堿骨料反應(yīng)及預(yù)防措施

1、混凝土堿骨料反應(yīng)混凝土堿骨料反應(yīng)1.1混凝土堿骨料反應(yīng)簡(jiǎn)介 堿骨料反應(yīng)開(kāi)始是在30年代美國(guó)西部地區(qū)的堤壩、公路、橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)物發(fā)生異常膨脹，產(chǎn)生裂縫而發(fā)現(xiàn)的。進(jìn)入70年代后，不斷從歐洲、南非等地傳來(lái)堿骨料反應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)損傷報(bào)告，堿骨料反應(yīng)作為個(gè)世界性的普遍問(wèn)題被提了出來(lái) 。由于堿骨料反應(yīng)一般是在混凝土成型后的若干年后逐漸發(fā)生,其結(jié)果造成混凝土耐久性下降,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使混凝土喪失使用價(jià)值,且由于反應(yīng)是發(fā)生在整個(gè)混凝土中,因此,這種反應(yīng)造成的破壞既難以預(yù)防,又難于阻止,更不易修補(bǔ)和挽救,故被稱為混凝土的“癌癥”。1.2混凝土堿骨料反應(yīng)概念 堿骨料反應(yīng)（alkali aggregate react

2、ion 簡(jiǎn)寫作aar）是指混凝土中的堿性物質(zhì)與骨料中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土內(nèi)部自膨脹應(yīng)力而開(kāi)裂的現(xiàn)象。1.3混凝土堿骨料反應(yīng)危害 堿骨料反應(yīng)導(dǎo)致混凝土破壞特征均表現(xiàn)為混凝土膨脹開(kāi)裂,大量微裂縫的產(chǎn)生不僅降低混凝土的力學(xué)性能,更重要的是加速了水、腐蝕離子滲入混凝土內(nèi)部,從而誘發(fā)堿骨料反應(yīng)、鋼筋銹蝕、凍融破壞協(xié)同效應(yīng),嚴(yán)重影響了混凝土工程耐久性能。再有堿骨料反應(yīng)是在混凝土堿活性骨料周圍緩慢、長(zhǎng)期發(fā)生的,不僅無(wú)法阻止其破壞繼續(xù)發(fā)展,且破壞后不宜修復(fù),因此被稱為混凝土的“癌癥”。1.3.1破壞特征（1）時(shí)間性 受堿骨料反應(yīng)影響的混凝土需要幾年或更長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂破壞。（2）表面開(kāi)裂 如果

3、混凝土沒(méi)有施加預(yù)應(yīng)力，裂縫呈網(wǎng)狀，每條裂縫長(zhǎng)約數(shù)厘米。在預(yù)應(yīng)力作用區(qū)域裂縫將主要沿預(yù)應(yīng)力方向發(fā)展，形成平行于鋼筋的裂縫。（3）膨脹（4）滲出凝膠si-ona（5）內(nèi)部凝膠 堿骨料反應(yīng)后的膨脹是由反應(yīng)生成堿-硅酸凝膠吸水引起的，因此凝膠的存在是發(fā)生了堿-硅酸反應(yīng)最直接的證明。（6）反應(yīng)環(huán) 有些骨料在與堿發(fā)生反應(yīng)以后，會(huì)在骨料周圍形成一個(gè)深色的薄圈，稱為反應(yīng)環(huán)。（7）內(nèi)部裂紋 當(dāng)堿骨料反應(yīng)引起超量膨脹時(shí)，會(huì)在混凝土中心形成內(nèi)部裂紋，裂紋常常充滿凝膠。混凝土暴露面限制了內(nèi)部混凝土的膨脹，因此導(dǎo)致了面層的拉應(yīng)力。如果反應(yīng)程度足夠大，在此情況下就會(huì)產(chǎn)生大的裂紋。1.4堿骨料反應(yīng)發(fā)生條件及分類和機(jī)理（1）

4、堿骨料反應(yīng)發(fā)生條件 發(fā)生堿骨料反應(yīng)需要具有三個(gè)條件 混凝土的原材料水泥、混合材、外加劑和水中含堿量高。 骨料中有相當(dāng)數(shù)量的活性成分； 潮濕環(huán)境，有充分的水分或濕空氣供應(yīng)。（2）堿骨料反應(yīng)的分類和機(jī)理 按照活性材料及其產(chǎn)生破壞時(shí)的反應(yīng)機(jī)理不同，一般將堿集料反應(yīng)分為三種： 堿硅酸反應(yīng)（alkali-silica reaction）,即最早的aar或經(jīng)典的堿骨料反應(yīng)。具體是指混凝土中的堿與骨料中微晶或無(wú)定型硅酸發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅酸類2naoh+sio2+nh2o na2osio2(n+1)h2o堿硅酸類會(huì)在混凝土表面形成凝膠（如圖），干燥后為白色的沉淀物，具有強(qiáng)烈吸水膨脹的特性，此類反應(yīng)一般發(fā)生在骨

5、料與水泥石界面處，致使混凝土產(chǎn)生不均勻膨脹引起開(kāi)裂。 堿硅酸鹽反應(yīng)（alkali-silicate reaction，asr）,活性骨料是結(jié)晶良好的硅酸鹽巖石。堿硅酸鹽反應(yīng)是指混凝土中的堿與骨料中的某些層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽發(fā)生反應(yīng)，使層狀硅酸鹽層間距增大，集料發(fā)生膨脹致使混凝土開(kāi)裂。 堿碳酸鹽反應(yīng)（alkali-carbonate reaction，acr）,其活性骨料是指某些碳酸鹽巖石。堿碳酸鹽反應(yīng)是指混凝土中的堿與具有特定結(jié)構(gòu)的黏土質(zhì)細(xì)粒白云質(zhì)石灰?guī)r或黏土質(zhì)細(xì)粒白云巖集料發(fā)生下列反應(yīng)，進(jìn)行的所謂去（脫）白云化作用 camg(co3)2+2naoh mg(oh)2+caco3+na2co3 na

6、2co3+ca(oh)2 2naoh+caco3這種反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，直至白云石被完全作用或堿濃度降到足夠低為止，其特點(diǎn)是反應(yīng)較快，而且反應(yīng)少見(jiàn)凝膠產(chǎn)物，多呈龜裂或開(kāi)裂。 1.5堿-骨料反應(yīng)的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法 堿骨料反應(yīng)具有很長(zhǎng)的潛伏期，盡早確定含巖石骨料是否具有堿活性具有非常重要的意義。大體上分為三類：一是通過(guò)巖相鑒定檢驗(yàn)骨料中是否有活性組分的巖相法；二是以骨料與堿作用后所產(chǎn)生的膨脹率大小作為判斷的依據(jù)；三是依骨料在堿液中的反應(yīng)程度作為判據(jù)的化學(xué)法。下面介紹通用的堿骨料反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法。（1）巖相法 該方法借助光學(xué)顯微鏡，x射線衍射分析等巖相分析方法，鑒定骨料的巖石種類，礦物組成及各組分含量，并以此判

7、斷骨料的堿活性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快，可直接觀察到骨料中的活性組分。巖相鑒定法對(duì)其后選擇合適的檢測(cè)方法有重要的指導(dǎo)作用，一直作為骨料堿活性的鑒定首選。缺點(diǎn)是得不到活性成分含量與膨脹率的定量關(guān)系，并且此法需要相當(dāng)熟練地技術(shù)。（2）混凝土棱柱體法 試件尺寸為75mm*75mm*（275-405mm），試件成型后用塑料膜覆蓋，放于23度，100%相對(duì)濕度條件下預(yù)養(yǎng)護(hù)24h，脫模測(cè)其初長(zhǎng)。然后38度，100%相對(duì)濕度下養(yǎng)護(hù)，測(cè)定1,2,4,8,13,26,39,52周各齡期的膨脹率。若半年超過(guò)0.03%或三個(gè)月膨脹率超過(guò)0.02%，1年膨脹率超過(guò)0.04%，則骨料為活性骨料。 該法既能用于硅質(zhì)骨料，又

8、可鑒定碳酸鹽骨料。另外，由于它可以使用粗骨料，因而更接近混凝土實(shí)際。但膨脹結(jié)果受水泥細(xì)度，水灰比和養(yǎng)護(hù)條件（溫度，濕度）及配合比影響。 (3)砂漿棒法 取試件尺寸為25mm*25mm*385mm。成型后1d脫模，測(cè)其初始長(zhǎng)度，然后在38度，100%相對(duì)濕度下養(yǎng)護(hù)，并測(cè)定不同齡期試件長(zhǎng)度變化。若3個(gè)月膨脹率小于0.05%，6個(gè)月小于0.1%，則為非活性骨料。該方法僅適用于一些高活性的快膨脹的巖石和礦物，對(duì)慢膨脹的骨料則不能快速的提出鑒定成果。（4）快速砂漿棒法 由于砂漿棒法周期長(zhǎng)，時(shí)間上不能滿足大多數(shù)工程需要，而且存在漏判例子，尤其是不能鑒定出許多慢膨脹骨料的活性，所以提出該法。 試件原材料及制

9、備程序和（3）法一樣，只是采用了不同的養(yǎng)護(hù)制度。用試件浸泡在80度的1mol/l的naoh溶液中，測(cè)其12d的膨脹值作為評(píng)定骨料潛在活性的依據(jù)。規(guī)定依據(jù)：膨脹率小于0.1%為非活性，膨脹率大于0.2%為活性。該法過(guò)于嚴(yán)格，某些被證明是無(wú)害的骨料可能被判為有害。 1.6堿-骨料反應(yīng)的主要因素 （1）水泥的含堿量 堿骨料反應(yīng)引起的膨脹值與水泥中的na2o的含量緊密相關(guān)；混凝土總堿含量規(guī)定不大于3.0kg/m3,另外規(guī)定水泥中堿含量小于0.6%。 （2)混凝土的水灰比 在通常的水灰比范圍內(nèi)，隨著水灰比減小，堿骨料反應(yīng)得膨脹值有增大的趨勢(shì)，在水灰比為0.4時(shí)膨脹量最大。 （3）反應(yīng)骨料的特性 其中包括

10、骨料的礦物成分，粒度和集量有關(guān)。 隨著反應(yīng)性骨料含量的增加，混凝土的反應(yīng)膨脹量加大；粒度過(guò)大過(guò)小都能使反應(yīng)膨脹量減小，中間粒度（0.150.6mm）的骨料引起的反應(yīng)膨脹量最大，因?yàn)榇藭r(shí)反應(yīng)性骨料的總表面積最大；反應(yīng)性骨料孔隙率對(duì)其反應(yīng)膨脹量也有影響。 （4）混凝土的孔隙率 混凝土的空隙也能減緩堿骨料反應(yīng)時(shí)膠體吸水產(chǎn)生的膨脹壓力，因而隨孔隙率增加，反應(yīng)膨脹量減小，特別是細(xì)孔減緩效果最好。因此，加入引氣劑能減緩堿骨料反應(yīng)的膨脹。 （5）環(huán)境溫濕度的影響 混凝土的堿骨料反應(yīng)離不開(kāi)水，因此環(huán)境濕度對(duì)其有明顯影響。雖然說(shuō)在低濕度條件混凝土空隙中的堿溶液濃度增大會(huì)促進(jìn)堿骨料反應(yīng)，但如果環(huán)境相對(duì)濕度低于85

11、%，外界不供給混凝土水分，就不會(huì)發(fā)生混凝土中反應(yīng)膠體的吸水膨脹，它的最不利相對(duì)濕度為90%-95%。 每種反應(yīng)性骨料都有一個(gè)溫度限值。在該溫度以下，隨溫度增高膨脹量增大，當(dāng)超過(guò)該溫度限值時(shí)，反應(yīng)膨脹量明顯下降，最不利溫度在37.8-40度之間。四、堿骨料反應(yīng)的預(yù)防措施1、 控制水泥堿含量，優(yōu)先選用堿含量小于0.6的低堿水泥。一般情況下，把水泥堿含量低于0.6氧化鈉當(dāng)量（即na2o+0.658k2o）作為預(yù)防堿骨料反應(yīng)的安全界限。當(dāng)然，低堿水泥本身并不能控制堿集料反應(yīng)。2、 確定最小水泥用量。在滿足工程要求的強(qiáng)度及耐久性前提下選擇合適的水泥用量。3、 控制混凝土中總含堿量?；炷林袎A的來(lái)源不僅有

12、水泥，還包括混合材、外加劑、水以及骨料等，因此控制混凝土中各種原材料總堿量比單純控制水泥含堿量更為科學(xué)，目前已為許多國(guó)家所接受。如我國(guó)建設(shè)的南水北調(diào)中線工程，對(duì)具有堿活性或疑似堿活性的集料，規(guī)定干燥環(huán)境下的、類工程，其混凝土中總堿量不得大于3.0 kg/m3；潮濕環(huán)境下的類工程混凝土總堿量不大于3.0 kg/m3，、類不大于2.5kg/m3。4、避免使用活性骨料。如果混凝土的含堿量低于3.0 kg/m3，可以不做骨料堿活性檢驗(yàn)，否則應(yīng)對(duì)骨料進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)，如檢驗(yàn)判定為堿活性材料，則不能使用，或經(jīng)試驗(yàn)將其于非活性骨料按一定比例混合后確定對(duì)工程無(wú)損害的，方可使用。 5、采用摻合料，用天然沸石，硅粉、粉煤灰、火山灰或磨細(xì)礦渣微粉取代水泥拌制混凝土。硅灰添加量為51o時(shí)混凝土的膨脹量可減少1o2o，其控制效果根據(jù)反應(yīng)性骨料及硅灰的種類而不同。摻用粉煤灰或火山灰質(zhì)材料時(shí)，它們對(duì)水泥的置換率不應(yīng)小于25，