CN111875276A - 一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用 - Google Patents

一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用，所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法包括：通过向混凝土中添加粉煤灰进行协同作用抑制。所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法包括：配置侵蚀溶液；制作试件，进行试件养护与测长；将试件浸泡于侵蚀溶液中，通过测定试件膨胀率的变化进行测试硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用。本发明通过向混凝土中添加粉煤灰，从而抑制硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用，能够有效提高混凝土的耐久性，减少混凝土结构的维修，延长混凝土工程的使用寿命，提高混凝土工程的结构安全性，防止倒塌等事故的发生，具有显著的社会效益。

Description

一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用。
背景技术
混凝土的耐久性直接影响着混凝土工程的使用寿命。在世界范围内出现了很多短命的混凝土工程，工程投入使用后不到10年就出现了混凝土破坏现象，甚至有的已到不得不拆除重建的程度。此类事故，国内外不胜枚举，屡见不鲜。究其原因，这些混凝土的破坏并不是由于混凝土的强度不够，而是由于混凝土的耐久性不足所致。硫酸盐腐蚀和碱-骨料反应就是影响混凝土耐久性的两个重要因素，对混凝土工程的使用寿命也有重大影响。
现有技术关于硫酸盐对混凝土的腐蚀和混凝土中的碱-骨料反应已有大量的研究，而对两者同时存在时的共同作用的研究还鲜有报道。而在实际工程所处的环境中，硫酸盐腐蚀和碱-硅酸反应同时存在的情况是常见的，因此有必要开展两者的协同作用研究。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术并无能够抑制硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用的方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用。
本发明是这样实现的，一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用，所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法包括：
通过向混凝土中添加粉煤灰抑制硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用。
进一步，粉煤灰与水泥共同组成混凝土中的胶凝材料；粉煤灰添加量应为胶凝材料的30％，水泥添加量为胶凝材料的70％；所用水泥均为唐山冀东水泥股份有限公司生产的，强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥。
本发明的另一目的在于提供一种测试所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法包括：
步骤一，分别配置Na2SO4溶液与NaOH溶液，并将配置好的Na2SO4溶液与NaOH溶液混合均匀，得到侵蚀溶液；
步骤二，制作试件，进行试件养护与测长；
步骤三，将试件浸泡于步骤一中得到侵蚀溶液中，通过测定试件膨胀率的变化进行测试硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用。
进一步，步骤一中，所述Na2SO4溶液配置方法包括：
利用电子天平称取无水Na2SO4，放入烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的Na2SO4溶液冷却至室温，全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，令凹液面与刻度线相切；溶液配好之后，测定溶液pH值，保持溶液pH值在7～8之间。
进一步，步骤一中，所述NaOH溶液配置方法包括：
利用电子天平称取固体NaOH，放入烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的NaOH溶液冷却至室温，全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，令凹液面与刻度线相切，配制成NaOH溶液。
进一步，步骤二中，所述按照一定比例制作试件包括：
(1)按照混凝土配合比例称取混凝土原料；所述混凝土原料包括但不限于称取水泥、砂、外加碱以及水；
(2)用胶砂搅拌机进行机械搅拌；将外加碱加入到水中，并搅拌均匀得到拌合水；令搅拌机处于待工作状态，将拌合水加入锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置；然后立即开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀的将砂子加入；把机器转至高速再搅拌30s；停拌90s，在第一个15s内用胶刀将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间；再高速继续搅拌60s；各搅拌阶段，时间误差应在±1s以内；
(3)搅拌完成，立即将砂浆分两层装入已装有膨胀测头的试模中，每层捣40次，浇捣完毕后用小刀刮除多余砂浆，抹平，编号并标明测长方向；
(4)试件成型后，立即带模放入标准养护室内。养护24±2h后脱模，用比长仪测量试件的初始长度；待测试件须用湿布覆盖。
进一步，步骤二中，所述试件养护与测长包括：
1)测试试件初始长度后，测完初始长度后，将试件浸没于养护盒内的水中，并保持水温在80±2℃的范围内，加盖放在高温恒温养护箱中，养护24±2h；
2)从高温恒温养护箱中取出养护盒，打开养护盒盖子，从养护盒中取出试件，用毛巾擦干表面，用比长仪测量试件的基准长度，从取出试件至完成读数保持在15±5s内，在试件表面覆盖湿毛巾；
3)全部试件测完基准长度后，将试件在装有侵蚀溶液的养护盒中浸泡，并保持水温在80±2℃的范围内，加盖放在高温恒温养护箱中；
4)测长龄期自测定基准长度之日起计算，在测定基准长度后第3d、7d、10d、14d再分别测长，每次测长时间安排在每一天同一时刻，测长方法与测基准长度方法相同，每次测长完毕后，立即将试件放入原养护盒内，加盖后放回80±2℃的高温恒温养护箱中继续养护至下一个测试龄期。
进一步，步骤三中，所述试件膨胀率变化测定方法包括：
试件膨胀率计算公式如下：
Figure BDA0002562295740000041
式中：Et表示试件在t天龄期的膨胀率，％；Lt表示试件在t天龄期的长度，mm；L0表示试件的基准长度，mm；Δ表示膨胀测头的长度，mm。
进一步，所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法还包括：
首先，将在侵蚀溶液中浸泡的试件取出，取试件表面层，敲碎；
其次，用小刀轻轻刮取水泥浆体与玻璃骨料交界处的产物，磨至粉末；
然后，在D/MAX2500PC型X射线衍射仪上对磨粉进行XRD分析；
最后，通过分析矿物组成，测试硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过向混凝土中添加粉煤灰，从而抑制硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用，能够有效提高混凝土的耐久性，减少混凝土结构的维修，延长混凝土工程的使用寿命，提高混凝土工程的结构安全性，防止倒塌等事故的发生，具有显著的社会效益。
附图说明
图1是本发明实施例提供的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法流程图。
图2是本发明实施例提供的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用确定流程图。
图3是本发明实施例提供的不同浓度的侵蚀溶液对A0(0％FA)试件膨胀率的影响示意图。
图4是本发明实施例提供的不同浓度的侵蚀溶液对A1(10％FA)试件膨胀率的影响示意图。
图5是本发明实施例提供的不同浓度的侵蚀溶液对A2(20％FA)试件膨胀率的影响示意图。
图6是本发明实施例提供的不同浓度的侵蚀溶液对A3(30％FA)试件膨胀率的影响示意图。
图7是本发明实施例提供的不同FA掺量的试件在S1(0％Na2SO4+0mol/LNaOH)中浸泡14d后的膨胀率示意图。
图8是本发明实施例提供的不同FA掺量的试件在S2(0％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的膨胀率示意图。
图9是本发明实施例提供的不同FA掺量的试件在S3(1％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的膨胀率示意图。
图10是本发明实施例提供的不同FA掺量的试件在S4(5％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的膨胀率示意图。
图11是本发明实施例提供的不同FA掺量的试件在S5(10％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的膨胀率示意图。
图12是本发明实施例提供的A0试件在S1(0％Na2SO4+0mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
图13是本发明实施例提供的A0试件在S3(1％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
图14是本发明实施例提供的A0试件在S4(5％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
图15是本发明实施例提供的A0试件在S5(10％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
图16是本发明实施例提供的A3试件在S1(0％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
图17是本发明实施例提供的A3试件在S3(1％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
图18是本发明实施例提供的A3试件在S4(5％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
图19是本发明实施例提供的A3试件在S5(10％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法及其应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法包括：
通过向混凝土中添加粉煤灰抑制硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用。
粉煤灰与水泥共同组成混凝土中的胶凝材料；粉煤灰添加量应为胶凝材料的30％，水泥添加量为胶凝材料的70％。
如图1所示，本发明实施例提供的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法包括：
S101，分别配置Na2SO4溶液与NaOH溶液，并将配置好的Na2SO4溶液与NaOH溶液混合均匀，得到侵蚀溶液。
S102，制作试件，进行试件养护与测长。
S103，将试件浸泡于步骤S101中得到侵蚀溶液中，通过测定试件膨胀率的变化进行测试硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用。
步骤S101中，本发明实施例提供的Na2SO4溶液配置方法包括：
利用电子天平称取无水Na2SO4，放入烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的Na2SO4溶液冷却至室温，全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，令凹液面与刻度线相切；溶液配好之后，测定溶液pH值，保持溶液pH值在7～8之间。
步骤S101中，本发明实施例提供的NaOH溶液配置方法包括：
利用电子天平称取固体NaOH，放入烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的NaOH溶液冷却至室温，全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，令凹液面与刻度线相切，配制成NaOH溶液。
步骤S102中，本发明实施例提供的按照一定比例制作试件包括：
(1)按照混凝土配合比例称取混凝土原料；所述混凝土原料包括但不限于称取水泥、砂、外加碱以及水。
(2)用胶砂搅拌机进行机械搅拌；将外加碱加入到水中，并搅拌均匀得到拌合水；令搅拌机处于待工作状态，将拌合水加入锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置；然后立即开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀的将砂子加入；把机器转至高速再搅拌30s；停拌90s，在第一个15s内用胶刀将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间；再高速继续搅拌60s；各搅拌阶段，时间误差应在±1s以内。
(3)搅拌完成，立即将砂浆分两层装入已装有膨胀测头的试模中，每层捣40次，浇捣完毕后用小刀刮除多余砂浆，抹平，编号并标明测长方向。
(4)试件成型后，立即带模放入标准养护室内。养护24±2h后脱模，用比长仪测量试件的初始长度；待测试件须用湿布覆盖。
步骤S102中，本发明实施例提供的试件养护与测长包括：
1)测试试件初始长度后，测完初始长度后，将试件浸没于养护盒内的水中，并保持水温在80±2℃的范围内，加盖放在高温恒温养护箱中，养护24±2h。
2)从高温恒温养护箱中取出养护盒，打开养护盒盖子，从养护盒中取出试件，用毛巾擦干表面，用比长仪测量试件的基准长度，从取出试件至完成读数保持在15±5s内，在试件表面覆盖湿毛巾。
3)全部试件测完基准长度后，将试件在装有侵蚀溶液的养护盒中浸泡，并保持水温在80±2℃的范围内，加盖放在高温恒温养护箱中。
4)测长龄期自测定基准长度之日起计算，在测定基准长度后第3d、7d、10d、14d再分别测长，每次测长时间安排在每一天同一时刻，测长方法与测基准长度方法相同，每次测长完毕后，立即将试件放入原养护盒内，加盖后放回80±2℃的高温恒温养护箱中继续养护至下一个测试龄期。
步骤S103中，本发明实施例提供的试件膨胀率变化测定方法包括：
试件膨胀率计算公式如下：
Figure BDA0002562295740000081
式中：Et表示试件在t天龄期的膨胀率，％；Lt表示试件在t天龄期的长度，mm；L0表示试件的基准长度，mm；Δ表示膨胀测头的长度，mm。
本发明实施例提供的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法还包括：
首先，将在侵蚀溶液中浸泡的试件取出，取试件表面层，敲碎；
其次，用小刀轻轻刮取水泥浆体与玻璃骨料交界处的产物，磨至粉末；
然后，在D/MAX2500PC型X射线衍射仪上对磨粉进行XRD分析；
最后，通过分析矿物组成，测试硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案与技术效果做进一步说明。
1.1硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响
硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性中影响因素最复杂、危害性最大的一种环境水侵蚀。地下水、海水、土壤、以及腐烂的有机物中都含有SO4 2-，其渗入到混凝土内部与水泥水化产物发生发应，使混凝土产生膨胀、开裂、剥落等现象，造成混凝土强度和粘性的丧失。
硫酸盐侵蚀对混凝土的破坏是一个复杂的物理化学过程，其实质是环境水中的SO4 2-通过混凝土的毛细孔进入到混凝土内部与某些组分(Ca(OH)2、4CaO·Al2O3·12H2O)发生物理或化学反应。其产物或者难溶于水并易产生膨胀(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O)，形成膨胀内应力，从而导致混凝土强度降低；或者易溶于水，造成水泥石中的某些组分流失(3CaO·2SiO2·3H2O)，从而导致混凝土粘结性丧失。
硫酸盐侵蚀可分为化学硫酸盐侵蚀和物理硫酸盐侵蚀两类。化学硫酸盐侵蚀属于膨胀结晶性化学侵蚀，一般来讲主要涉及有以下化学反应。
1.1.1钙矾石晶体的侵蚀破坏
由于在海水、地下水以及某些工业废水中常常含有硫酸钠、硫酸钾和硫酸铵等可溶性的硫酸盐。以Na2SO4水溶液为例，当侵蚀溶液与水泥基材料接触后，SO4 2-首先在水泥基材料的表面与水泥中铝酸三钙水化生成的
4CaO·Al2O·13H2O和Ca(OH)2发生化学反应，生成
3CaO·A12O3·3CaSO4·32H2O，即钙矾石。
Na2SO4·10H2O+Ca(OH)2→CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O
3(CaSO4·2H2O)+4CaO·Al2O3·13H2O+14H2O→3CaO·A12O3·3CaSO4·32H2O+Ca(OH)2
钙矾石是溶解度极小的盐类，在化学结构上结合了大量的结晶水，导致其体积比原反应物的体积增加1.5倍以上。因此，在水泥基材料表面层产生膨胀压力，使表面疏松并出现裂纹；接着，侵蚀液沿着出现的裂纹逐步向内部扩散，加快钙矾石的生成。加之钙矾石在物质形态上是针状晶体，呈刺猬状在原水化铝酸钙的固相表面上结晶。所有这些原因会使混凝土内部产生极大的内应力，最终使混凝土在结构上遭到破坏。钙矾石膨胀破坏的特点是混凝土试件表面出现少数较粗大的裂纹。
钙钒石膨胀破坏也称E盐破坏，当侵蚀溶液中SO4 2-的浓度低于1.0g/L时，只有钙矾石生成。
1.1.2石膏晶体的侵蚀破坏
在水泥中加入石膏可以对水泥起到调凝、控制干缩和提高强度、特别是早期强度的作用，但是石膏的加入量必须合理控制，否则也会引起混凝土内部侵蚀破坏。根据浓度积规则，只有当SO4 2-和Ca2+的浓度积大于或等于CaSO4的浓度时，才会有石膏晶体析出。若混凝土的毛细孔中被饱和的Ca(OH)2溶液充满，当硫酸盐浓度较高时，不仅会有钙矾石生成，而且还会有石膏晶体析出。
Na2SO4+Ca(OH)2→Ca2++SO4 2-+2Na++2OH-
Ca2++SO4 2-+2H2O→CaSO4·2H2O
从Ca(OH)2转化为石膏，体积增大1.24倍，这也将会增大混凝土的内部应力，使混凝土结构造成破坏。此外，由于该反应消耗掉了混凝土中的Ca(OH)2，造成混凝土中Ca2+含量降低，影响水化硅酸钙(3CaO·2SiO2·3H2O)的稳定性，水化硅酸钙是混凝土强度的主要来源，水化硅酸钙的减少将导致混凝土的强度和耐久性降低。石膏结晶破坏的特点是试件没有粗大裂纹但遍体溃散。
石膏膨胀破坏也称为G盐破坏。当侵蚀溶液中SO4 2-浓度高于1.0g/L时，开始平行发生钙矾石-石膏复合结晶；当侵蚀溶液中SO4 2-浓度高于8.0g/L时，石膏结晶占主导地位。
1.1.3MgSO4的双重侵蚀破坏
当含有Mg2+的硫酸盐溶液与混凝土接触时，除了发生硫酸盐侵蚀外，还会发生镁盐侵蚀，二者复合叠加，使MgSO4侵蚀成为硫酸盐侵蚀中破坏作用最大的一种。
MgSO4+Ca(OH)2+H2O→CaSO4·2H2O+Mg(OH)2
3MgSO4+4CaO·Al2O3·13H2O+20H2O+2Ca(OH)2→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+3Mg(OH)2
3CaO·2SiO2·3H2O+3MgSO4+8H2O→3Mg(OH)2+3(CaSO4·2H2O)+2H2SiO3
2Mg(OH)2+2H2SiO3→2MgO·2SiO2·3H2O+H2O
生成Mg(OH)2的同时，在Mg(OH)2层里面也有部分石膏和钙矾石生成，它们是SO4 2-和Ca(OH)2反应生成的。由于Mg2+和SO4 2-都要与Ca(OH)2发生反应，因此消耗掉大量的Ca(OH)2，造成混凝土内部的pH值下降，破坏了水化硅酸钙凝胶C-S-H稳定存在的环境，同时Ca(OH)2的大量消耗使生成的C-S-H减少。为了保持溶液的pH值，增加自身的稳定性，C-S-H要不断分解，释放出Ca(OH)2，但是释放出来的Ca(OH)2并没有能够增加pH值，而是继续与MgSO4反应生成更多的Mg(OH)2和CaSO4·2H2O，加剧了C-S-H的分解，使混凝土中C-S-H的含量进一步降低；此外，反应中生成的石膏晶体和钙矾石晶体都会引起混凝土体积膨胀；同时，反应将Ca(OH)2转化为Mg(OH)2，且Mg2+、Ca2+具有相同的化合价和相近的离子半径，故MgSO4易与Ca(OH)2作用生成石膏、氢氧化镁和硅胶。随着反应的进行，Mg(OH)2不断增加，硅胶与Mg(OH)2也将发生反应，生成水化硅酸镁凝胶M-S-H。
混凝土中主要靠C-S-H起胶凝作用，它是混凝土强度的主要来源，而在上述的反应中生成的硅胶、Mg(OH)2以及M-S-H的胶凝能力均不及C-S-H。因此，MgSO4侵蚀对混凝土强度影响最大，常常造成混凝土的结构溃散。
1.1.4物理硫酸盐侵蚀
物理硫酸盐侵蚀一般指硫酸盐结晶。在硫酸盐侵蚀实验中采用的是浸泡，烘干循环即浸烘循环的实验方法，混凝土一直处于干湿交替循环的状态中。因此，进入混凝土中未发生化学反应的Na2SO4和MgSO4持续地处于吸水膨胀和脱水收缩的状态，发生如下反应：
Na2SO4+10H2O→Na2SO4·10H2O
MgSO4+H2O→MgSO4·H2O+5H2O
MgSO4+H2O→MgSO4·6H2O+H2O
MgSO4+H2O→MgSO4·7H2O
混凝土孔隙中的碱金属硫酸盐溶液浓度高时就会有盐结晶析出，产生极大的结晶应力和体积膨胀，从而使混凝土破坏。特别是当混凝土结构的一部分浸入硫酸盐溶液，另一部分暴露在干燥空气中时，硫酸盐溶液在毛细管作用下升至暴露在空气中的部分然后蒸发，硫酸盐溶液浓缩而析出晶体，在混凝土内部产生体积膨胀和结晶应力，最终使混凝土开裂。到侵蚀的后期，混凝土强度急剧降低，这是因为随着侵蚀作用的加剧，混凝土内部结构变得疏松，产生裂纹，侵蚀液沿着裂纹进入混凝土内部，硫酸盐的结晶作用产生的结晶应力和体积膨胀进一步导致混凝土强度降低。而且在Na2SO4溶液中侵蚀的混凝土强度降低的更明显，这是因为随着干湿循环次数的增加，盐的结晶作用占主导地位，Na2SO4结晶直接生成Na2SO4·10H2O；而MgSO4结晶却是一个由MgSO4·H2O逐渐到MgSO4·7H2O的过程，其破坏力远远小于Na2SO4·10H2O。
1.2碱-硅酸反应对混凝土耐久性的影响
碱-骨料反应(Alkali-Aggregat eReaction,简称AAR)是影响混凝土耐久性最主要的因素之一，它可以分为碱-硅酸反应(Alkali-Silica Reaction,简称ASR)和碱-碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR)。目前，世界各国发生的碱-骨料反应绝大多数为碱-硅酸反应。
1.2.1碱-硅酸反应的膨胀机理
碱-硅酸反应是混凝土孔溶液中的羟基离子与骨料中存在的活性二氧化硅之间的一种膨胀性化学反应。反应产物是含有二氧化硅、钠、钾、钙和水的成分变化范围很大的碱性硅酸盐凝胶。
由于碱性硅酸盐凝胶的固相体积大于反应前的体积，而且具有很强的吸水性，因此在混凝土内部会产生膨胀应力，而且碱-硅凝胶吸水后进一步促进碱-硅酸反应的发展，使混凝土内部的膨胀应力增大，从而导致混凝土开裂，严重的可导致混凝土结构崩溃。其反应机理如下：
2NaOH+SiO2→NaO·SiO2·H2O
碱-硅酸反应的膨胀机理可分为以下几个步骤：(1)水泥中的碱溶解释放，形成活性硅溶解的高碱环境；(2)骨料中的活性SiO2与OH-发生反应，结构被OH-解聚和破坏，随后碱金属离子吸附于反应产物新生成的表面上，形成碱-硅酸凝胶；(3)当碱-硅酸凝胶与水接触时，凝胶会通过渗透压吸收大量的水而发生肿胀，在混凝土内部产生膨胀应力。如果系统的约束度较低，随着凝胶吸收大量的水而发生肿胀，可使受影响的骨料颗粒、骨料周边的水泥浆基体膨胀和开裂。
1.3方法
1)查阅资料，制定研究方案；
2)配制Na2SO4侵蚀溶液和NaOH侵蚀溶液；
3)确定试件配合比；
4)采用JJ-5型水泥胶砂搅拌机进行搅拌，并装入25mm×25mm×280mm的水泥干缩试模内；
5)试件成型完毕后，放入标准养护室内养护(24±2)h脱模，接着将试件放入(80±2)℃的高温恒温养护箱中养护至规定龄期；
6)采用比长仪测定试件到达规定龄期后的膨胀率。
1.4目标
本发明采用不同浓度的Na2SO4和NaOH溶液，在两种侵蚀溶液的共同作用下，分别测定砂浆棒试件1d、3d、7d、10d、14d的膨胀率，对照分析，一方面得出得到硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应的协同作用对混凝土的破坏规律；另一方面，通过内掺粉煤灰来探究抑制硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应协同作用的措施，确定粉煤灰的适宜掺量，并对机理进行分析。
2、技术原理
2.1原料和仪器
2.1.1原料
本发明的原材料有水泥、粉煤灰、标准砂、活性玻璃、分析纯无水Na2SO4、分析纯NaOH。水泥取自唐山冀东水泥股份有限公司，品种为P.Ⅱ42.5R；粉煤灰取自唐山建设集团有限责任公司；标准砂购自厦门文思欧标准砂有限公司，取粒径范围为0.3mm～0.6mm的标准砂作为试验用砂；活性玻璃购自北京盛华科仪石英玻璃有限公司，取粒径范围0.3mm～0.6mm的玻璃作为活性骨料；分析纯无水Na2SO4、分析纯NaOH均购自天津市盛奥化学试剂有限公司。
水泥和粉煤灰的化学成分见表1，水泥的物理性能见表2。
表1水泥和粉煤灰的化学成分(％)
Figure BDA0002562295740000141
表2水泥的物理性能
Figure BDA0002562295740000142
2.1.2仪器设备
仪器：
膨胀测头，干燥器，搪瓷盘，刮平尺，捣棒、毛刷等，25mm×25mm×280mm的水泥干缩试模若干。
部分试验所用设备见表3。
表3实验仪器设备
Figure BDA0002562295740000143
2.2方法
2.2.1侵蚀溶液的配制
(1)Na2SO4溶液：用电子天平准确称取10.0g，50.0g，100.0g无水Na2SO4，分别放入三个烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的Na2SO4溶液冷却至室温，然后全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，使凹液面与刻度线相切。待溶液配好之后，测定其pH值，令其保持在7～8之间。
(2)NaOH溶液：用电子天平准确称取40g固体NaOH，放入烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的NaOH溶液冷却至室温，然后全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，使凹液面与刻度线相切，配制成1mol/L的NaOH溶液。
(3)将Na2SO4溶液和NaOH溶液混合均匀，作为侵蚀溶液使用。
2.2.2试件配合比
水泥与砂的质量比为1:2.25，水灰比为0.47，砂由90％的标准砂和10％的活性玻璃组成，粉煤灰掺量分别为10％、20％、30％。一组三个试件共需水泥和粉煤灰440.0g，砂891.0g，活性玻璃99.0g，水206.8mL，外加一定量的NaOH使水泥碱含量达到1.25％。水泥碱含量以当量Na2O计，Na2Oeq＝(Na2O+0.658K2O)。试件配合比详见表4。
表4试件配合比
Figure BDA0002562295740000151
2.2.3试件成型
按配合比称取原料，用胶砂搅拌机进行机械搅拌。先使搅拌机处于待工作状态，把水加入锅里(外加碱预先加到拌合水中)，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置；然后立即开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀的将砂子加入；把机器转至高速再搅拌30s；停拌90s，在第一个15s内用胶刀将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间；再高速继续搅拌60s。各搅拌阶段，时间误差应在±1s以内。
搅拌完成以后，立即将砂浆分两层装入已装有膨胀测头的试模中，每层捣40次，注意膨胀测头四周应小心捣实，浇捣完毕后用小刀刮除多余砂浆，抹平，编号并标明测长方向。
试件成型完毕后，立即带模放入标准养护室内。养护(24±2)h后脱模，用比长仪测量试件的初始长度。待测的试件须用湿布覆盖，以防止水分蒸发。
2.2.4试件养护与测长
测完初始长度后，将试件浸没于养护盒(一个养护盒内试件品种应相同)内的水中，并保持水温在(80±2)℃的范围内(加盖放在高温恒温养护箱中)，养护(24±2)h。
从高温恒温养护箱中取出一个养护盒，打开养护盒盖子，从养护盒中取出试件，用毛巾擦干表面，用比长仪测量试件的基准长度，从取出试件至完成读数应在(15±5)s内，在试件表面覆盖湿毛巾，全部试件测完基准长度后，再将试件
分别在装有S1(0％Na2SO4+0mol/LNaOH)侵蚀溶液、S2(0％Na2SO4+1mol/LNaOH)侵蚀溶液、S3(1％Na2SO4+1mol/LNaOH)侵蚀溶液、S4(5％Na2SO4+1mol/LNaOH)侵蚀溶液、S5(10％Na2SO4+1mol/LNaOH)侵蚀溶液的养护盒中浸泡，并保持水温在(80±2)℃的范围内(加盖放在高温恒温养护箱中)。
测长龄期自测定基准长度之日起计算，在测定基准长度后第3d、7d、10d、14d再分别测长，每次测长时间安排在每一天近似同一时刻，测长方法与测基准长度方法相同，每次测长完毕后，应立即将试件放入原养护盒内，加盖后放回(80±2)℃的高温恒温养护箱中继续养护至下一个测试龄期。
2.2.5结果计算
试件膨胀率按式(2.1)计算，精确至0.001％：
Figure BDA0002562295740000171
式中：Et表示试件在t天龄期的膨胀率，％；Lt表示试件在t天龄期的长度，mm；L0表示试件的基准长度，mm；Δ表示膨胀测头的长度，mm。
膨胀率以3个试件的膨胀值的算术平均值作为实验结果，精确至0.01％。一组试件中任何一个试件的膨胀率与平均值相差不大于0.01％则结果有效，而对膨胀率平均值大于0.05％时，每个试件的测定值与平均值之差小于平均值的20％也认为结果有效。
2.3试验结果及分析
2.3.1硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应对混凝土协同作用的研究
将相同配合比的试件浸泡于不同浓度的侵蚀溶液中，观察试件膨胀率的变化情况，研究硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用。
1)空白试样A0的试验情况
如图3所示，在S1侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.154％，与之相比，在S2侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.225％，膨胀率增幅为46.1％。由此可见，外部碱溶液的侵蚀促进了碱-硅酸反应，使试件的膨胀率明显升高。
在S3、S4、S5侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率分别为0.633％，0.512％，0.485％，相比在S2侵蚀溶液中浸泡的试件，膨胀率增幅分别为181.3％，127.6％，115.6％。由此可见，Na2SO4的加入增强了对混凝土的破坏，且随着Na2SO4浓度的升高破坏作用减弱。当侵蚀溶液为1％Na2SO4+1mol/LNaOH时，硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用对混凝土的破坏最大。
试件在S3侵蚀溶液中浸泡7d后，膨胀率明显增大。这是因为浸泡初期侵蚀溶液仅在试件表面进行反应，随着龄期的增长，试件表面疏松并产生裂纹，侵蚀溶液沿着出现的裂纹向试件内部扩散，加快了侵蚀速度。
综上所述，对于在不同浓度侵蚀溶液中浸泡的未掺粉煤灰的试件，硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应对混凝土的破坏存在协同作用，但对混凝土的破坏协同作用随着溶液中SO4 2-浓度的升高而减弱。在S3侵蚀溶液中，SO4 2-浓度为3.36g/L，发生钙矾石-石膏复合侵蚀，对混凝土的破坏作用最大；在S4侵蚀溶液中，SO4 2-浓度为16.90g/L，石膏结晶开始占主导地位，其对混凝土的破坏作用弱于钙矾石-石膏复合侵蚀，但是仍能使砂浆棒发生明显膨胀；在S5侵蚀溶液中，SO4 2-浓度为33.80g/L，高于S4侵蚀溶液中的SO4 2-浓度，对混凝土的破坏作用减弱。
2)掺10％粉煤灰试样A1的试验情况
如图4所示，在S2侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.202％，在S3侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.409％；在S4侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.433％，在S5侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.438％。
由图4可见，10％粉煤灰后，随Na2SO4浓度的提高，膨胀率增加，与图3相比，有不同的变化规律。说明掺入粉煤灰对硫酸钠与碱的协同作用产生了影响。掺入10％粉煤灰后，对应不同的硫酸钠浓度，其膨胀率均比不掺粉煤灰的低。说明粉煤灰抑制了硫酸钠与碱的协同作用。
3)掺20％粉煤灰试样A2的试验情况
如图5所示，在S2侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.155％，在S3侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.297％；在S4侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.322％，在S5侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.329％。20％粉煤灰时，膨胀率随Na2SO4浓度的提高而增加，与A1有相同的规律，但膨胀率有进一步的降低。
4)掺30％粉煤灰试样A3的试验情况
如图6所示，在S2侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.149％，在S3侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.216％，在S4侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.226％，在S5侵蚀溶液中浸泡的试件14d膨胀率为0.278％。30％粉煤灰时，膨胀率同样是随Na2SO4浓度的提高而增加，且膨胀率有更进一步的降低。
由图4～图6可见，对于在不同浓度侵蚀溶液中浸泡的内掺粉煤灰的试件，硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用增强了对混凝土的破坏，并且随着溶液中SO4 2-浓度的升高，破坏作用增强。当侵蚀溶液为10％Na2SO4+1mol/LNaOH时，硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用对混凝土的破坏最大。这一规律与由图3所得到的规律不相同，可能的原因是粉煤灰的掺入改变了侵蚀界面处的组成，影响了反应进程，从而导致这一协同作用规律的产生。
2.3.2同时抑制硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应措施的研究
通过内掺10％、20％、30％的粉煤灰，将不同配合比的试件浸泡于相同浓度的侵蚀溶液中，观察试件膨胀率的变化情况，研究同时抑制硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应的措施。
1)粉煤灰对碱-硅酸反应抑制作用的研究
如图7所示，在S1侵蚀溶液中，A0试件14d膨胀率为0.154％，与之相比，A1，A2，A3试件14d膨胀率分别为0.153％，0.151％，0.141％，膨胀率降幅分别为0.6％，1.9％，8.4％。
由图7可见，在没有外部环境侵蚀的情况下，内掺10％，20％粉煤灰对于碱-硅酸反应的抑制效果并不明显，内掺30％粉煤灰有一定的抑制效果。
如图8所示，在S2侵蚀溶液中，A0试件14d膨胀率为0.225％，与之相比，A1，A2，A3试件14d膨胀率分别为0.202％，0.155％，0.149％，膨胀率降幅分别为10.2％，31.1％，33.8％。
由图8可见，在外部碱溶液侵蚀的情况下，内掺10％粉煤灰的试件在养护10d时开始表现对碱-硅酸反应的抑制作用，14d膨胀率明显降低。内掺20％，30％粉煤灰的试件在整个养护龄期内对碱-硅酸反应膨胀都有明显的抑制效果。需要说明的是，虽然内掺粉煤灰可使试件的膨胀率降低，但是因为活性骨料掺量较大，所以当粉煤灰掺量达到30％时，仍不能使试件14d膨胀率降低至0.1％以下。
2)粉煤灰对同时抑制硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应的研究
如图9所示，在S3侵蚀溶液中，A0试件14d膨胀率为0.633％，与之相比，A1，A2，A3试件14d膨胀率分别为0.409％，0.297％，0.216％，膨胀率降幅分别为35.4％，53.1％，65.9％。由此可见，粉煤灰的掺入可有效地抑制硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用，且随着粉煤灰掺量的增加，其抑制作用增强。
如图10所示，在S4侵蚀溶液中，A0试件14d膨胀率为0.512％，与之相比，A1，A2，A3试件14d膨胀率分别为0.433％，0.322％，0.226％，膨胀率降幅分别为15.4％，37.1％，55.9％。由此可见，随着硫酸钠侵蚀溶液浓度的升高，粉煤灰的抑制作用逐渐减弱，但相对于未掺粉煤灰的试件仍有明显的抑制效果。
如图11所示，在S5侵蚀溶液中，A0试件14d膨胀率为0.485％，与之相比，A1，A2，A3试件14d膨胀率分别为0.438％，0.329％，0.278％，膨胀率降幅分别为9.7％，32.2％，42.7％。由此可见，当侵蚀溶液的浓度继续升高时，粉煤灰的抑制作用进一步减弱。内掺10％粉煤灰的试件14d膨胀率降幅已不足10％，这说明粉煤灰对硫酸盐侵蚀与碱硅酸反应协同作用的抑制程度受侵蚀溶液浓度的影响。内掺20％、30％粉煤灰对试件的膨胀率仍有明显抑制效果。0
由图9～图11可见，粉煤灰对硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应的协同作用有明显的抑制效果，随着粉煤灰掺量的增加，其抑制作用增强。此外，侵蚀溶液浓度的升高对粉煤灰的抑制作用出现了不同程度的减弱，当粉煤灰掺量为10％时，侵蚀溶液浓度的升高对其抑制效果的影响最大。
综上所述，在本发明所采用的粉煤灰掺量范围内，效抑制硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应的协同作用的粉煤灰适宜掺量为30％。
2.3.3硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应协同作用机理的研究
1)试验方法
将不同侵蚀溶液浸泡的试件取出，取其表面层，敲碎。然后用小刀轻轻刮取水泥浆体与玻璃骨料交界处的产物，磨至粉末后在D/MAX2500PC型X射线衍射仪上对其进行XRD分析，分析其矿物组成，揭示硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应协同作用的机理。
2)试验结果
如图12所示，在S1侵蚀溶液中，侵蚀界面处检测出了SiO2和Ca(OH)2。由于在取样时有标准砂混入，导致了图谱中有较高和较多的SiO2峰出现。
如图13所示，在S3侵蚀溶液中，随着Na2SO4参与反应，发生钙矾石-石膏复合侵蚀，侵蚀界面上出现钙矾石和石膏。钙矾石和石膏均为膨胀性矿物，钙矾石和石膏的出现导致试件14d膨胀率大幅度升高。
如图14所示，在S4侵蚀溶液中，随着Na2SO4浓度的升高，溶液中SO4 2-浓度变大，侵蚀过程由钙矾石-石膏复合侵蚀变为石膏结晶占主导的侵蚀，侵蚀界面上检测到石膏存在，对试件14d膨胀率的影响降低。
如图15所示，在S5侵蚀溶液中，Na2SO4浓度进一步升高，溶液中SO4 2-浓度大幅度升高，石膏侵蚀进一步加强。但是，结合图3中膨胀率的测定结果，对于在S4侵蚀溶液中浸泡的砂浆棒试件14d膨胀率大于在S5侵蚀溶液中浸泡的砂浆棒试件14d膨胀率的原因，还有待进一步分析。
由图12～图15可见，随着Na2SO4浓度的升高，侵蚀界面上先后出现了钙矾石和石膏，当SO4 2-的浓度进一步升高时，侵蚀界面上只检测到石膏。随着Na2SO4浓度的升高，侵蚀界面上的反应产物对试件膨胀率的影响降低，因此，对于未掺粉煤灰的试样，硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应协同作用随着SO4 2-的浓度的升高而降低。
图16为A3试件在S1(0％Na2SO4+0mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。图17为A3试件在S3(1％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。图18为A3试件在S4(5％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。图19为A3试件在S5(10％Na2SO4+1mol/LNaOH)中浸泡14d后的XRD图谱。
由图16～图19可见，对于掺加粉煤灰的试件，其侵蚀界面处检测出了SiO2、Ca(OH)2和水钙沸石(CaAl2Si2O8·4H2O)。水钙沸石具有吸附性，晶格中存在的大小不同的空腔可有效吸附混凝土中的活性成分—碱离子。由此可见，粉煤灰的掺入改变了骨料与水泥浆体界面处的产物组成，有效的降低了硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应引起的膨胀。
对于在硫酸钠和氢氧化钠混合侵蚀溶液中，在图17～图19中没有发现硫酸钠的侵蚀产物石膏和AFt，意味着硫酸钠侵蚀被抑制，但从前述试验中知道相应的试件仍然有较大的膨胀，说明试件的膨胀主要是由碱-硅酸反应引起的。由此可以推测，粉煤灰对硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应协同作用的抑制主要是通过抑制硫酸盐侵蚀而达到的。
3、结论
1)硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应对混凝土的破坏存在协同作用；
2)对于未掺粉煤灰的试件，硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应对混凝土的破坏协同作用随着溶液中SO4 2-浓度的升高而减弱。但对于掺粉煤灰的试件，硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应对混凝土的破坏协同作用随着溶液中SO4 2-浓度的升高而增强；
3)粉煤灰的掺入可有效地抑制硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用，且随着粉煤灰掺量的增加，其抑制作用增强；
4)粉煤灰对硫酸盐侵蚀与碱硅酸反应协同作用的抑制程度受硫酸盐侵蚀溶液浓度的影响。随着硫酸钠侵蚀溶液浓度的升高，粉煤灰的抑制作用逐渐减弱，但相对于未掺粉煤灰的试件仍有明显的抑制效果；
5)粉煤灰有效降低硫酸盐侵蚀和碱-硅酸反应引起膨胀的原因是其掺入改变了骨料与水泥浆体界面处的产物组成；
6)粉煤灰对硫酸盐侵蚀和碱硅酸反应协同作用的抑制可能主要是通过抑制硫酸盐侵蚀而达到的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法，其特征在于，所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同抑制方法包括：通过向混凝土中添加粉煤灰抑制硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用；
粉煤灰与水泥共同组成混凝土中的胶凝材料；粉煤灰添加量应为胶凝材料的30％，水泥添加量为胶凝材料的70％。
2.一种测试如权利要求1所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，其特征在于，所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法包括：
步骤一，分别配置Na2SO4溶液与NaOH溶液，并将配置好的Na2SO4溶液与NaOH溶液混合均匀，得到侵蚀溶液；
步骤二，制作试件，进行试件养护与测长；
步骤三，将试件浸泡于步骤一中得到侵蚀溶液中，通过测定试件膨胀率的变化进行测试硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用。
3.如权利要求2所述的硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，其特征在于，步骤一中，所述Na2SO4溶液配置方法包括：
利用电子天平称取无水Na2SO4，放入烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的Na2SO4溶液冷却至室温，全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，令凹液面与刻度线相切；溶液配好之后，测定溶液pH值，保持溶液pH值在7～8之间。
4.如权利要求3所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，其特征在于，步骤一中，所述NaOH溶液配置方法包括：
利用电子天平称取固体NaOH，放入烧杯中，用300mL左右蒸馏水溶解；将溶解的NaOH溶液冷却至室温，全部转移到1000mL容量瓶中；用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，将洗涤过的溶液全部放入1000mL容量瓶中；将容量瓶中的溶液振荡均匀后向容量瓶加水，当离刻度线1cm～2cm时，改用胶头滴管，令凹液面与刻度线相切，配制成NaOH溶液。
5.如权利要求3所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，其特征在于，步骤二中，所述按照一定比例制作试件包括：
(1)按照混凝土配合比例称取混凝土原料；所述混凝土原料包括但不限于称取水泥、砂、外加碱以及水；
(2)用胶砂搅拌机进行机械搅拌；将外加碱加入到水中，并搅拌均匀得到拌合水；令搅拌机处于待工作状态，将拌合水加入锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置；然后立即开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀的将砂子加入；把机器转至高速再搅拌30s；停拌90s，在第一个15s内用胶刀将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间；再高速继续搅拌60s；各搅拌阶段，时间误差应在±1s以内；
(3)搅拌完成，立即将砂浆分两层装入已装有膨胀测头的试模中，每层捣40次，浇捣完毕后用小刀刮除多余砂浆，抹平，编号并标明测长方向；
(4)试件成型后，立即带模放入标准养护室内。养护24±2h后脱模，用比长仪测量试件的初始长度；待测试件须用湿布覆盖。
6.如权利要求3所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，其特征在于，步骤二中，所述试件养护与测长包括：
1)测试试件初始长度后，测完初始长度后，将试件浸没于养护盒内的水中，并保持水温在80±2℃的范围内，加盖放在高温恒温养护箱中，养护24±2h；
2)从高温恒温养护箱中取出养护盒，打开养护盒盖子，从养护盒中取出试件，用毛巾擦干表面，用比长仪测量试件的基准长度，从取出试件至完成读数保持在15±5s内，在试件表面覆盖湿毛巾；
3)全部试件测完基准长度后，将试件在装有侵蚀溶液的养护盒中浸泡，并保持水温在80±2℃的范围内，加盖放在高温恒温养护箱中；
4)测长龄期自测定基准长度之日起计算，在测定基准长度后第3d、7d、10d、14d再分别测长，每次测长时间安排在每一天同一时刻，测长方法与测基准长度方法相同，每次测长完毕后，立即将试件放入原养护盒内，加盖后放回80±2℃的高温恒温养护箱中继续养护至下一个测试龄期。
7.如权利要求3所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，其特征在于，步骤三中，所述试件膨胀率变化测定方法包括：
试件膨胀率计算公式如下：
Figure FDA0002562295730000031
式中：Et表示试件在t天龄期的膨胀率，％；Lt表示试件在t天龄期的长度，mm；L0表示试件的基准长度，mm；Δ表示膨胀测头的长度，mm。
8.如权利要求3所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法，其特征在于，所述硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的协同作用测试方法还包括：
首先，将在侵蚀溶液中浸泡的试件取出，取试件表面层，敲碎；
其次，用小刀轻轻刮取水泥浆体与玻璃骨料交界处的产物，磨至粉末；
然后，在D/MAX2500PC型X射线衍射仪上对磨粉进行XRD分析；
最后，通过分析矿物组成，测试硫酸盐侵蚀与碱-硅酸反应的协同作用。
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