，０ ５．Ｏ 测试鼬期删ｌ∞年 （ａ）素混凝土（参比样，水泥＝５００ ｋｇ／ｍ。） （ｂ）掺硅灰的混凝土（水泥＝５００ ｋｇ／ｍ。，硅灰＝５０ ｋｇ／ｍ。） 图６在４０￣（３喷雾养护室及室外 自然条件下混凝土梁膨胀率与时间的关系 维普资讯 http://www.cqvip.com 广东建材２００７年第３期 该两图确实可以说明掺矿物混合料可以减缓碱集 研究与探讨 ４．３挤压法及研究进展［２］ 挤压法是使用一种挤压设备，将孔隙溶液挤出来， 料反应的进程，但对于掺矿物混合料的混凝土的长期 ＡＡＲ行为还是让很多学者怀疑。图６表示出了这样一个 分析溶液中Ｎａ 、 和０Ｈ一的浓度。挤压设备由加压系统 事实：当用１０％硅灰取代水泥后的混凝土梁在室外自然 和收集系统两部分组成（见图７）。 养护２年以后，其膨胀率也增至了０．６ｍｍ／ｍ。因此通过 一掺加掺和料能否真的永远抑制ＡＡＲ还有待探讨。 ４碱集料反应中有效碱测试方法 碱在混凝土中以固相和液相两种形式存在。一般认 为，固相碱不参与碱集料反应，有效碱是指存在于孔溶 液中能参与碱集料反应的碱［１２４］。若以有效碱来评价混 凝土中碱对碱集料反应的影响，不仅可以准确判断碱集 料反应能否发生，而且对于抑制碱集料反应措施的研究 及合理利用资源也具有一定的现实意义。在此主要介绍 混凝土有效碱的４种测定方法，即改进ＡＳＴＭ Ｃ３１ｌ方 法、原位置溶出法、挤压法和清液吸取法。 ４．１改进ＡＳＴＭ Ｃ３１１方法 改进ＡＳＴＭ Ｃ３１ｌ方法来源于标准ＡＳＴＭ Ｃ３１ｌ方法， 标准ＡＳＴＭ Ｃ３１ｌ方法是现存的唯一测定水泥掺和料有 效碱的方法。试验中用水泥代替氢氧化钙以更好地模仿 混凝土孔溶液，其过程是取５ｇ水泥和水泥掺和料的混 合物，溶入１０ｍｌ水中［水／（水泥＋水泥掺和料）＝２．０］， 在温度为３８℃条件下，养护７、２８、８４、１６８和３６４ｄ后， 分别粉磨成细粉，放入２００ｍｌ水中，充分溶解，ｌｈ后过 滤，滤液用酸中和测定０Ｈ一含量，并用原子吸收分析滤 液中Ｉ（＋和Ｎａ 含量。大多数研究者认为改进ＡＳＴＭ Ｃ３１ｌ 试验结果高于实际混凝土孔溶液有效碱。但是ＳＡＧＵ丘Ｓ 等人认为由于水的冲淡作用，其有效碱比原孔溶液中有 效碱低约ｌ０倍。 ４．２原位置溶出法 原位置溶出法的实验过程，是在混凝土表面钻一个 小洞（大约直径为５ｍｍ，深为２５ｍｍ），放入不足ｌｍｌ的中 性水（一般为０．４ｍ１），用微ｐＨ值传感器监测小洞内溶 液的ｐＨ值，直到达到一种极限ｐＨ值，然后测出此ｐＨ 值。由于放入孔洞的水量少，冲淡作用减少了，同时也没 有试样磨细的负作用。因此，ｄ，Ｎ中溶液的ｐＨ值应该比 取出来溶出法更接近准确值。ｌ２种不同配合比（掺和不 掺水泥掺和料）的混凝土试验结果说明，洞内溶液极限 ｐＨ值非常接近同一混凝土用挤压法测得的ｐＨ。圆柱形 ＳＬＮ越小，放入水越少，达到极限ｐＨ值时间越短，其极 限ｐＨ值越接近原孔隙溶液中的ｐＨ值。 加压压块 一加压柱 —基体圆柱筒 村体 试样 一基体压块 图７用于水泥石孔液挤压的压制模具圆 其实验过程是首先把试样放入加压系统内，安装好 活塞，逐渐加压到３００ＭＰａ左右，３ｈ以内孔溶液经离心 过滤出来，一般用聚苯乙烯小瓶收集孔溶液，大约收集 １０ｍｌ孔溶液，立刻密封起来。Ｎａ 和Ｉ（＋的浓度通过火焰 吸收光谱学分析，而浓度的测定有２种不同方法，一是 利用ｐＨ测定计测定孔溶液ｐＨ值；二是用硫酸溶液滴定 测定孔隙溶液中０Ｈ一的浓度，对于挤出少量孔隙溶液来 说，后者更适合。但挤压法亦具有一定的局限性：其一试 样要求特殊制作；其二是挤出的孔溶液过少，不便于分 析；其三是低水灰比和试件特别干时，则不能挤出孔溶 液。同时ＣＨＡＴＴＥＲＪＩ对挤压法提出了疑问，他认为提取 的孔溶液不能反映真实情况，具有不确定性。 ４．４清液吸取法 将水泥与水配制成高含水量的净浆用于研究有效 碱含量变化。一般试验水灰比为０．５或ｌ。将净浆直接 装入聚合物的塑料瓶中，用腊密封并于２０℃静止存放。 在一定的时间间隔点吸取其上部的清液，故称为清液吸 取法。在此孔液中的０Ｈ一浓度便用于表征有效碱含量。 该法简便，具有对比性。 可见各有效碱测定方法均还存在争议。各方法也各 有优缺点，在实际测试中还需根据具体情况具体应用。 ５目前碱集料反应研究方面尚存问题 分析 通过碱集料反应国内外目前的研究现状分析可知， 目前碱集料反应研究方面还存在以下几个方面的主要 一１５— 维普资讯 http://www.cqvip.com 研究与探讨 广东建材２００７年第３期 路基软基处理方案分析及探讨 冼亚军 （广州建筑工程监理有限公司） 摘 要：本文根据本地区存在深厚软弱淤泥层的特点，提出了路堤软基处理中可能使用的方案，并 对每种处理方案在设计方面存在的不足加以说明，进而根据软土厚度和使用路段的不同提出建议方 案，同时 信息化施工’’提出了建议。 关键词：软基处理；堆载预压；真空预压；水泥搅拌桩；碎石桩；低标号素混凝土桩 １前言 板剪切强度在１０￣２５ｋＰａ左右；渗透系数很小，一般为 目前南沙地区作为广州市的重点开发区，各项建设 １０ ～１０１ｃｍ／ｓ；同时由于淤泥的纯度比较高，因此固结 正在紧张的筹备中，而市政道路作为南沙地区的基础设 系数也非常低，一般在０．５×１０门ａｍｚ／ｓ。泥的厚度约５～ 施则在紧锣密鼓地进行中。但是由于南沙地区位于珠江 ３２ｍ，基本上位于主压缩层内，从上面的统计数据可知， 河口与伶仃洋的交汇处，因此地层中存在有深厚的海陆 本区的地基属于典型的软弱地基。 交互的淤泥，并受到近海潮位的影响，导致该地区的工 ３软基处理方法及注意事项 程地质和水文地质条件都比较差。由此给基础设施建设 根据近年来珠江三角洲修建高速公路进行软基处 带来比较大的困难，特别是软弱地基的处理是摆在每一 理的经验，在本地区可以选用的软基处理方法主要有堆 个南沙建设者面前的难题。 载预压法、真空预压法、水泥搅拌桩复合地基、碎石桩复 ２本地区软土特点 合地基以及低标号素混凝土复合地基等。下面就各方法 本地区的饱和软土属高含水量、低强度、高压缩性 的适用条件和以往设计中存在的主要问题进行简单的 的超软弱粘土，含水量一般都在５０％￣８０％以上，孔隙比 介绍。 则在１．５～２．０之间，这就意味着孔隙体积占到整个土 ３．１堆载预压方案 体体积的１／２～２／３；塑性指数高，粘性大，强度低，十字 该法即为通常所讲的排水固结法，就是在拟处理的 ．一薹 ～一一～～一一问题尚待探讨： （１）碱集料反应破坏机理问题。目前从支持率来看， 渗透理论更具说服力。 （２）集料碱活性测试方法也还有待完善，具体的试验 检测和工程实际是否相符还待验证。 （３）碱集料反应抑制材料的长期有效性问题，同时其 适宜掺量和抑制机理也还在探讨之中。众多的研究结论 对其抑制机理解释均未作出统一令人信服的解释，“百 家争鸣”可以说是碱集料反应抑制机理争议的经典概 括，因此亦有待研究完善。 （４）此外，关于有效碱的确定原理及检测方法的普适 性也还有待探讨。● 【参考文献】 （１）Ｓｔａｒｋ Ｊ， Ｗｉｃｈｔ Ｂ． Ｄａｕｅｒｈａｆｔｉｇｋｅｉｔ ｙｏｎ Ｂｅｔｏｎ：ｄｅｒ Ｂａｕｓｔｏｆｆ ａｌｓ Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆ．Ｂｅｒｌ ｉｎ：Ｂｉｒｋｈ？ｕｓｅｒ Ｖｅｒ１．，２００１ （２）Ｄｅｎｇ Ｍ，Ｌａｎ Ｘ，Ｘｕ Ｚ ｅｔ ａ１．Ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃ ——１５——
