總堿含量對混凝土工程的影響

1、總堿含量對混凝土工程的影響客戶服務室：張向文（2009年7月發(fā)表于山東交通學院學報）摘要： 目前公路橋涵混凝土工程中，對原材料的堿含量和堿骨料反應要求嚴格了，對于總堿含量的控制要求也越來越嚴格，本文就針對混凝土中總堿含量展開分析。關鍵詞：堿骨料反應、總堿含量、堿活性、反應行為、超細粉等  The total alkali content of the concrete worksAbstract: The concrete highway bridge project, the raw material of alkali and alkali aggregate reaction

2、has been demanding for total control of the alkali more and more strict on this article for the total alkali content in concrete to analyze. Key words: alkali aggregate reaction, with a total alkali, alkali-active response, ultra-fine powder 1前言目前除了一些特殊廠房等采用鋼結構，其他結構物還是以混凝土為主要原材料?，F(xiàn)在工程中的混凝土結構還存在很

3、多問題，其中堿骨料反應的控制就是一項，且該項所導致后期開裂的嚴重后果已逐漸被人們所認識，雖然在一切公路橋涵工程中均對混凝土的原材料堿含量和堿骨料反應等進行了試驗，但是在實際中堿骨料反應行為的影響還是沒有得到具體的落實。引起混凝土破壞的內因是堿骨料反應(AAR),造成的破壞范圍大，損壞重,開裂后將誘發(fā)其他諸多破壞因素,且難以阻止其繼續(xù)發(fā)展,因而有人把堿骨料反應稱為混凝土的癌癥。混凝土中的堿類和集料的活性物質發(fā)生化學反應，使混凝土發(fā)生不均勻膨脹，產生裂縫，并有強度和彈性模量的下降等不良現(xiàn)象，從而縮短混凝土的壽命，危及工程安全。本文就混凝土總堿含量在不考慮外界環(huán)境的影響因素通過物理、力學和化學的角度

4、分析并實例說明工程中混凝土的堿含量超標問題，最后提出預防和控制措施。2堿骨料反應原理及具體要求2.1從化學因素分析：活性骨料、堿和水進行化學反應，在混凝土內骨料與水泥石的界面上生成硅酸鹽凝膠，此膠體狀從周圍介質中吸水膨脹（體積可增大3倍），在混凝土內部產生較大的膨脹壓和滲透壓（可達3-4兆Mpa），致使混凝土發(fā)生裂縫和破壞。反映方程式為：SiO2+2ROH+nH2OR2SiO3(n+1)H2O            (R為Na或K)2.2堿與某些層狀硅酸鹽集料，與水泥水化生成ROH相作

5、用后，使層狀硅酸鹽層距離由10（埃）增大到12（埃），集料發(fā)生膨脹，造成開裂，由于巖石結構、種類和質量因素，膨脹發(fā)生慢，但后果較為嚴重。2.3用細觀力學的方法分析，硬化水泥石是基體相，當骨料與堿發(fā)生反應時，骨料產生膨脹，而硬化水泥石則約束骨料的膨脹，與此同時，硬化水泥石將受到一個拉應力，當這個拉應力超過硬化水泥石的抗拉強度時，將發(fā)生開裂，由此得出以下判據(jù)：（p-m）/1+Ep（1/ k2-1） /Em<R1式中：p為粒子相(骨料)的自由膨脹；m 為基體相的自由膨脹；Ep 為離子相的彈性模量；Em為基體相的彈性模量；k為粒子相體積因子（Vp1/3），Vp為粒子相體積分數(shù)； R1為基體相的抗

6、拉強度。2.4堿骨料反應的三個條件：a.活性骨料的存在b.混凝土中含有一定數(shù)量的堿c.混凝土中含有足夠的水分2.5從堿骨料反應角度講，混凝土中的膠凝材料有著兩方面的作用：一是為堿骨料反應提供堿；二是硬化水泥石作為連續(xù)相對堿骨料反應膨脹起約束作用。膠凝材料所提供的堿是混凝土堿含量的主要來源，但是膠凝材料也不允許少，膠凝材料越少，約束力越弱，混凝土的膨脹將越大，就越容易開裂。2.6在堿骨料反應過程中水的作用：一是堿離子化的基礎；二是運輸堿的載體；三是堿骨料反應膨脹的源泉。2.7堿能促進水泥混凝土的收縮開裂，從保證混凝土的耐久性和體積穩(wěn)定性看，限制外加劑含堿量是控制混凝土總堿量的重要手段之一。2.8

7、堿骨料反應具有膨脹、速度、潮濕三大特征，引起混凝土開裂、剝落，并在此部位積聚較多的白色浸出物，引起鋼筋的銹蝕和凍融循環(huán)，對結構物的使用性能造成影響。受堿骨料反應膨脹開裂的工程從外觀上看，在少鋼筋約束的部位為網(wǎng)狀裂縫，在受鋼筋約束的部位多沿主筋方向開裂，在很多情況下可以看到從裂縫溢出白色或透明膠體的痕跡。在同一工程中潮濕部位發(fā)展嚴重也是其外觀特征之一。最后判斷還需要從受害的工程取芯樣鑒定。2.9公路橋涵水泥混凝土堿含量具體要求：每立方米混凝土的總堿含量，對一般橋涵不宜大于3.0kg/m3，對于特殊大橋、大橋和主要橋梁不宜大于1.8kg/m3，當處于嚴重受侵蝕的環(huán)境，不得使用有堿活性反應的骨料；且

8、在工程中盡量使用低堿水泥（水泥中堿含量不得大于0.6%）和低堿外加劑，減少混凝土中的堿含量。3.堿含量計算實例混凝土堿含量計算：混凝土總堿含量=水泥用量*水泥堿含量+粉煤灰用量*1/6*粉煤灰堿含量+礦粉用量*1/2*礦粉堿含量+外加劑用量*外加劑堿含量+用水量*水的堿含量某高速公路某項目部配合比及各種原材料堿含量匯總和計算如下：C50普通砼配比質量比例（kg）堿含量（%）水泥P.O42.5R4860.56砂628無堿骨料反應碎石1166無堿骨料反應水174不計減水劑4.3743.87阻銹劑14.585.411)水泥堿含量：486*0.56%=2.72 kg2)減水劑堿含量：3)阻銹劑堿含量：

9、4)每方混凝土總堿含量為:2.72+0.169+0.789=3.678 kg在不考慮水和集料含堿的條件下，根據(jù)以上計算得知C50用于大橋混凝土總堿含量3.68kg/m3大于1.80kg/m3，嚴重超標，其中水泥提供2.72kg/m3，其余主要由外加劑提供，同樣原理計算該工程的其他混凝土配合比的堿含量也同樣超標。目前，在工程中雖均使用非活性骨料，但是在混凝土中引起破壞的主要是堿硅反應。粗細骨料的主要成分是SiO2，隨時可能引起破壞，應引起注意。在此情況下，分情況討論：一是混凝土總堿含量超標，但使用了非活性骨料，不引起任何堿骨料反應，但堿能促進水泥混凝土的收縮開裂，應慎重使用。二是混凝土總堿含量超

10、標，但在骨料中可能引起堿骨料反映就應采取措施，否則不予使用。4.工程中堿骨料反應引起混凝土破壞實例       馬頰河橋柱與樁間混凝土破壞圖                               某橋梁和某試件的破壞圖5預防和控制措施

11、5.1采用無堿活性的骨料；5.2采用低堿水泥或降低水泥用量；5.3減少外加劑中的堿含量；5.4摻粉煤灰和礦粉等材料，取代一部分水泥，增加混凝土的和易性，降低成本；5.5采用超細粉取代10%-15%水泥用量，最大取代20%水泥用量，形成密實混凝土結構，同時可以取消外加劑從而降低成本。5.6外涂防腐涂料，使混凝土具有良好的耐堿性、附著力和抗?jié)B透性，減少混凝土的破壞，防止鋼筋的銹蝕，如果在擔心混凝土工程發(fā)生堿骨料反應的部位能有效地隔絕水和空氣的來源，也可以取得緩和堿骨料反應對工程損害的效果。5.7加強施工和養(yǎng)護的控制，遵守施工規(guī)程，保證混凝土的密度。通過以上七種方法盡量預防堿骨料反應和控制混凝土中總

12、堿含量，保證工程質量，僅供在實際工程工作中參考選擇。 參考文獻：1Hobbs D W,Gutteridge W A.Particle Size of Aggregate and Its Influence upon the Expansion Caused by the AlkaliSilica ReactionJ.Magazine of Concrete Research,1979,31,109：235-242.2Tan Mingshu,Han Sufen,Zhen Shihua.A Rapid Method for Identification of Alkali Reactiv

13、ity of AggregateJ.Cement and Concrete Research,1983，13(3)：417-422.3Zhang Chengzhi,Wang Aiqin,Tang Mingshu,Wu Binqing,Zhang Ningsheng.Influence of hte Size and the Size Grading of Aggregate on ASR ExpansionJ.Cement and Concrete Research,1999,29：1393-1396.4張承志.集料堿活性的評定與混合材抑制堿骨料反應膨脹有效性的評定D.南京，南京化工大學，1996年6月.5唐明述.加拿大公路橋梁和大壩的考察報告J