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碱集料反应（膨胀率）检测

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发布时间：2025-06-01 08:54:37 更新时间：2025-06-09 23:52:51

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

碱集料反应（膨胀率）检测

碱集料反应（Alkali-Aggregate Reaon, AAR）是混凝土工程中一种潜在的破坏性化学反应，主要指混凝土中的碱（主要来自水泥、外加剂或环境）与某些特定矿物成分的集料（骨料）发生反应，生成吸水性凝胶。这些凝胶吸水后体积膨胀，产生巨大的内应力，导致混凝土开裂、剥落甚至整体结构破坏。因其危害巨大且具有长期潜伏性，AAR常被称为混凝土的“癌症”。碱集料反应膨胀率检测是评估集料潜在碱活性、预测混凝土长期耐久性的核心手段。通过模拟混凝土内部的碱性环境，监测集料试件（或砂浆棒/混凝土棱柱体）在特定条件下的长度变化（膨胀率），可以定量评价集料引发有害碱硅酸反应（ASR）或碱碳酸盐反应（ACR）的风险，为工程选材和预防措施提供科学依据。

检测项目

碱集料反应（膨胀率）检测的核心项目是测量试件在特定碱溶液、温度和时间养护条件下的长度变化率，即膨胀率。关键检测点通常包括：

初始长度： 试件成型后脱模时的基准长度（L₀）。
定期长度： 在设定的龄期（如1天、3天、7天、14天、28天、56天、3个月、6个月、1年等）测量试件的长度（Lₜ）。
膨胀率计算： 按公式计算各龄期的膨胀率：εₜ = [(Lₜ - L₀) / L₀] × 100%。其中εₜ代表t天龄期的膨胀率（%），Lₜ代表t天龄期测得的长度（mm），L₀代表初始基准长度（mm）。
临界膨胀值判定： 将特定龄期（如14天、28天或更长期）的膨胀率与相关标准规定的限值进行比较，判断集料的碱活性等级（如非活性、潜在活性、活性）。

检测仪器

进行碱集料反应膨胀率检测需要以下关键仪器设备：

测长仪： 核心设备，用于精确测量试件长度。要求精度至少达到0.001mm（1微米）。常用类型为：
- 比长仪（Comparator）：配备千分表或电子位移传感器，将试件置于恒温室或恒温水浴中测量。
- 立式或卧式数字测长仪：直接读取长度变化。
恒温养护设备：
- 恒温水浴锅或恒温养护箱：用于将装有试件和碱溶液的容器保持在规定的恒定高温下（通常为80±2℃或40±2℃，视标准而定）。
- 温度控制器和记录仪：确保温度波动在允许范围内。
试模： 用于成型试件。对于砂浆棒法（如ASTM C1260），常用25mm×25mm×285mm的长条形金属试模。对于混凝土棱柱体法（如ASTM C1293, GB/T 14685），常用75mm×75mm×275mm或100mm×100mm×400mm的试模。
搅拌设备： 强制式搅拌机，用于均匀拌制砂浆或混凝土。
捣实工具： 振动台或捣棒，用于密实试件。
测量标距装置： 在试件两端预埋或安装测头（如铜钉或不锈钢球），作为测长仪的接触点，两测头中心距离即为测量标距（L₀）。
浸渍容器： 耐碱、密封良好的塑料或玻璃容器，用于盛放碱溶液和浸泡试件。

检测方法

碱集料反应膨胀率检测的主流方法主要有两种，适用于不同类型的集料和评估需求：

砂浆棒快速法（如 ASTM C1260, GB/T 17671 附录B）：
- 适用范围： 主要用于评估砂、砾石等硅质集料的碱硅酸反应（ASR）活性。
- 方法概要：
  1. 用待测集料（通常粒径<4.75mm或<2.36mm）和高碱水泥（或低碱水泥+NaOH调节）按规定配比拌制砂浆。
  2. 将砂浆成型为25×25×285mm的长方体试件，预埋测头。
  3. 试件脱模后，测量初始长度（L₀）。
  4. 将试件垂直置于盛有1mol/L NaOH溶液的密封容器中。
  5. 将容器放入恒温（80±2℃）养护箱/水浴中。
  6. 在特定龄期（如14天）取出试件，冷却至测长温度（如23±2℃），擦干后测量长度（Lₜ），计算膨胀率。
- 特点： 速度快（14天或28天出结果），灵敏度较高，是评估硅质集料ASR活性的常用快速方法。
混凝土棱柱体法（如 ASTM C1293, GB/T 14685, RILEM AAR-3/4）：
- 适用范围： 适用于评估各种类型集料（包括可能发生ACR的碳酸盐岩集料）的碱活性，尤其能考虑集料粒径、级配、混凝土配合比等实际因素，结果更接近工程实际。
- 方法概要：
  1. 用待测粗细集料、高碱水泥（或低碱水泥+KOH+NaOH调节）和规定水灰比拌制混凝土。
  2. 将混凝土成型为棱柱体试件（如75×75×275mm或100×100×400mm），预埋测头。
  3. 试件在标准条件下（如20±2℃，>90%RH）养护24小时后脱模，测量初始长度（L₀）。
  4. 将试件置于密封容器中，底部垫高使其不与自由碱溶液（通常为1mol/L NaOH）直接接触，依靠容器内高湿度（~100%RH）和碱蒸汽环境进行养护。或直接浸泡在碱溶液中（方法略有不同）。
  5. 将容器放入恒温（38±2℃ 或 60±2℃，视标准而定）养护箱中。
  6. 在设定的长期龄期（如3个月、6个月、1年、2年）测量长度（Lₜ），计算膨胀率。
- 特点： 试验周期长（通常1-2年），但最能反映集料在实际混凝土中的长期行为，是最终判定和低活性集料评估的金标准方法。