骨料碱活性(岩石柱法)试验记录【演示文档课件】

骨料碱活性(岩石柱法)试验记录20XX/XX/XX汇报人:XXXCONTENTS目录01

碱骨料反应概述02

岩石柱法试验原理与标准03

试验仪器设备与试剂04

样品采集与制备CONTENTS目录05

试验步骤06

试验结果计算与评定07

试验记录与报告08

试验注意事项与安全防护碱骨料反应概述01碱骨料反应的定义与危害碱骨料反应的定义

碱骨料反应是指混凝土中的碱（Na₂O、K₂O）与骨料中的活性成分发生化学反应，产生膨胀致使混凝土发生开裂破坏的现象。骨料的碱活性是指骨料在混凝土中与碱发生反应产生膨胀并对混凝土具有潜在危害的特性。碱骨料反应的主要类型

碱骨料反应主要有两种类型：一是碱-硅反应，涉及某些硅质岩石、矿物和人造玻璃；二是碱-碳酸盐反应，涉及某些方解石白云岩、白云质灰岩和白云岩中的白云石。碱—硅酸盐反应的实质仍属碱-硅酸反应。碱骨料反应的危害

碱骨料反应曾给世界许多国家带来过损害，会导致混凝土膨胀、开裂，影响混凝土的耐久性和安全性，严重时可能造成工程结构破坏。等工程结构出现碱-骨料反应再去治理，往往很难且耗资巨大。碱骨料反应的发生条件

碱骨料反应发生需满足三个条件：混凝土中含有充足的碱（当量Na₂O=Na₂O+0.66K₂O）；骨料中含有碱活性矿物；存在潮湿环境。碱主要来自水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围环境。碱骨料反应的类型碱—硅酸反应碱与骨料中活性二氧化硅矿物（如蛋白石、玉髓、微晶石英等）反应，生成膨胀性碱硅凝胶，导致混凝土开裂。是最常见且研究最深入的碱骨料反应类型。碱—碳酸盐反应碱与某些碳酸盐类岩石（如含微晶白云石的石灰岩）反应，发生去白云石化作用，生成氢氧化镁和碳酸盐等产物，伴随体积膨胀，对混凝土造成破坏。碱—硅酸盐反应碱与某些层状硅酸盐矿物（如蛇纹石、伊里石等）反应，使层间距离增大导致骨料膨胀。目前存在争议，唐明述院士等研究认为其膨胀实质仍是由于矿物中含有的微晶石英或玉髓发生碱—硅酸反应所致。碱骨料反应的发生条件混凝土中充足的碱含量混凝土中的碱主要来自水泥、外加剂、掺合料等，以当量Na₂O（Na₂O+0.66K₂O）计。低碱水泥碱含量小于0.6%，若混凝土总碱含量过高，易引发碱骨料反应。骨料中含碱活性矿物骨料中需存在碱活性矿物，如碱-硅酸反应涉及的玉髓、微晶石英等硅质矿物，碱-碳酸盐反应涉及的特定微晶白云石等，这些矿物能与碱发生膨胀反应。潮湿的环境条件潮湿环境为碱骨料反应提供必要水分，促进反应产物生成和膨胀压力发展。混凝土处于长期湿润状态（如地下、水工结构等）时，更易满足此条件。碱骨料反应的预防措施

01控制混凝土碱含量选用低碱水泥（当量Na₂O含量≤0.6%），限制混凝土总碱含量≤3.0kg/m³。从水泥、外加剂、掺合料等源头控制碱的引入，避免外部碱源侵入。

02使用非活性骨料优先选用经检测判定为非碱活性的骨料，如未发现碱活性矿物的石灰岩等。若使用潜在活性骨料，需通过岩石柱法等试验评估膨胀风险并采取抑制措施。

03掺加矿物掺合料抑制反应掺入粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料（掺量≥20%），可有效降低混凝土碱活性。例如掺入20%粉煤灰，试件28d膨胀率可降至0.10%以下，抑制碱骨料反应。

04改善混凝土结构设计与施工优化混凝土配合比，降低水灰比，提高密实性，减少外界水分渗入。施工中确保振捣密实，加强养护，避免裂缝产生，阻断碱骨料反应发生的潮湿环境条件。岩石柱法试验原理与标准02岩石柱法试验原理

核心原理：碱溶液浸泡膨胀测定通过将碳酸盐岩制成标准圆柱体试件，浸入1mol/L氢氧化钠溶液中，在（20±2）℃恒温环境下定期测量长度变化，以膨胀率评估碱活性。主要模拟碱-碳酸盐反应（ACR）导致的骨料膨胀行为，不适用于碱-硅酸反应（ASR）检测。

反应机制：去白云化与膨胀效应碱溶液中的OH⁻与岩石中白云石（CaMg(CO₃)₂）发生去白云化反应，生成氢氧化镁和碳酸盐，伴随固相体积增大及结晶压产生。同时黏土矿物吸水膨胀，共同导致试件长度增加，膨胀率与反应程度正相关。

判定逻辑：膨胀率阈值控制以84天龄期试件膨胀率为核心指标，当膨胀率＞0.10%时，判定为具有潜在碱-碳酸盐反应活性骨料；≤0.10%为非活性骨料。若试验过程中出现开裂、弯曲等现象，直接判定为活性骨料。国内外相关标准概述国内主要标准国内现行标准包括TB/T2922.4-1998《铁路混凝土用骨料碱活性试验方法岩石柱法》、SL/T352-2020《水工混凝土试验规程》、JTG3432-2024《公路工程集料试验规程》T0369-2024等，适用于碳酸盐类岩石骨料碱活性检验，规定了试验方法、仪器设备及结果评定标准。国际主要标准国际标准以ASTMC586-19《混凝土集料用碳酸盐岩潜在碱活性试验方法（岩石柱法）》为代表，用于测定碳酸盐岩在氢氧化钠溶液中的膨胀率，评估潜在碱活性风险，与国内标准在试件尺寸、养护条件等方面存在差异。标准核心共性要求国内外标准均要求采用圆柱形试件（直径9±1mm，长度35±5mm），在1mol/L氢氧化钠溶液中浸泡，控制温度（20±2℃或38±2℃），定期测量膨胀率，以84d膨胀率是否超过0.10%作为活性判定关键指标。岩石柱法适用范围

01核心应用对象本方法适用于测定碳酸盐类岩石（如方解石白云岩、白云质灰岩、白云岩等）作为混凝土骨料时的潜在碱-碳酸盐反应（ACR）活性，是针对此类岩石碱活性鉴定的专业方法。

02明确排除对象不适用于碱-硅酸反应（ASR）活性的检验，也不适用于非碳酸盐类岩石（如硅质岩、火山岩等）的碱活性评估，其检测需采用岩相法、砂浆棒法等其他标准方法。

03应用场景定位主要用于采石场骨料的初选检验、料场岩层碱活性筛查，以及经岩相法鉴定为潜在ACR活性的碳酸盐岩石的进一步验证，为工程骨料选型提供关键技术依据。岩石柱法与其他方法的比较01与岩相法比较岩相法通过显微镜观察矿物成分定性评定碱活性，需专业经验；岩石柱法通过测量碳酸盐岩试件膨胀率定量评估，更具针对性，适用于碱-碳酸盐反应检测。02与化学法比较化学法测试SiO₂溶出浓度及碱度降低值，操作简单但误差较大；岩石柱法直接测定试件长度变化，结果更直观，不过试验周期较长，需数月时间完成。03与快速砂浆棒法比较快速砂浆棒法在80℃高温下加速反应，14天可判定结果，适用于碱-硅酸反应；岩石柱法在20±2℃恒温下进行，针对碳酸盐岩，84天膨胀率超0.1%判定为活性骨料。04与混凝土棱柱体法比较混凝土棱柱体法模拟实际混凝土环境，试验周期长达一年；岩石柱法直接用岩石试件浸泡碱液，周期相对较短，主要用于采石场初选和研究，结果可作为混凝土棱柱体法的补充。试验仪器设备与试剂03主要仪器设备

试件制备设备包括钻芯机（配φ9mm小圆筒钻头）、锯石机、磨片机，用于将岩石加工成直径（9±1）mm、长度（35±5）mm的圆柱形试件，确保两端面平行且垂直于轴线。

测长与环境控制设备测长仪：量程25～50mm，精度0.005mm，用于精确测量试件长度变化；恒温恒湿室：控制温度（20±2）℃，相对湿度50%以上，保障试验环境稳定。

养护与辅助设备养护瓶：耐碱材料（如聚氯乙烯瓶），容积50～100mL，用于浸泡试件；1mol/L氢氧化钠溶液（40±1gNaOH溶于1L蒸馏水）；防护用品：防酸碱围裙、手套、面罩等。辅助仪器设备

溶液配制与监测仪器包括电子天平（精度0.1g）用于称量氢氧化钠试剂，pH计用于监测碱溶液酸碱度，确保1mol/L氢氧化钠溶液浓度准确。

试件处理辅助工具如蒸馏水/去离子水制备装置、试件清洗用烧杯、吸水滤纸等，用于试件基准长度测量前的清洁与干燥处理。

安全防护装备必备防酸碱围裙、袖套、耐酸碱手套及护目镜，防止氢氧化钠溶液接触皮肤造成腐蚀伤害。

数据记录与存储设备包括实验记录本、数据记录仪或计算机，用于准确记录各龄期测长数据、环境温湿度及试件外观变化情况。试剂的配制与要求

氢氧化钠溶液浓度标准试验需配制1mol/L氢氧化钠溶液，精确称取40±1g分析纯氢氧化钠，溶于蒸馏水并定容至1L，确保浓度误差控制在±0.01mol/L范围内。

溶液配制操作要点配制时应将氢氧化钠缓慢加入蒸馏水中，搅拌至完全溶解，避免局部过热；溶液需冷却至20℃后定容，使用聚乙烯容器储存以防碱液腐蚀。

试剂纯度与用水要求氢氧化钠须为分析纯级别，纯度≥96.0%；试验用水采用蒸馏水或去离子水，电导率≤1.0μS/cm，避免杂质影响溶液浓度稳定性。

溶液更换与保存规范浸泡试件的氢氧化钠溶液每6个月更换一次，每次更换需重新标定浓度；储存容器应加盖密封，置于20±2℃恒温环境，防止CO₂气体进入导致变质。仪器设备的校准与维护测长仪校准要求量程25-50mm，精度需达到0.005mm，每年至少校准1次，使用标准杆进行零点校准，确保同一人员测量误差≤±0.02%，不同人员误差≤±0.03%。恒温设备维护规范恒温箱需控制温度在20±2℃，每日检查温度波动记录，每月校准传感器，加热管每半年清洁一次，避免试件养护环境偏差影响膨胀率测定。试件容器保养要点采用耐碱聚氯乙烯瓶（厚度≥0.5mm），使用前需用1mol/LNaOH溶液浸泡24h检测密封性，每6个月更换一次溶液，防止碱浓度变化影响试验结果。制样设备操作维护钻芯机、磨片机刀具每周检查磨损情况，加工试件前需清理碎屑，确保试件尺寸偏差≤±1mm，表面光洁度Ra≤1.6μm，避免加工缺陷影响碱溶液渗透速率。样品采集与制备04样品采集要求现场调查与岩层识别取样前需现场调查采石场岩层情况，不同岩层应分别取样检验，不得在风化层取样，确保样品代表性。样品数量与规格要求每岩层钻取或切割岩石样品不少于3块，每块尺寸不小于75mm×75mm×75mm，钻取样品不应有开裂等破损。取样方向与层理处理层理清晰时，在同块岩石不同岩性方向取样；层理不清时，在三个相互垂直方向各取一个试件，以全面反映岩石各向异性特征。样品制备流程现场取样要求取样前调查采石场岩层，不同岩层分别取样，不得在风化层取样；每岩层钻取/切割不少于3块岩石样品，每块尺寸不小于75mm×75mm×75mm，样品应无开裂等破损。试件加工规范从岩石样品中钻取直径9mm±1mm或切割边长9mm±1mm的试件，长度35mm±5mm；层理清晰时在不同岩性方向取样，层理不清时在三个相互垂直方向取样，每块岩石制备3个试件；两端面需磨光并平行于轴线，避免表面变质影响碱液渗入。基准长度测定试件编号后放入蒸馏水，置于20±2℃恒温室，每24h取出擦干测长；直至前后两次长度变化率之差≤0.02%（通常2-5天），取最后一次长度为基准长度L0，精确至0.01mm。试件尺寸与精度要求

标准试件规格圆柱形试件直径为9mm±1mm，长度为35mm±5mm；棱形试件边长为9mm±1mm，长度为35mm±5mm。

加工方向要求层理清晰时，在同块岩石不同岩性方向取样；层理不清晰时，在三个相互垂直方向取样，每组3个试件。

端面与表面精度两端面需磨光并保持平行，且垂直于试件主轴线；加工避免表面变质，确保碱溶液渗入速率不受影响。

测量精度控制基准长度测量精确至0.01mm，测长仪精度需达0.005mm；同一人员测量误差≤±0.02%，不同人员≤±0.03%。试件加工注意事项

尺寸精度控制圆柱形试件直径需控制在9±1mm，长度为35±5mm；棱形试件边长为9±1mm，确保符合标准尺寸要求，以保证试验结果的准确性和可比性。

表面处理要求试件两端面应磨光并保持互相平行，且垂直于主轴线，加工过程中避免表面损伤变质，防止影响碱溶液渗入试件内部的速度，确保反应均匀。

取样方向规范层理清晰的岩石应在不同岩性方向取样，层理不清时在三个相互垂直方向取样，每块岩石加工3个试件，以全面反映岩石各向异性特征。

加工环境与防护使用钻机、锯石机、磨片机等设备时，需佩戴防酸碱围裙、手套及面罩等防护用品，加工后试件应保持干净显露岩面本色，避免污染。试验步骤05基准长度测量测量前准备将编号后的试件放入盛有蒸馏水的养护瓶中，置于温度为20℃±2℃、相对湿度50%以上的恒温室内。测量频率与稳定标准每隔24小时取出试件擦干表面水分，使用测长仪测定长度。直至前后两次测得的长度变化率之差不超过0.02%（通常需2～5天）。基准长度确定取最后一次达到稳定标准的测量长度作为试件的基准长度（L₀），精确至0.01mm。试件浸泡与养护

浸泡溶液配制将40g±1g分析纯氢氧化钠溶于900mL蒸馏水中，冷却至20℃后定容至1L，配制成浓度为(1±0.01)mol/L的氢氧化钠溶液，每次试验需新配溶液。

试件浸泡操作将测完基准长度的试件浸入盛有1mol/L氢氧化钠溶液的养护瓶中，液面需超过试件顶面至少10mm，每个试件平均液量不少于50mL，同一瓶中不得浸泡不同品种试件。

养护环境控制盖严瓶盖后置于(20±2)℃的恒温室中养护，相对湿度保持在50%以上，溶液每6个月更换一次，确保试验环境稳定。

浸泡期间观测浸泡过程中需定期观测试件形态变化，如出现开裂、弯曲、断裂等现象应立即记录，并停止该试件的后续检测。不同龄期测长

标准测长龄期依据相关标准，测长龄期从试件泡入碱液时算起，需在7d、14d、21d、28d、56d、84d进行测量。如有需要，之后每28d测量一次，一年后每84d测量一次。

测长环境与操作测长在（20±2）℃恒温室进行，试件从碱液中取出后，先用蒸馏水洗涤，擦干表面水分再测量。每个试件测长方向应始终保持一致，测量后迅速放回原瓶继续养护。

外观观测要求每次测长时，需仔细观测试件有无开裂、弯曲、断裂等形态变化，以及表面是否出现胶体物质，并将观测情况详细记录。若试件出现开裂等现象，应停止该试件检测。试件形态观察与记录

观察内容与周期在7d、14d、21d、28d、56d、84d等各测长龄期，对试件表面进行全面检查，重点关注是否出现开裂、弯曲、断裂等宏观形态变化，以及有无胶体物质渗出或表面变色现象。

开裂与断裂情况记录详细记录裂纹出现的位置（如轴向、径向）、数量、长度及宽度，若发生断裂需注明断裂截面特征及断裂时间。例如：84d龄期时，3号试件中部出现纵向裂纹，长度约5mm，宽度0.1mm。

表面胶体与变色观察检查试件表面是否有凝胶状物质析出，描述其颜色（如白色、灰白色）、分布范围及附着状态；同时记录试件整体或局部是否出现颜色加深、斑点等异常变色情况，并拍照留存。

弯曲变形测量与记录采用直尺或塞尺测量试件弯曲程度，记录最大弯曲挠度值及弯曲方向。如：56d龄期时，1号试件沿轴向弯曲，最大挠度为0.3mm，弯曲方向与层理方向一致。试验数据记录要求基础信息完整性需记录委托单位、工程名称、样品编号、产地、规格、代表数量、试验日期等基本信息，确保样品溯源可查。环境参数记录每次测量需记录环境温度（℃）和相对湿度（%），试验过程应在（20±2）℃恒温室内进行，数据精确至整数位。测长数据规范性记录标准杆长度、标杆读数、试件读数（精确至0.001mm），每个龄期至少测量2次，偏差不超过±0.02%，取平均值作为结果。膨胀率计算要求按公式εst=（Lt-L0）/L0×100%计算膨胀率，精确至0.001%，同时记录单值及最大值，84d膨胀率≥0.10%判定为活性骨料。外观与异常记录详细记录试件是否出现开裂、弯曲、断裂等形态变化，以及溶液浑浊、沉淀等异常现象，作为结果评定辅助依据。人员与复核要求试验、计算、复核人员需签字确认，记录日期精确至年月日，确保数据责任可追溯，符合实验室质量管理规范。试验结果计算与评定06膨胀率计算公式

公式定义试件长度膨胀率计算公式为：ε=(L-L)/L×100%，其中ε为浸泡t天后的长度变化率（%），L为浸泡t天后的试件长度（mm），L为试件基准长度（mm）。

参数说明L为试件在蒸馏水中养护至长度变化稳定后的基准长度，精确至0.01mm；L为不同龄期（7d、14d、28d...84d等）测量的试件长度，测量精度要求同一人员误差≤±0.02%，不同人员误差≤±0.03%。

计算规则计算结果精确至0.001%，以同组3个试件膨胀率的最大值作为试验结果。当84d膨胀率超过0.10%时，判定为具有碱-碳酸盐反应活性骨料。试验结果处理方法

膨胀率计算公式试件长度变化率按式εt=（Lt-L0）/L0×100%计算，精确至0.001%。其中，εt为浸泡t天后的长度变化率，Lt为浸泡t天后的试件长度（mm），L0为试件基准长度（mm）。

结果取值规则同块岩石所取的3个试件中，以膨胀率最大值作为该岩石碱活性的分析依据。测量精度要求：同一试验人员、同一仪器测量误差不超过±0.02%；不同试验人员测量误差不超过±0.03%。

结果评定标准当试件84d膨胀率超过0.10%时，判定为碱—碳酸盐反应活性骨料；未超过则判定为非碱—碳酸盐反应活性骨料。若试件出现开裂、弯曲、断裂等形态变化，应记录并作为评定参考依据。结果评定标准

膨胀率代表值选取原则以同块岩石所取3个试件中膨胀率最大的单值作为该岩石碱活性分析的依据，确保对潜在风险的严格把控。

碱活性判定阈值试件浸泡84d的长度膨胀率超过0.10%时，判定为具有碱—碳酸盐反应活性骨料；未超过则为非碱—碳酸盐反应活性骨料。

外观形态辅助判断试验过程中需观测试件是否出现开裂、弯曲、断裂等形态变化，若有此类现象，结合膨胀率数据综合评估其活性危害。试验结果的精密度要求

单人单仪器测量允许误差同一试验人员使用同一台测长仪测量同一试件时，其误差不应超过±0.02%。

不同人员单仪器测量允许误差不同试验人员使用同一台测长仪测量同一试件时，其误差不应超过±0.03%。

膨胀率重复性试验允许误差膨胀率重复性试验的允许误差为0.04%。当试件膨胀率允许误差大于0.1%时，可能是试件的化学成分、纹理有显著不同。试验记录与报告07试验记录的内容与格式

基础信息记录包含委托单位、工程名称、样品编号、样品产地、规格种类、代表数量、试验日期、记录编号、施工部位等，确保样品溯源可查。

试件信息记录记录试件编号、基准长度L0(mm)，以及不同龄期浸泡后的长度Lt(mm)，体现试件个体差异与变化过程。

环境与操作参数记录需记录各测试日期的温度(℃)、相对湿度(%)，标杆读数(mm)、试件读数(mm)等关键操作数据，保证试验条件可追溯。

计算结果记录按公式Ɛst=(Lt-L0)/L0×100%计算长度膨胀率(%)，记录单值及最大值，精确至0.001%，反映试件膨胀特性。

外观与备注记录观测并记录试件有无开裂、弯曲、断裂等形态变化，以及试验中需说明的特殊情况，为结果评定提供辅助依据。

评定结果记录根据84d膨胀率是否超过0.10%，判定为“碱—碳酸盐反应活性骨料”或“非碱—碳酸盐反应活性骨料”，并由试验、复核人员签字确认。试验报告的编制要求01报告基本信息完整性应包含委托单位、工程名称、样品编号、样品产地、代表数量、规格种类、试验日期、记录编号等基本信息，确保试验对象可追溯。02试验数据与结果准确性需准确记录不同龄期（7d、14d、21d、28d、56d、90d等）的试件长度、膨胀率单值及最大值，计算过程符合公式εst=（Lt-L0）/L0×100%，结果精确至0.001%。03外观与异常情况记录详细描述试件在浸泡过程中是否出现开裂、弯曲、断裂等形态变化，以及表面是否有胶体物质产生，作为结果评定的辅助依据。04评定结论规范性根据84d膨胀率结果明确判定：膨胀率≤0.10%为非碱—碳酸盐反应活性骨料，＞0.10%为碱—碳酸盐反应活性骨料，结论需清晰勾选或填写。05人员与设备信息完备性报告需包含试验、复核人员签名及日期，注明主要仪器设备名称、型号及编号，如测长仪精度、恒温箱温度控制范围等，确保试验过程合规。试验记录与报告的审核审核内容与要点审核内容涵盖试验记录的完整性、数据准确性、仪器设备合规性及环境条件控制。重点检查试件编号、基准长度、各龄期测量数据（温度、湿度、标杆读数、试件读数、膨胀率）的记录是否完整规范，计算过程是否符合公式要求，如膨胀率Ɛst=(Lt-L0)/L0×100%，精确至0.001%。同时核查试件形态变化（开裂、弯曲等）记录的准确性。审核流程与职责分工审核流程包括试验人员自查、计算人员复核、技术负责人审批三级控制。试验人员对原始数据真实性负责，确保记录清晰、无涂改；复核人员需对数据计算、公式应用、标准执行情况进行验证，如不同龄期膨胀率最大值选取是否符合“同块岩石以膨胀率最大测值为依据”的规定；技术负责人对试验结论的合规性和准确性进行最终审核。常见问题与整改要求常见问题包括数据记录不完整（如漏记相对湿度）、计算错误（如膨胀率修约偏差