流纹岩在中国的应用

流纹岩在中国的应用

riolite的岩石是酸性喷出岩，与花岗岩相似，通常显示线条。一般为灰色、灰红色,主要为流纹构造、气孔构造,通常为斑状结构,基质常见霏细结构、球粒结构、玻璃质结构。矿物成分主要是石英、碱性长石、斜长石和暗色矿物,其中暗色矿物有黑云母、角闪石等。流纹岩的特征是含有石英、碱性长石、斜长石斑晶,以石英斑晶较多。碱性长石次之,石英斑晶往往有熔蚀,常含有玻璃质包裹体;斜长石斑晶较花岗岩中的更基性一些。当斑晶含量大于30%时,有人称斑流岩;肉眼不见斑晶,岩石为霏细结构者称霏细岩。酸性喷出岩的产状与基性岩不同,由于酸性岩浆粘度大,所形成的岩流,其厚度变化较大。从我国的前震旦纪到中生代都有流纹岩分布,海西期在天山地槽、兴蒙地槽有大量流纹岩喷发,中生代时期喷发更为强烈,是我国酸性熔岩主要喷发期,在我国东部,尤其东南沿海一带,分布着面积达数万平方千米、厚达千余米的酸性喷出岩。流纹岩岩石质地坚硬,常常被用来作混凝土的骨料。1骨料碱活性鉴定具有碱活性的骨料与水泥中的碱发生化学反应,引起混凝土膨胀、开裂,甚至破坏,这种化学反应称碱—骨料反应。混凝土的碱—骨料反应成为研究混凝土耐久性的重要课题之一。自从1940年美国T.EStanton提出此问题以来,已有不少国家出现碱—骨料反应破坏的工程实例,巴西的Moxot’o坝、法国的Chambon坝等由于使用了黑云母花岗岩、片麻岩等作为混凝土骨料,而出现了明显的碱—骨料反应,使混凝土产生膨胀开裂,不得不投入大量资金,对大坝进行修补加固。按与碱反应的岩石类型,可将碱—骨料反应划分为3种类型,即碱—硅酸反应、碱—碳酸盐反应和碱—硅酸盐反应;也有将碱—硅酸盐反应归入碱—硅酸反应。碱—硅酸反应,即碱与骨料中活性SiO2发生反应,生成硅酸凝胶,吸水肿胀,引起混凝土膨胀、开裂损坏。骨料中活性SiO2包括无定形、结晶程度差、受应力形变大的SiO2以及玻璃体,如蛋白石、玉髓、玛瑙、鳞石英、方石英、非常细小的微晶石英、具有较强波状消光的石英及火山玻璃体。在所有碱—骨料反应事例中,硅质骨料引起的破坏最多。硅质骨料中非晶质的蛋白石碱活性最高,纤维状玉髓和隐晶质石英次之,微晶石英的碱活性相对较弱,结晶完整和晶粒粗大的石英是非活性的。波状消光的石英是否具有碱活性,则不很确定;专家们认为,波状消光角小于15°是不具有碱活性的。碱—碳酸盐反应是指碱与某些泥质石灰质白云岩或泥质白云质石灰岩发生脱白云化反应,引起混凝土膨胀、开裂损坏。这种反应首先在加拿大出现,国际上出现的受害工程事例不少,但较前一种出现为晚。其中碱—硅酸反应是迄今对工程损坏最多、分布最广、研究得最多的一种碱—骨料反应类型。二氧化硅(SiO2)的基本结构单位是一个硅—氧四面体,硅离子居中,4个顶端各有一个氧离子,即1个硅离子键接着4个氧离子,在顶端的每个氧离子均为两个四面体所共有,在连续结构的二氧化硅内部,正4价的硅离子与负2价的氧离子的原子价都得到满足,但在表面区域,这两种离子都留下1个未满足的电荷,这就是二氧化硅的化学活性包括碱活性的活性源。对于连续结构的大形晶粒来说,活性源所占比例之小,完全可以忽略不计,故通常晶体二氧化硅例如结晶良好的石英是没有碱活性的。随着晶粒尺寸的减小,晶粒界面的表面积便越来越大,活性便越来越高。可以想象得到,如果晶体内孔隙率很大,或者二氧化硅的结构不是定向排列,而是无定形的非晶体,则活性就更高;二氧化硅碱活性的大小主要取决于其存在的形态,并与晶粒的尺寸和晶格的缺陷程度密切相关。对骨料碱活性的评定,至今国际上尚无一个一致认可的普遍方法。岩相法对选择合适的检测方法有重要指导作用,一直是作为骨料碱活性鉴定的首选方法,它是通过显微镜观察来鉴定骨料的种类和成分,特别是那些已知活性矿物存在与否的骨料,以此来判断其是否存在碱活性,但其缺点是得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系,并且,此方法需要有相当熟练的技术;化学法是和砂浆长度法配合使用的,是国际上公认的传统方法,但它的缺点是不能鉴定由于微晶石英或变形石英所导致的慢膨胀骨料,另一个缺点是存在非SiO2物质如碳酸盐、石膏、粘土等的干扰,这些干扰常常造成根本性的错误;砂浆长度法是与ASTMC227类同的比较经典的方法,但它的缺点是仅适用于一些高活性的快膨胀的岩石和矿物,对慢膨胀骨料则不适用;砂浆棒快速法是于1994年同时被美国和加拿大定为标准的方法(ASTM1260和CSAA23·2-14A),研究结果与工程记录的对比表明,该方法对硅质骨料,尤其是慢膨胀骨料与工程使用记录具有很好的一致性,被认为是比较精确可靠的,但它的问题是过于严格,某些工程被证明是无害的骨料可能被判为有害。由于碱—骨料反应的复杂性,在试验时采用了多种方法进行综合评定。2流纹岩骨料碱活性实验对小浪底、珊溪水库、引额济乌、廖坊水利枢纽等工程所用的流纹岩骨料,采用岩相法、化学法、小棒快速法、砂浆棒快速法、砂浆长度法等方法,对样品进行碱活性试验,以了解流纹岩骨料的碱活性特性。2.1流纹岩中的石英对岩石样品在显微镜下进行岩相鉴定,试验结果见表1。从岩相鉴定的结果可以看出,流纹岩斑晶中的石英一般颗粒较大,基质中石英颗粒一般较细小,含有隐晶质石英和微晶石英,部分流纹岩还(如产于新疆引额济乌的流纹岩)含有高活性玉髓,岩相法表明:流纹岩可能具有较高的碱活性。2.2流纹岩试样一般应属于具有潜在有害反应能力的活性骨料,可显著提高表1试验按《水工混凝土试验规程》(D105-82)方法进行。活性骨料的评定标准:当试验结果出现Rc>70,而Sc>Rc或Rc<70而Sc>35+Rc/2中的任何一种情况,该试样应评为具有潜在有害反应的活性骨料。化学法测定结果如表2。从化学法的试验结果来看,流纹岩样品一般为非活性骨料。由于化学法本身试验方法的局限性,它对活性高的岩石的判断是合适的,但它对一些活性不高或缓慢反应的岩石不能作出可靠的结论。2.3膨胀率评定按中国工程建设标准化协会CECS48:93的方法进行。试件结果评定:在3个配比中,用膨胀率最大的一组来评定骨料的活性,如膨胀率大于或等于0.1%,则评定为活性骨料,小于0.1%则为非活性骨料。骨料的小棒快速法试验结果见表3。一般认为小棒快速法的判断标准是比较严格的;从小棒快速法的试验结果来看,流纹岩样品一般为活性骨料,部分流纹岩样品为非活性,且试件膨胀率也接近0.1%。这表明流纹岩一般都具有碱活性,且部分流纹岩的活性还较高。从试验结果看,小棒快速法和岩相法的结果较一致。2.4活性骨料筛选本试验按美国ASTMC1260-94方法进行。试验的评定标准为:14d的砂浆膨胀率小于0.1%,则骨料是无害的,膨胀率大于0.2%,则表明骨料具有潜在碱活性;膨胀率在0.1%和0.2%之间为可疑骨料,需进行其他必要的辅助试验,也可将试件延至28d龄期观测来作最后定论。骨料的砂浆棒快速法试验结果见表4。砂浆棒快速法是碱活性试验方法中判断标准最严格的方法,它对活性不高或反应缓慢的碱活性物质比较敏感。砂浆棒快速法试验结果表明:流纹岩骨料为活性骨料;根据岩相法的结果,流纹岩含有隐晶质石英和微晶石英,部分流纹岩还含有高活性玉髓,这部分石英是碱活性物质,这导致了流纹岩具有较高的碱活性。2.5活性骨料试验试验按《水工混凝土试验规程》(D105-82)方法进行。试验的评定标准:砂浆180d膨胀率如超过0.10%,或90d的膨胀率超过0.05%(只有在缺半年膨胀率资料时才有效),则骨料具有潜在活性。反之则骨料为非活性骨料。试验采用工程所用的水泥,除水泥本身含碱量外,还外加碱使当量含碱量达到1.20%进行试验。骨料的砂浆长度法试验成果见表5。试验砂浆长度法试验结果表明:水泥的含碱量越大,试件的膨胀率越大,所有样品180d的膨胀率均小于0.10%,骨料均为非活性骨料,但小浪底的流纹岩在高碱的条件下,180d的膨胀率达到0.05%,说明其还是具有一定的碱活性。3流纹岩的碱活性由于成因的关系,流纹岩基质中的石英一般颗粒较细小,不含高活性的非晶质蛋白石,含有隐晶质石英和微晶石英,部分流纹岩还含有高活性纤维状玉髓。化学法、砂浆长度法的试验结果表明:流纹岩一般为非活性骨料。小棒快速法、砂浆棒快速法