岩石柱法[1]是通过测定岩石柱在20 ℃、1 mol/L的NaOH溶液中养护84 d的膨胀率来评判集料的活性,若膨胀率超过0.10%,则集料具有碱活性。该法为检测岩石的碱碳酸盐反应(ACR)活性而建立。硅质集料中的活性组分与碱反应生成的碱硅酸反应(ASR)凝胶具有流动性,因而标准文本中说明此方法不适用于检测硅质集料碱活性,至今岩石柱法尚未在集料的碱硅酸活性检测方面得到应用。砂岩中隐晶质和微晶质石英以团斑分散分布在岩石中[2-4],硅质灰岩中微晶石英多以颗粒状分散分布在岩石中[4],白云质灰岩多呈类斑状结构,白云石分散分布在由方解石等组成的基质中[5-7]。砂岩和硅质灰岩中的微晶石英或隐晶质石英在岩石中的分布与白云质灰岩中的白云石分布类似,环境中的OH-需要通过迁移到达微晶石英和白云石表面并发生化学反应,用于评价白云质集料碱活性的岩石柱法也可能可以用于评价砂岩等的碱硅酸反应活性。梅来宝[8]从热力学和动力学分析计算得到,碱与碳酸盐反应所需碱浓度很低,需要将pH降低到10.6以下;邓敏等[9]研究混凝土碱含量对ASR集料和ACR集料的影响,发现发生ACR的安全碱含量较发生ASR的安全碱含量小。笔者通过改变岩石柱法中的碱溶液浓度研究砂岩、硅质灰岩和白云质集料岩石柱在80 ℃、不同浓度的NaOH溶液中的膨胀性,以评价岩石柱法是否可以检测硅质活性组分分散分布集料的碱硅酸反应活性并采用岩石柱法判定白云质集料的碱碳酸盐反应活性。

1 试验

1.1 原材料

硅质集料选取四川锦屏的砂岩(JP)、四川雅江两河口的砂岩(LHK)、云南石门坎的砂岩(SMK)和徐州陆山的硅质灰岩(LS)。白云质集料选取徐州吴绍山的白云质灰岩(WS3)、徐州赵圩的白云岩(ZW1-A)和白云质灰岩(ZW1-D)。岩石的化学组成见表1。JP、LHK、SMK和LS中SiO2质量分数分别为63.10%、70.34%、77.03%和48.42%;WS3、ZW1-A和ZW1-D中MgO质量分数分别为2.61%、16.62%和7.37%。

 

表1 原料化学组成Table 1 Chemical composition of rocks %

  

岩石w(SiO2)w(CaO)w(Al2O3)w(MgO)w(Fe2O3)w(LOI)总计JP63 1011 607 352 443 289 0797 44LHK70 345 788 182 243 455 5097 67SMK77 034 196 121 381 907 5498 91LS48 4223 094 191 021 3932 8998 42WS317 7438 674 502 612 0159 8498 42ZW1⁃A10 6827 573 1516 620 8756 4398 70ZW1⁃D28 5223 528 507 372 2633 7896 58

注：LOI为烧矢量。

  

图1 岩石的微观结构Fig.1 Microstructure of rocks

岩石的微观结构见图1。JP主要由石英晶体、长石晶体和云母组成,约6%微晶石英以团斑状分散分布在岩石中。LHK主要由石英晶体、长石晶体和云母组成,约10%微晶石英分散分布在岩石中。SMK主要由石英晶体、方解石和云母组成,约8%微晶石英以团斑状分散分布在岩石中。LS主要由方解石和石英晶体组成,约8%微晶石英分散分布在岩石中。白云质灰岩WS3主要由方解石组成,局部条带中约7% 20～60 μm的白云石分散分布在由方解石、微晶石英和黏土等组成的基质中。白云岩ZW1-A主要由20～40 μm的白云石组成,局部区域含有少量方解石和约3%微晶石英。白云质灰岩ZW1-D约30% 20～60 μm的白云石分散分布由方解石、石英晶体、黏土和5%微晶石英等组成的基质中。

岩石的碱硅酸和碱碳酸盐的反应活性的检测结果见表2和表3。由LHK和SMK配制的RILEM AAR-2砂浆试件14 d膨胀率均大于0.20%,由JP和LS配制的RILEM AAR-2砂浆试件14 d膨胀率大于0.10%,因此LHK和SMK为ASR活性集料,JP和LS为潜在ASR活性集料。由WS3、ZW1-A和ZW1-D配制的RILEM AAR-5混凝土微柱28 d膨胀率均大于0.10%,因此WS3、ZW1-A和ZW1-D被判定为ACR活性集料。

 

表2 RILEM AAR-2砂浆试件膨胀率Table 2 Expansion of RILEM AAR-2 mortar bars ratios %

  

膨胀率JPLHKSMKLS0 1590 2480 2440 140

 

表3 RILEM AAR-5混凝土微柱膨胀率Table 3 Expansion of RILEM AAR-5 concrete micro-bars ratios %

  

膨胀率WS3ZW1⁃AZW1⁃D0 2230 2220 217

1.2 试验方法

在岩石的3个垂直方向分别切取10 mm×10 mm×33 mm的岩石柱用水泥固定岩石柱两端钉头,以6个试件为一组,待水泥水化24 h后,首先将试件放于室温下水养,每隔24 h取出,选用精度为0.001 mm的螺旋测微仪测量试件长度,待连续两次测量值之差不超过读数的0.01%时,将该读数定为试件初长。配制1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液。然后将岩石柱试件放于80 ℃碱溶液中养护,每组试件养护溶液体积为500 mL,0～90 d内每14 d更换一次养护溶液,之后每28 d更换一次养护溶液。至确定龄期,冷却养护溶液,取出岩石柱用螺旋测微仪测量试件长度,计算岩石柱的膨胀率。

从图2(b)可以看出：LHK岩石柱在浓度为1.00和0.50 mol/L的NaOH溶液中养护均膨胀,且浓度为1.00 mol/L时岩石柱膨胀更明显,养护龄期内岩石柱持续快速膨胀。当浓度为0.50 mol/L时岩石柱早期膨胀较快,后期随养护龄期的延长膨胀趋于平稳。0.25 mol/L NaOH溶液和0.10 mol/L NaOH溶液养护的岩石柱均未膨胀。养护268 d时,浓度为1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L NaOH溶液养护的岩石柱膨胀率分别为0.967%、0.237%、0.009%和-0.040%。

将在80 ℃、1.00 mol/L的NaOH溶液中养护200 d的硅质岩石柱取出,于60 ℃烘箱中干燥24 h后取横切面,借助体式显微镜观察岩石柱横断面微观结构。

2 结果与讨论

2.1 硅质集料岩石柱的膨胀

从图2(c)中可以看出：SMK岩石柱在浓度为1.00和0.50 mol/L的NaOH溶液中养护时,早期膨胀迅速,且随龄期的延长膨胀逐渐减缓。养护龄期内浓度为1.00 mol/L时，岩石柱的膨胀率大于0.50 mol/L时岩石柱的膨胀率。当浓度为0.25 mol/L时，岩石柱膨胀非常缓慢且随龄期的延长膨胀趋于平稳。而浓度降至0.10 mol/L时,岩石柱未膨胀。岩石柱养护236 d时,浓度为1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L NaOH溶液养护的岩石柱膨胀率分别为1.569%、0.630%、0.076%和-0.076%。

综上所述,3种具有ACR活性的白云质集料岩石柱在1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液中均有明显的膨胀趋势。说明NaOH溶液浓度降至0.25和0.10 mol/L时,仍可导致ACR膨胀。

  

图2 硅质集料岩石柱的膨胀Fig.2 Expansion of siliceous rock-prisms

从图2(a)中可以看出：JP岩石柱在浓度为1.00和0.50 mol/L的NaOH溶液中养护均膨胀,浓度为1.00 mol/L时,养护早期岩石柱膨胀显著,养护后期岩石柱持续膨胀。NaOH溶液浓度为0.50 mol/L时,岩石柱持续膨胀,但膨胀速度较缓慢。当NaOH溶液浓度为0.25和0.10 mol/L时,岩石柱均未膨胀。养护224 d时,在浓度分别为1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液中养护的岩石柱膨胀率分别为0.304%、0.129%、-0.025%和-0.140%。

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图2为养护在80 ℃下1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L NaOH溶液中JP、LHK、SMK和LS岩石柱的膨胀曲线。

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从图2(d)中可以看出：LS岩石柱在浓度为1.00、0.50和0.25 mol/L的NaOH溶液中均膨胀,1.00 mol/L时岩石柱持续快速膨胀,0.50 mol/L时岩石柱膨胀较缓慢,0.25 mol/L时岩石柱仅有轻微膨胀。当浓度为0.10 mol/L时,岩石柱未膨胀。养护120 d时,浓度为1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L NaOH溶液养护的岩石柱膨胀率分别为4.553%、1.035%、0.084%和0.001%。

综上,JP砂岩、LHK砂岩、SMK砂岩和LS灰岩岩石柱在80 ℃、1.00 mol/L的NaOH溶液中均产生显著膨胀,特别是在RILEM AAR-2中检测为潜在活性的LS灰岩,使用岩石柱法膨胀迅速。说明活性组分分散分布在岩石内部的硅质集料均可以选用岩石柱法检测其碱硅酸反应活性。当NaOH溶液浓度降至0.25 mol/L时,JP砂岩和LHK砂岩均不膨胀,SMK砂岩和LS灰岩有轻微膨胀,且趋于稳定值,而当浓度降至0.10 mol/L时,4种硅质集料均未膨胀,说明0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液可能不会引起ASR膨胀。

图3为养护在80 ℃下0.25和0.10 mol/L NaOH溶液中WS3、ZW1-A和ZW1-D岩石柱的膨胀曲线。

2.2 白云质集料岩石柱的膨胀

在英语口语教学中有机融入文化相关内容的教学对于有效改善目前国内英语口语课程面临的种种困境，提升口语教师的自我效能意识以及课程体系的效能都将是十分有益的尝试。然而，在具体操作过程中，有关教学方法的运用，教学材料的选取，教学效果的评价等，还需要在一定时间内进行课堂的实际跟踪和调整，以期充分发挥文化相关内容教学的良好促进作用。

  

图3 白云质集料岩石柱的膨胀Fig.3 Expansion of dolomitic rock-prisms

从图3(c)可以看出：ZW1-D岩石柱在1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液中均膨胀,且随着养护溶液浓度的增加,膨胀增大。0.25 mol/L的NaOH溶液养护的岩石柱膨胀较显著,0.10 mol/LNaOH溶液养护的岩石柱膨胀稍小,养护至58 d时,1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液养护的岩石柱膨胀率分别为0.234%、0.204%、0.102%和0.062%,58 d后岩石柱仍继续膨胀。

  

图4 养护后的硅质岩石柱断面Fig.4 Sections of siliceous rock-prisms after curing

从图3(b)可以看出：ZW1-A岩石柱在浓度为1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液中均持续膨胀,且随着养护溶液浓度的增加,膨胀增大。养护至58 d时,1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液养护的岩石柱膨胀率分别为0.502%、0.324%、0.275%和0.089%,且58 d后岩石柱继续膨胀。

从图3(a)可以看出：WS3岩石柱在1.00、0.50、0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液中均膨胀,且随着养护溶液浓度的增加,膨胀增大。浓度为0.25 mol/L时,岩石柱膨胀迅速,14 d膨胀率达0.189%,14 d后膨胀有轻微减缓,养护至58 d时,岩石柱膨胀率为0.345%。浓度为0.10 mol/L时,岩石柱早期膨胀较快,养护至28 d时膨胀率为0.213%,28 d后岩石柱膨胀减缓,养护58 d时,岩石柱膨胀率为0.254%。即WS3岩石柱在0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液中具有显著膨胀。

徐云天仍不死心，多次向吴丽藻发交友邀请，都被拒绝。11月3日晚，他去父亲住处，吴丽藻与徐河举止亲昵。徐云天明白，曾经有些摇摆的吴丽藻又投入了父亲怀抱，那一刻，他产生了时不我待的急迫感。

2.3 讨论

2.3.1 硅质集料膨胀原因

图4为硅质集料在80 ℃、1.00 mol/L的NaOH溶液中养护200 d后岩石柱的横断面。由图4可见：SMK和JP岩石柱断面处分布大量白色产物,且分布在整个断面范围;LHK和LS岩石柱断面分布有裂纹,且内部有白色产物填充。利用扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)(SEM/EDS)分析产物微观形貌及其元素组成,结果见图5。由图5可得：白色产物呈叶片状,主要由Na、Si和O 3种元素组成,结合化学反应判定此产物为ASR凝胶。

沥青路面以其良好的行车舒适性、平整度、噪声小等特点成为主要路面结构类型，随着道路交通量增加迅速，车辆超载、重载现象严重，普通沥青混凝土路面已难以满足现有使用要求，因此有必要研究提高沥青路面性能，延长其使用寿命。大量研究和实践表明，SBS改性沥青能够明显提高基质沥青高低温性能以及水稳定性，相较于普通基质沥青，在相同路面设计厚度下，SBS改性沥青能够显著提高路面承载力，而在相同的路面设计寿命年限下，SBS改性沥青路面铺设厚度较低[1]，明显减小施工用料，降低工程造价。本文结合工程实践，探讨工程用SBS改性沥青制备方法，深入探讨SBS改性沥青混凝土路面施工技术。

由图4和图5可得,硅质集料活性组分与碱反应后可在岩石柱内部生成ASR凝胶,由于凝胶具有吸水性,故岩石柱膨胀甚至开裂。

2.3.2 碱碳酸盐活性的评判

  

图5 白色产物的SEM/EDSFig.5 SEM/EDS of the white products

由硅质集料在NaOH溶液中的膨胀性可知,NaOH溶液浓度对ASR膨胀有显著影响,且膨胀率随浓度的提高而增大,80 ℃、1.00 mol/L的NaOH溶液可导致活性组分分布在岩石中的硅质集料岩石柱快速膨胀,故岩石柱法可评判活性组分分散分布集料的碱硅酸反应活性。当NaOH溶液浓度为0.25 mol/L时,硅质岩石柱不膨胀或微膨胀。当NaOH溶液浓度为0.10 mol/L时,硅质岩石柱无膨胀。对比硅质集料,白云质集料岩石柱在0.25和0.10 mol/LNaOH溶液中持续膨胀,其中0.25 mol/L的NaOH溶液养护的岩石柱膨胀显著。说明0.25和0.10 mol/L的NaOH溶液不会导致ASR膨胀,但会引起ACR膨胀,由于硅质集料岩石柱和白云质集料岩石柱在0.25 mol/L NaOH溶液的膨胀性能具有较大差异,故此溶液可用于评判集料是否具有ACR活性。

3 结论

1)岩石柱法可以用于评定硅质碱活性组分分散分布集料的碱硅酸反应活性,硅质集料岩石柱与碱溶液反应后在岩石柱内部生成ASR凝胶导致岩石柱膨胀甚至开裂。

2)当NaOH溶液浓度为1.00和0.50 mol/L时,活性组分分散分布在岩石中的硅质集料岩石柱可产生显著膨胀。当NaOH浓度低至0.25 mol/L时,硅质集料岩石柱不膨胀或轻微膨胀,白云质集料岩石柱膨胀显著。当NaOH浓度为0.10 mol/L时,硅质集料岩石柱不膨胀,白云质集料岩石柱膨胀。

相关研究证实，外泌体的生物学作用在慢性气道炎症性疾病如哮喘、COPD中发挥重要作用，如细胞间信息传递、免疫调节、炎症反应及信号转导。

3)当养护溶液为80 ℃、0.25 mol/L的NaOH溶液时,采用岩石柱法可判定白云质集料是否具有碱碳酸盐反应活性。

参考文献：

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