岩石抗压强度检测 碱集料反应实验

第一部分：岩石抗压强度检测

岩石抗压强度是指岩石在单向受压条件下，抵抗破坏的Zui大能力。它是评定岩石力学性质、进行岩体工程分类、设计地基、边坡、隧道等工程的核心指标。

一、 检测目的

工程岩体分级：确定岩石的坚硬程度，为工程设计提供基本参数。

建筑材料选择：评估石材或混凝土粗骨料（碎石）的力学性能是否满足要求。

地基承载力评估：为桥梁、大坝、高层建筑等地基设计提供依据。

科学研究：研究岩石的力学特性和破坏机理。

二、 主要检测标准

国际：ASTM D7012（美国材料与试验协会标准）

中国：GB/T 50266《工程岩体试验方法标准》

三、 检测步骤与要点

试样制备：

取样：从现场采集具有代表性的岩芯或岩块。

加工：在实验室内将岩样加工成标准的圆柱体或立方体。Zui常用的规格是直径（或边长）为 50±1 mm，高度与直径之比为 2.0~2.5。

精度要求：试样两端面必须打磨平整、光滑且互相平行，不平行度误差需小于0.05mm。

数量：同一含水状态下，每组试验的有效试样数量不应少于3个。

试验过程：

状态描述：测量试样的尺寸（计算受压面积），并描述其含水状态（天然、烘干、饱和）。

安装：将试样置于压力试验机的承压板中心。

加载：以 0.5~1.0 MPa/s 的恒定速率连续均匀地施加轴向压力，直至试样完全破坏。

记录：记录试样破坏时的Zui大压力值（P，单位：N）。

结果计算：

单轴抗压强度（σc）按下式计算：

σc = P / A

σc：单轴抗压强度，单位兆帕（MPa）

P ：试样破坏时的Zui大荷载，单位牛顿（N）

A ：试样初始横截面积，单位平方毫米（mm²）

Zui终结果取一组试样有效数据的算术平均值。

四、 影响因素

含水率：通常，岩石饱和状态下的强度（饱和抗压强度）会低于干燥状态。

试件尺寸与形状：高径比会影响结果，标准规定是为了避免端部效应。

加载速率：加载过快会使测得强度偏高，过慢则偏低。

岩石本身性质：矿物成分、颗粒结构、胶结程度、各向异性等。

第二部分：碱集料反应实验

碱集料反应是指混凝土中的水泥、外加剂、掺合料或拌和水中的可溶性碱（K₂O, Na₂O）与集料（砂、石）中的某些活性矿物成分，在混凝土固化后潮湿环境下发生化学反应，生成吸水性凝胶。凝胶吸水膨胀，会产生巨大的内应力，导致混凝土开裂、剥落和破坏，俗称“混凝土的癌症”。

一、 实验目的

鉴定集料的碱活性：判断所使用的砂、石骨料是否具有与碱发生反应的潜在危险性。

预防AAR破坏：为重要工程选择非活性集料或制定抑制措施（如使用低碱水泥、掺加矿物掺合料）提供依据。

二、 主要检测方法（中国标准GB/T 14685、GB/T 50733）

由于AAR反应类型不同（碱-硅酸反应ASR、碱-碳酸盐反应ACR），检测方法也不同。

岩相法：

目的：使用的方法。通过显微镜观察集料的矿物组成和结构，鉴定其中是否含有已知的活性矿物（如蛋白石、玉髓、微晶石英、火山玻璃等）。

优点：快速、直观，能确定活性的类型和来源。

缺点：定性分析，无法定量评价危害程度。

快速碱-硅酸反应法（砂浆棒法）：

适用范围：主要用于检测碱-硅酸反应（ASR）活性。

方法要点：

用待测集料制备成砂浆试件（25mm×25mm×285mm）。

将其浸泡在 1 mol/L 的 NaOH 溶液 中，并放置在 80°C 的高温环境下。

定期测量试件的长度变化。

结果判定（14天龄期）：

膨胀率 < 0.10%：非活性集料。

膨胀率 ≥ 0.20%：具有潜在有害碱活性。

膨胀率在0.10%~0.20%之间：需结合其他方法进一步判定。

碱-碳酸盐反应法（岩石柱法）：

适用范围：专门用于检测碱-碳酸盐反应（ACR）活性。

方法要点：

将岩石加工成一定尺寸的圆柱体试件。

浸泡在 1 mol/L 的 NaOH 溶液 中，并放置在 20°C 的恒温环境中。

定期测量试件的长度变化。

结果判定（84天龄期）：如果膨胀率 ≥ 0.10%，通常认为该岩石具有潜在碱-碳酸盐反应活性。

三、 实验流程概述

取样 -> 岩相法初步鉴定 -> （若发现疑似ASR活性）进行快速砂浆棒法 -> （若为白云质石灰岩等）进行岩石柱法 -> 综合判定

四、 预防措施（若检测出活性）

如果集料被判定为具有潜在危害性，必须采取预防措施：

控制水泥含碱量：使用低碱水泥（Na₂Oeq < 0.6%）。

使用掺合料：掺加足够量的粉煤灰、矿渣粉或硅灰，能有效抑制AAR。

使用化学外加剂：如锂盐类外加剂。

隔绝水源：混凝土表面采用防水措施，减少水分侵入。

实验名称核心目的关键指标/方法工程意义

岩石抗压强度检测测定岩石抵抗压力破坏的能力单轴抗压强度 (σc)，单位MPa工程设计的力学基础，关乎安全性和稳定性

碱集料反应实验鉴定集料与混凝土中碱发生有害反应的潜力膨胀率（砂浆棒法/岩石柱法）评估混凝土的长期耐久性