在役桥梁混凝土碱-集料反应检测

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2012年第1期【总第267期)混凝土实用技术Number1in2012(Tota1No．267)ConcretePRACTICALTECHNOLOGYdoi：10．3969／j．issn．1002—3550．2012．01．038在役桥梁混凝土碱一集料反应检测喻乐华’，程海根’，相斌辉z(1．华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心，江西南昌330013；2．上海先科桥隧检测加固工程技术公司，上海214000)摘要：为寻找在役桥梁结构混凝土出现大量裂缝且周边有些伴随白色、黄褐色析出物现象的原因，对混凝土碱一集料反应的可能性做诊断检测。通过现场观察桥梁混凝土裂缝数量、分布密度和方向、宽度及与结构的空间关系等特征，了解渗流物特征和结构变形特征，钻取混凝土芯样进行岩相分析、电子探针分析和分离粗骨料鉴定碱活性。结果表明桥梁各桥墩以及不同结构部位混凝土裂隙发育差异性明显；岩相分析可见碱活性矿物含量很少；显微结构分析可知混凝土水泥基体发育裂纹或沿着骨料的边缘延伸或止于骨料边界，粗、细集料边缘界线清晰；电子探针分析骨料周边没有碱成分富聚的迹象；粗骨料用砂浆长度法测得膨胀率甚小显示其无潜在的碱活性反应危害。因而得出该工程混凝土没有出现碱一集料反应的结论。关键词：混凝土；碱一集料反应；骨料；裂缝中图分类号：TU528．叭文献标志码：A文章编号：1002—3550(2012)Ol一0l19—04InspectiononaIka¨一aggregatereactionofconcreteinservantbridgeYULe-hua，CHENGHai-gen，XIANGBin-hui(1．EngineeringResearchCenterofR~1wayEnvironmentalVibrationandNoise，MinistryofEducation，China，EastChinaJiao-tongUniversity，Nanchang330013，China；2．ShanghaiTunnelYashchenkoBridgeStrengtheningWorksDetectionTechnologyCo．，Ltd．．，Shanghai214000，China)Abstract：Inordertoexplorecausesofcrackemergesinconcreteofservantbridge，alkali—aggregatereactionwasthoughtoneofthepossiblecausesandthencarriedouttoinvestigate．Insitu，crackfeatureofnumber，scale，width，distributeandrelationwithstructurewereinspected．Sodidcharacteristicofeductsalongcracksandstructuraldeformation．Concretecoresweredrilledforpetrographystudy，electron-probemicroanalysisanddetermineofalkaliactivityincoarseaggregate．Theresultsrevealedthatdiferenceofcracksinvariouspierandstructuralpositionwasevi—dent．Therewerelessmineralwithalkaliactivityonpetrography．Rimsofaggregateswereclear，andcracksinmatrixesofconcretewereelongatedbesidesbordersofaggregatesorstoppedtil1bordersofaggregates．Therenoindicationonassembleofalkaliconstitutenearbordersofaggregatesbyelectron-probemicroanalysis．CoarseaggregatewasimpliedtobepotentialnuisancelessonalkaliactivityduetolowerexpansibilitymeasuredbymethodofJGJ52—2006．Finally，thatwasconcludedthattherewasnoalkali—aggregatereactionintheconcreteofbridge．Keywords：concrete；alkali—aggregatereaction；aggregate；crack其裂缝往往发生在平行于约束力的方向。限制、约束作用力弱或1工程概括不受约束(无筋或少筋)的混凝土，其裂缝往往呈网状(龟背状在役桥梁位于内蒙古鄂尔多斯市大(同)一准(格尔)铁路线或地图形)，典型的裂缝网接近六边形，裂缝从网节点三岔分开，上五孔混凝土简支梁桥，1993年建成后一直承担运输煤炭的主在较大的六边形之间还可再发展出小裂缝。限制、约束作用较均要任务，近期发现桥梁主要结构部位混凝土出现大量裂缝并有匀的混凝土部位，裂缝分布也较均匀。发展扩大趋势，其周边有些伴随白色、黄褐色析出物。混凝土的收缩也会出现网状裂缝，但出现时间较早，多在为确保桥梁铁路运煤的正常运行，需要先寻找混凝土出现施工后若干天内，而碱一集料反应裂缝则出现较晚，多在施工后裂缝等问题的成因，以其作为桥梁加固改造的依据。为此，在初数年至一二十年。收缩裂缝环境愈干燥愈扩大，而碱一集料反应步观察桥梁全部1-6号桥墩、帽石及垫石等部位混凝土现象后，裂缝则随湿度增大而增大。由碱一集料反应引起的裂缝往往发把检测混凝土碱一集料反应作为先期的工作展开。生在混凝土断面大、受雨水或渗水影响、受太阳照射而引起环境湿度、温度变化大的部位。2碱一集料反应的常规诊断与鉴定『卜2】2．1．2渗流物特征2．1外观诊断混凝土工程碱一集料反应的产物碱硅凝胶可顺裂缝渗流出2．1．1裂缝特征来，凝胶多半为半透明的乳白色或黄褐色，在流经裂缝、孔隙的由碱一集料反应所产生的混凝土裂缝与结构钢筋的数量、过程中吸收钙、铝、硫等化合物也可变为茶褐色以至黑色，流出分布所形成的限制约束有关。钢筋限制、约束作用强的混凝土，的凝胶多有较湿润的光泽，长时间干燥后变为无定形粉状物。收稿日期：2011-07—13·l19· 2．1．3结构变形特征碱活性的鉴定有4种方法：岩相法、化学法、砂浆长度法及岩石碱一集料反应膨胀可使混凝土结构发生整体变形、移位病象，柱法。如有的桥梁支点因膨胀增长而错位，有的大坝因膨胀导致坝体由于碱一集料发生反应的时间(在混凝土成型后8～10d)与产升高，有些横向结构在两端限制的条件下因膨胀而发生弯曲、扭生破坏的时间(在混凝土成型数年后)不同，因此在判定混凝土翘等现象。是否发生碱一集料反应时，不可能完全按实际情况进行模拟。目2．2检测诊断前采用的主要方法是快速试验法，其做法是采用高碱拌合物或2．2．1取芯检验法将试样浸入碱溶液以增加碱的浓度；将试样置于较高的温度环在混凝土工程现场钻取芯样，进行有关项目的检查。境如38、80℃或采用压蒸处理；将试样置于高压环境；将试样(1)岩相法：岩相法的基本理论是基于光性矿物学，具体操置于高湿度或水溶液中；将骨料破碎成粉末或砂粒状以提高其作是把骨料磨制成薄片，在偏光显微镜下鉴定矿物成分及其含比表面积等。量，以及矿物结晶程度和结构。岩相法能判定岩石的种类是属二3本工程碱一集料反应的诊断分析方法氧化硅类，还是碳酸盐类，以及是否含有活性矿物及其大约数量。岩石活性的大小不仅与活性矿物的品种、数量有关，还与活3．1工程现场观察分析桥梁混凝土宏观现象性矿物的形态、结构、尺寸等因素有关。若岩石中没有活性矿物，调查分析桥梁混凝土裂缝数量、分布密度和方向、宽度及与就可判定其为非活性岩石。若岩石中含有SiO：类活性矿物，则结构钢筋的空间关系等特征，了解渗流物特征和结构变形特征。得进一步用化学法或砂浆长度法进行检测，以判断岩石是否有3．2取混凝土芯样进一步分析潜在危害。在岩石活性组分为白云石时要用岩石柱法判断其是在裂缝较多的桥梁帽石部位钻取混凝土芯样，进行以下有否有害。该方法的试验要点是准确判断蛋白石(无定形)、玉髓关项目的检查。(隐晶纤维)、和鳞石英(结晶)和细粒状泥质白云灰岩的分颗粒3．2．1岩相分析子形态。该法只能定性而不能定量地评估含碱活性的骨料在混根据JGJ52-2006((普通混凝土用砂、石质量及检验方法凝土中引起破坏的程度。岩相鉴定结果对其后选择合适的检测标准》『3_中7．15(岩相法)，在帽石混凝土芯样选择具有粗、细集方法有重要指导作用，因而一直作为集料碱’活．1生鉴定的首选方法。料及其边缘代表性的部位切、磨成薄片，用偏光显微镜单偏光、一般碱一集料反应造成的破坏常会损伤骨料颗粒，裂缝多从正交偏光进行岩相分析，在了解粗、细集料矿物组成、结构构造骨料延伸至浆体。有时还能明显观察到骨料裂开，或边缘被撕裂，等基本情况的基础上，着重观察、分析粗、细集料是否有活性矿这一特征十分重要。因为冰冻、盐腐蚀、化学腐蚀、碳化、机械荷物、集料边缘部位的矿物组成和结构构造以追踪、评判混凝土载不会使骨料颗粒受到损伤(除非使用不抗冻的多孔骨料)。因碱一集料反应迹象。此这是区分碱一集料反应与其他破坏因素的重要特征。3．2．2电子探针微区结构和成分分析(2)依靠电子显微镜加上能谱分析和x光衍射分析可以测在光学显微镜岩相分析的基础上，用扫描电子显微镜对具得骨料周围白色胶状物(碱硅酸凝胶)的化学成分，如含有钾、钠有代表陛的粗、细集料及其边缘之矿物组成和形貌、结构进行更元素，则属碱一集料反应特征，这是发生碱一集料反应的直接证明。细致的观察分析，进一步寻找可能混凝土碱一集料反应的迹象；对(3)芯样的长期养护与观察，将芯样置于实验室室温下的于部分矿物组成变异现象等其他可能出现碱一集料反应的部位，采潮湿容器中长期养护和观察。实验室中芯样裂缝的显著扩大是用电子探针对其微区进行化学成分分析，比较成分差异以判别碱一集料反应破坏作用最有说服力的证据。可能发生的化学反应，从而确认混凝土碱—集料反应的可能性。2．2．2非破损检验法3．2．3取出粗骨料采用砂浆长度法鉴定其碱活性研究表明，碱一集料反应会使工程结构的混凝土回弹值降低；将混凝土的粗骨料用机械方法分离，根据JGJ52-2006((普用超声波仪测得的弹性模量也会降低，且降低率比抗压强度降通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》四中7．17(砂浆长度法)低率更显著。鉴定粗骨料碱活性。2．2_3留置试块的长龄期观察4结果及讨论对于大型及重要混凝土结构，在实验室内可根据关键结构部位混凝土生产的批量及配合比适当留置长龄期混凝土试件，4．1现场混凝土宏观现象如这些实验室试块发生开裂，则可以根据养护条件直接排除冰全桥1～6号桥墩中位于桥梁转弯处的2~4号桥墩裂隙发冻、干湿循环、钢筋锈蚀、化学腐蚀、去冰盐腐蚀等因素的影响，育程度无论是裂隙数量、密度及分布范围还是裂缝宽度等方面这有利于对混凝土是否发生碱一集料反应展开分析，同时这种排明显强于其他桥墩，显示各桥墩}昆凝土裂缝破坏的差异性。裂缝除了其他因素的开裂并继续发展的破坏也是碱一集料反应的最无明显的定向性。直接证明。在承台、桥墩、帽石、托盘、垫石、跨梁部位的混凝土裂缝也2．2．4从混凝土中取出骨料鉴定碱活I生表现出的差异性，以帽石混凝土裂缝最发育，托盘、垫石、跨梁一个受损害的工程是否由于碱一集料反应引起，关键问题之次之，承台、桥墩身几乎未见裂缝。这些裂缝的集中分布空间与一还需鉴定骨料是否具有碱活性以及水泥的碱含量。但若面对荷载较大位置比较接近。一个龄期超过2O～3O年的混凝土工程，往往查不到当时所用水2~4号桥墩顺裂缝渗流出来多为半透明的乳白色或黄褐色泥的准确数据和采石场集料的资料。可将混凝土的骨料用机械析出物，局部使混凝土表面剥离约数毫米厚，长时间干燥后变方法和化学方法(一般是盐酸溶液处理)分离并鉴定其碱活性，为无定形粉状物填充或附着在裂缝附近表面，有明显的沿桥梁可以获得重要依据。根据普通混凝土用砂石标准的规定[3]，骨料结构混凝土表面顺雨(渗)水下流扩散的痕迹。·120·