流紋巖在中國的應(yīng)用

流紋巖在中國的應(yīng)用

riolite的巖石是酸性噴出巖，與花崗巖相似，通常顯示線條。一般為灰色、灰紅色,主要為流紋構(gòu)造、氣孔構(gòu)造,通常為斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)常見霏細(xì)結(jié)構(gòu)、球粒結(jié)構(gòu)、玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。礦物成分主要是石英、堿性長石、斜長石和暗色礦物,其中暗色礦物有黑云母、角閃石等。流紋巖的特征是含有石英、堿性長石、斜長石斑晶,以石英斑晶較多。堿性長石次之,石英斑晶往往有熔蝕,常含有玻璃質(zhì)包裹體;斜長石斑晶較花崗巖中的更基性一些。當(dāng)斑晶含量大于30%時,有人稱斑流巖;肉眼不見斑晶,巖石為霏細(xì)結(jié)構(gòu)者稱霏細(xì)巖。酸性噴出巖的產(chǎn)狀與基性巖不同,由于酸性巖漿粘度大,所形成的巖流,其厚度變化較大。從我國的前震旦紀(jì)到中生代都有流紋巖分布,海西期在天山地槽、興蒙地槽有大量流紋巖噴發(fā),中生代時期噴發(fā)更為強(qiáng)烈,是我國酸性熔巖主要噴發(fā)期,在我國東部,尤其東南沿海一帶,分布著面積達(dá)數(shù)萬平方千米、厚達(dá)千余米的酸性噴出巖。流紋巖巖石質(zhì)地堅硬,常常被用來作混凝土的骨料。1骨料堿活性鑒定具有堿活性的骨料與水泥中的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng),引起混凝土膨脹、開裂,甚至破壞,這種化學(xué)反應(yīng)稱堿—骨料反應(yīng)?；炷恋膲A—骨料反應(yīng)成為研究混凝土耐久性的重要課題之一。自從1940年美國T.EStanton提出此問題以來,已有不少國家出現(xiàn)堿—骨料反應(yīng)破壞的工程實例,巴西的Moxot’o壩、法國的Chambon壩等由于使用了黑云母花崗巖、片麻巖等作為混凝土骨料,而出現(xiàn)了明顯的堿—骨料反應(yīng),使混凝土產(chǎn)生膨脹開裂,不得不投入大量資金,對大壩進(jìn)行修補(bǔ)加固。按與堿反應(yīng)的巖石類型,可將堿—骨料反應(yīng)劃分為3種類型,即堿—硅酸反應(yīng)、堿—碳酸鹽反應(yīng)和堿—硅酸鹽反應(yīng);也有將堿—硅酸鹽反應(yīng)歸入堿—硅酸反應(yīng)。堿—硅酸反應(yīng),即堿與骨料中活性SiO2發(fā)生反應(yīng),生成硅酸凝膠,吸水腫脹,引起混凝土膨脹、開裂損壞。骨料中活性SiO2包括無定形、結(jié)晶程度差、受應(yīng)力形變大的SiO2以及玻璃體,如蛋白石、玉髓、瑪瑙、鱗石英、方石英、非常細(xì)小的微晶石英、具有較強(qiáng)波狀消光的石英及火山玻璃體。在所有堿—骨料反應(yīng)事例中,硅質(zhì)骨料引起的破壞最多。硅質(zhì)骨料中非晶質(zhì)的蛋白石堿活性最高,纖維狀玉髓和隱晶質(zhì)石英次之,微晶石英的堿活性相對較弱,結(jié)晶完整和晶粒粗大的石英是非活性的。波狀消光的石英是否具有堿活性,則不很確定;專家們認(rèn)為,波狀消光角小于15°是不具有堿活性的。堿—碳酸鹽反應(yīng)是指堿與某些泥質(zhì)石灰質(zhì)白云巖或泥質(zhì)白云質(zhì)石灰?guī)r發(fā)生脫白云化反應(yīng),引起混凝土膨脹、開裂損壞。這種反應(yīng)首先在加拿大出現(xiàn),國際上出現(xiàn)的受害工程事例不少,但較前一種出現(xiàn)為晚。其中堿—硅酸反應(yīng)是迄今對工程損壞最多、分布最廣、研究得最多的一種堿—骨料反應(yīng)類型。二氧化硅(SiO2)的基本結(jié)構(gòu)單位是一個硅—氧四面體,硅離子居中,4個頂端各有一個氧離子,即1個硅離子鍵接著4個氧離子,在頂端的每個氧離子均為兩個四面體所共有,在連續(xù)結(jié)構(gòu)的二氧化硅內(nèi)部,正4價的硅離子與負(fù)2價的氧離子的原子價都得到滿足,但在表面區(qū)域,這兩種離子都留下1個未滿足的電荷,這就是二氧化硅的化學(xué)活性包括堿活性的活性源。對于連續(xù)結(jié)構(gòu)的大形晶粒來說,活性源所占比例之小,完全可以忽略不計,故通常晶體二氧化硅例如結(jié)晶良好的石英是沒有堿活性的。隨著晶粒尺寸的減小,晶粒界面的表面積便越來越大,活性便越來越高?？梢韵胂蟮玫?如果晶體內(nèi)孔隙率很大,或者二氧化硅的結(jié)構(gòu)不是定向排列,而是無定形的非晶體,則活性就更高;二氧化硅堿活性的大小主要取決于其存在的形態(tài),并與晶粒的尺寸和晶格的缺陷程度密切相關(guān)。對骨料堿活性的評定,至今國際上尚無一個一致認(rèn)可的普遍方法。巖相法對選擇合適的檢測方法有重要指導(dǎo)作用,一直是作為骨料堿活性鑒定的首選方法,它是通過顯微鏡觀察來鑒定骨料的種類和成分,特別是那些已知活性礦物存在與否的骨料,以此來判斷其是否存在堿活性,但其缺點是得不到活性組分含量與膨脹率的定量關(guān)系,并且,此方法需要有相當(dāng)熟練的技術(shù);化學(xué)法是和砂漿長度法配合使用的,是國際上公認(rèn)的傳統(tǒng)方法,但它的缺點是不能鑒定由于微晶石英或變形石英所導(dǎo)致的慢膨脹骨料,另一個缺點是存在非SiO2物質(zhì)如碳酸鹽、石膏、粘土等的干擾,這些干擾常常造成根本性的錯誤;砂漿長度法是與ASTMC227類同的比較經(jīng)典的方法,但它的缺點是僅適用于一些高活性的快膨脹的巖石和礦物,對慢膨脹骨料則不適用;砂漿棒快速法是于1994年同時被美國和加拿大定為標(biāo)準(zhǔn)的方法(ASTM1260和CSAA23·2-14A),研究結(jié)果與工程記錄的對比表明,該方法對硅質(zhì)骨料,尤其是慢膨脹骨料與工程使用記錄具有很好的一致性,被認(rèn)為是比較精確可靠的,但它的問題是過于嚴(yán)格,某些工程被證明是無害的骨料可能被判為有害。由于堿—骨料反應(yīng)的復(fù)雜性,在試驗時采用了多種方法進(jìn)行綜合評定。2流紋巖骨料堿活性實驗對小浪底、珊溪水庫、引額濟(jì)烏、廖坊水利樞紐等工程所用的流紋巖骨料,采用巖相法、化學(xué)法、小棒快速法、砂漿棒快速法、砂漿長度法等方法,對樣品進(jìn)行堿活性試驗,以了解流紋巖骨料的堿活性特性。2.1流紋巖中的石英對巖石樣品在顯微鏡下進(jìn)行巖相鑒定,試驗結(jié)果見表1。從巖相鑒定的結(jié)果可以看出,流紋巖斑晶中的石英一般顆粒較大,基質(zhì)中石英顆粒一般較細(xì)小,含有隱晶質(zhì)石英和微晶石英,部分流紋巖還(如產(chǎn)于新疆引額濟(jì)烏的流紋巖)含有高活性玉髓,巖相法表明:流紋巖可能具有較高的堿活性。2.2流紋巖試樣一般應(yīng)屬于具有潛在有害反應(yīng)能力的活性骨料,可顯著提高表1試驗按《水工混凝土試驗規(guī)程》(D105-82)方法進(jìn)行?；钚怨橇系脑u定標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)試驗結(jié)果出現(xiàn)Rc>70,而Sc>Rc或Rc<70而Sc>35+Rc/2中的任何一種情況,該試樣應(yīng)評為具有潛在有害反應(yīng)的活性骨料。化學(xué)法測定結(jié)果如表2。從化學(xué)法的試驗結(jié)果來看,流紋巖樣品一般為非活性骨料。由于化學(xué)法本身試驗方法的局限性,它對活性高的巖石的判斷是合適的,但它對一些活性不高或緩慢反應(yīng)的巖石不能作出可靠的結(jié)論。2.3膨脹率評定按中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會CECS48:93的方法進(jìn)行。試件結(jié)果評定:在3個配比中,用膨脹率最大的一組來評定骨料的活性,如膨脹率大于或等于0.1%,則評定為活性骨料,小于0.1%則為非活性骨料。骨料的小棒快速法試驗結(jié)果見表3。一般認(rèn)為小棒快速法的判斷標(biāo)準(zhǔn)是比較嚴(yán)格的;從小棒快速法的試驗結(jié)果來看,流紋巖樣品一般為活性骨料,部分流紋巖樣品為非活性,且試件膨脹率也接近0.1%。這表明流紋巖一般都具有堿活性,且部分流紋巖的活性還較高。從試驗結(jié)果看,小棒快速法和巖相法的結(jié)果較一致。2.4活性骨料篩選本試驗按美國ASTMC1260-94方法進(jìn)行。試驗的評定標(biāo)準(zhǔn)為:14d的砂漿膨脹率小于0.1%,則骨料是無害的,膨脹率大于0.2%,則表明骨料具有潛在堿活性;膨脹率在0.1%和0.2%之間為可疑骨料,需進(jìn)行其他必要的輔助試驗,也可將試件延至28d齡期觀測來作最后定論。骨料的砂漿棒快速法試驗結(jié)果見表4。砂漿棒快速法是堿活性試驗方法中判斷標(biāo)準(zhǔn)最嚴(yán)格的方法,它對活性不高或反應(yīng)緩慢的堿活性物質(zhì)比較敏感。砂漿棒快速法試驗結(jié)果表明:流紋巖骨料為活性骨料;根據(jù)巖相法的結(jié)果,流紋巖含有隱晶質(zhì)石英和微晶石英,部分流紋巖還含有高活性玉髓,這部分石英是堿活性物質(zhì),這導(dǎo)致了流紋巖具有較高的堿活性。2.5活性骨料試驗試驗按《水工混凝土試驗規(guī)程》(D105-82)方法進(jìn)行。試驗的評定標(biāo)準(zhǔn):砂漿180d膨脹率如超過0.10%,或90d的膨脹率超過0.05%(只有在缺半年膨脹率資料時才有效),則骨料具有潛在活性。反之則骨料為非活性骨料。試驗采用工程所用的水泥,除水泥本身含堿量外,還外加堿使當(dāng)量含堿量達(dá)到1.20%進(jìn)行試驗。骨料的砂漿長度法試驗成果見表5。試驗砂漿長度法試驗結(jié)果表明:水泥的含堿量越大,試件的膨脹率越大,所有樣品180d的膨脹率均小于0.10%,骨料均為非活性骨料,但小浪底的流紋巖在高堿的條件下,180d的膨脹率達(dá)到0.05%,說明其還是具有一定的堿活性。3流紋巖的堿活性由于成因的關(guān)系,流紋巖基質(zhì)中的石英一般顆粒較細(xì)小,不含高活性的非晶質(zhì)蛋白石,含有隱晶質(zhì)石英和微晶石英,部分流紋巖還含有高活性纖維狀玉髓。化學(xué)法、砂漿長度法的試驗結(jié)果表明:流紋巖一般為非活性骨料。小棒快速法、砂漿棒快速法