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碱-碳酸盐反应检测

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发布时间：2025-05-31 04:22:57 更新时间：2025-05-30 04:22:57

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

碱-碳酸盐反应检测概述

碱-碳酸盐反应是发生在混凝土中碱性溶液与某些特定碳酸盐岩石骨料之间的一种有害化学反应。该反应会导致混凝土结构产生内部膨胀应力，进而引发开裂、剥落甚至结构失效，严重影响工程的安全性和耐久性。为了有效预防和控制碱-碳酸盐反应带来的危害，准确检测骨料的碱-碳酸盐反应活性至关重要。检测的核心目的在于评估骨料在碱性环境下的潜在膨胀风险，为工程设计和材料选择提供科学依据，确保混凝土结构的长期性能稳定。此类检测在大型水利工程、交通基建、核电设施等对耐久性要求极高的项目中尤为重要。

主要检测项目

碱-碳酸盐反应检测的核心项目通常包括：

岩相分析： 通过显微镜观察，确定骨料中碳酸盐矿物（如白云石）的种类、含量、分布特征及其晶体结构特征（如微晶结构、菱形自形程度等），识别具有碱活性的岩相组分。
膨胀率测定： 这是最关键的项目。将骨料按特定比例制成试件，置于强碱性溶液中，在规定的温度、湿度条件下养护一定周期（如14天、28天甚至更长时间），定期测量试件的长度变化（膨胀率），用以定量评估其膨胀潜力。
反应产物分析： 对反应后的试件进行微观分析（如扫描电镜SEM、能谱分析EDS、X射线衍射XRD等），检测反应生成物（如碳酸钙、水镁石、硅胶等）的存在、形态及分布，确认反应发生的程度和机制。

常用检测仪器

完成碱-碳酸盐反应检测需要依赖一系列精密仪器：

岩相显微镜（偏光显微镜）： 用于骨料的岩相鉴定与分析。
测长仪（长度比较仪）： 核心设备，需具备高精度（通常要求分辨率达0.001 mm或更高），用于定期精确测量试件长度的变化值。
恒温恒湿养护箱/室： 提供并严格控制检测所需的温度（通常为38±2℃）和相对湿度（通常≥95%）环境。
高温烘箱： 用于干燥试件及称量前的恒重处理。
精密天平： 用于精确称量原材料、试件质量等。
试模与捣具： 用于制备标准尺寸的砂浆或混凝土试件。
扫描电子显微镜（SEM）与能谱仪（EDS）： 用于观察试件微观形貌及进行微区成分分析。
X射线衍射仪（XRD）： 用于鉴定试件中的矿物相和反应产物。

主要检测方法

国际上广泛采用的碱-碳酸盐反应检测方法主要有两种，均以测量膨胀率为核心评判指标：

混凝土棱柱体法
该方法通常依据中国国家标准GB/T 50733、美国ASTM C1105(已废止，部分原理仍被参考)或加拿大CSA A23.2-14A等标准操作。将具有潜在活性的碳酸盐骨料与高碱水泥按特定配合比制成混凝土棱柱体试件（如75mm x 75mm x 285mm或100mm x 100mm x 400mm）。试件成型后先在标准条件下养护（如23±2℃，RH≥95%）24小时脱模，测量初始长度，然后移入恒温恒湿箱（38±2℃，RH≥95%）中养护。在规定的龄期（如14天、28天、3个月、6个月、1年）测量其长度变化。通常以3个月或6个月的膨胀率是否超过0.04%或0.10%作为判定碱活性的关键阈值。
岩石圆柱体法
该方法主要依据美国ASTM C586标准（快速法）。选取具有代表性的碳酸盐岩芯，钻取并加工成规定尺寸的圆柱体（典型尺寸为直径9mm，长度35mm）。将加工好的岩石圆柱体试件垂直放置在特定容器中，被一定浓度的氢氧化钠溶液（如1N NaOH）浸没，容器置于恒温水浴（如80±2℃）中。定期测量试件的长度变化。通常以21天或更短时间（如7天）的膨胀率（例如>0.10%）作为判定具有潜在危害性碱活性的依据。此法周期较短，但常作为初筛方法，其膨胀机理与实际混凝土环境有所不同。

主要检测标准

碱-碳酸盐反应检测需严格遵循相应的国家标准、行业标准或国际标准，以确保结果的可靠性和可比性：

中国国家标准：
- GB/T 50733-2011 《预防混凝土碱骨料反应技术规范》：附录C详细规定了用于评估碱-碳酸盐反应活性的混凝土棱柱体法。
- DL/T 5151-2014 《水工混凝土砂石骨料试验规程》：包含相关的骨料碱活性检验方法。
- JGJ 52-2006 《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》：包含快速碱-硅酸反应试验方法，但主要针对ASR，对于ACR更多参考其他标准。
国际标准：
- ASTM C586 - 19 《Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Carbonate Rocks as Concrete Aggregates (Rock-Cylinder Method)》：岩石圆柱体法（快速法）的标准方法。
- ASTM C1105 - 19 《Standard Test Method for Length Change of Concrete Due to Alkali-Carbonate Rock Reaction》：明确了基于混凝土棱柱体的测试方法（该标准已废止，其方法和原理常在研究中应用或参考具体项目规范）。实际工程中常参考CSA A23.2-14A等类似方法。
- CAN/CSA A23.2-14A 《Test method for detection of alkali-carbonate reactive aggregate by concrete prism expansion》：加拿大标准协会的混凝土棱柱体法标准，被广泛引用。
- RILEM Recommendations (如 TC 219-ACS)：国际材料与结构研究实验联合会发布的关于碱骨料反应（包括碱-碳酸盐反应）的测试和预防建议。