橋梁工程預(yù)防措施之混凝土堿骨料反應(yīng)

主講人：陳海華橋梁工程預(yù)防措施之混凝土堿骨料反應(yīng)1.1混凝土堿骨料反應(yīng)簡(jiǎn)介

堿骨料反應(yīng)開始是在30年代美國西部地區(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)世界性的普遍問題被提了出來。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)（AlkaliAggregateReaction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)開裂破壞。（2）表面開裂如果混凝土沒有施加預(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）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①混凝土的原材料水泥、混合材、外加劑和水中含堿量高。②骨料中有相當(dāng)數(shù)量的活性成分；③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：①堿－硅酸反應(yīng)（Alkali-SilicaReaction）,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定型硅酸發(fā)生反應(yīng)，生成堿硅酸類2NaOH+SiO2+nH2O→Na2O·SiO2·(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)生在骨料與水泥石界面處，致使混凝土產(chǎn)生不均勻膨脹引起開裂。②堿濕－硅倆酸鹽從反應(yīng)課（A份lk旋al底i-秧Si頸li累ca煩te廢R坦ea我ct節(jié)io博n，飯AS謀R）剖,活煩性骨盤料是盈結(jié)晶藝良好辱的硅就酸鹽主巖石叢。堿袍－硅齒酸鹽狹反應(yīng)爐是指概混凝扭土中留的堿壞與骨魯料中幅的某惜些層肢狀結(jié)糊構(gòu)的磨硅酸監(jiān)鹽發(fā)棋生反丸應(yīng)，永使層悄狀硅掌酸鹽偉層間牌距增魔大，絡(luò)集料申發(fā)生揚(yáng)膨脹懶致使場(chǎng)混凝庫土開哄裂。③堿出－碳愈酸鹽倚反應(yīng)秘（A今lk腎al詳i-暫Ca縣rb雞on傳at掠e陣Re猴ac系ti拖on撇，A秩CR窮）,穩(wěn)其活獅性骨參料是觸指某佩些碳盯酸鹽振巖石透。堿委－碳弦酸鹽克反應(yīng)盤是指判混凝既土中敲的堿工與具推有特寶定結(jié)屆構(gòu)的扇黏土冬質(zhì)細(xì)觸粒白遠(yuǎn)云質(zhì)住石灰丟巖或焦黏土繳質(zhì)細(xì)繞粒白錯(cuò)云巖圓集料原發(fā)生狗下列稈反應(yīng)懼，進(jìn)川行的被所謂掩去（躁脫）呆白云僑化作胃用Ca軍Mg厚(C遭O3危)2缺+2瀉Na銅OH?！鷳MM蟲g(端OH瘦)2贈(zèng)+C蠶aC濫O3賠+N組a2峽CO膜3Na車2C犯O3盛+C星a(吹OH狠)2午→畏2留Na件OH粥+C羨aC土O3這種紅反應(yīng)騙持續(xù)高進(jìn)行睜，直撞至白般云石吹被完先全作淋用或情堿濃利度降舊到足險(xiǎn)夠低刺為止媽，其韻特點(diǎn)歡是反綢應(yīng)較王快，皮而且員反應(yīng)鳥少見適凝膠再產(chǎn)物裕，多牢呈龜去裂或拾開裂乘。1.傾5堿協(xié)-骨鍛料反遙應(yīng)的籠檢測(cè)辰與評(píng)例價(jià)方遼法堿骨艙料反霧應(yīng)具們有很陽長(zhǎng)的丘潛伏隆期，欲盡早倒確定廣含巖勻石骨儉料是福否具麗有堿警活性曾具有浪非常叉重要國的意低義。其大體戰(zhàn)上分頃為三內(nèi)類：吉一是盡通過心巖相踏鑒定逼檢驗(yàn)第骨料探中是悟否有扎活性夕組分飽的巖仔相法知；二間是以聚骨料澆與堿另作用努后所肅產(chǎn)生俊的膨捉脹率演大小野作為嗚判斷襖的依圣據(jù)；包三是乘依骨峰料在謙堿液索中的比反應(yīng)療程度溫作為慰判據(jù)才的化互學(xué)法蜓。下漆面介滔紹通攔用的飽堿骨畏料反廉應(yīng)實(shí)遍驗(yàn)方滾法。（1刻）巖系相法該方攏法借柳助光期學(xué)顯縫微鏡標(biāo)，X趁射線們衍射帥分析游等巖魯相分倒析方呈法，狗鑒定理骨料扔的巖廈石種敵類，寧礦物嶄組成欺及各室組分悲含量勿，并蠢以此姥判斷證骨料章的堿趙活性祝。該杰方法畏的優(yōu)投點(diǎn)是驢速度克快，針可直策接觀減察到蕉骨料蜻中的造活性本組分指。巖駱相鑒帶定法凍對(duì)其蓄后選謝擇合嗚適的握檢測(cè)所方法象有重懲要的慨指導(dǎo)精作用擴(kuò)，一養(yǎng)直作泳為骨聯(lián)料堿昌活性仿的鑒比定首煩選。洪缺點(diǎn)信是得齒不到閘活性魄成分仿含量姐與膨財(cái)脹率認(rèn)的定宴量關(guān)妄系，閃并且晚此法外需要材相當(dāng)黨熟練盤地技菊術(shù)。（2播）混蛾凝土惰棱柱親體法試件霸尺寸句為7覆5m念m*畢75舉mm點(diǎn)*（倘27舉5-紫40錄5m歡m）否，試玩件成忘型后檢用塑比料膜主覆蓋伏，放眠于2巨3度焦，1停00顯%相糊對(duì)濕煙度條楚件下屆預(yù)養(yǎng)區(qū)護(hù)2碎4h緩，脫麻模測(cè)印其初撫長(zhǎng)。揚(yáng)然后搶38貢度，跡10銳0%畫相對(duì)侍濕度滔下養(yǎng)剩護(hù)，躲測(cè)定稿1,戒2,率4,增8,薪13鬼,2頭6,狂39撥,5吹2周唉各齡妄期的憑膨脹疤率。定若半拜年超預(yù)過0乏.0原3%屑或三察個(gè)月控膨脹議率超尤過0字.0打2%響，1饒年膨牢脹率集超過勞0.權(quán)04乞%，尊則骨獄料為績(jī)活性璃骨料境。該法毫既能綢用于采硅質(zhì)持骨料評(píng)，又畏可鑒釀定碳市酸鹽躺骨料蘇。另估外，冰由于哲它可癥以使局用粗助骨料臘，因撇而更病接近搞混凝島土實(shí)壤際。唇但膨神脹結(jié)距果受眨水泥殃細(xì)度旅，水摘灰比南和養(yǎng)凱護(hù)條快件（能溫度教，濕保度）奧及配租合比育影響攀。(3咽)砂育漿棒頸法取試逆件尺跳寸為源25淹mm晝*2側(cè)5m討m*團(tuán)38瞎5m敗m。肢成型僵后1貫d脫拒模，贏測(cè)其喂初始芽長(zhǎng)度額，然遞后在王38怎度，所10湖0%填相對(duì)逮濕度混下養(yǎng)栽護(hù)，晃并測(cè)盡定不業(yè)同齡意期試抱件長(zhǎng)招度變導(dǎo)化。猶若3沸個(gè)月炭膨脹宣率小轟于0凳.0貨5%我，6賠個(gè)月判小于狗0.眼1%族，則焦為非鬼活性蟲骨料咽。該翠方法虹僅適居用于匙一些嶼高活反性的公快膨穗脹的賠巖石黑和礦敘物，橫對(duì)慢嗓膨脹背的骨幻玉料則癥不能堅(jiān)快速滴的提蓮出鑒押定成授果。（4改）快皮速砂析漿棒慚法由于江砂漿勞棒法繡周期哈長(zhǎng)，鍵時(shí)間劣上不圓能滿悉足大余多數(shù)畫工程匹需要哀，而畫且存咬在漏紙判例活子，億尤其貫是不夫能鑒烘定出隆許多鎖慢膨戰(zhàn)脹骨這料的軌活性廟，所碌以提亞出該牲法。試件矮原材桃料及東制備毯程序絮和（也3）勻法一歌樣，痕只是凡采用冬了不販同的糟養(yǎng)護(hù)修制度同。用奏試件牲浸泡鏟在8雁0度顛的1暢mo賺l/疫l的趴Na攔OH篩溶液魄中，副測(cè)其吧12殖d的件膨脹同值作憂為評(píng)評(píng)定骨之料潛邁在活值性的安依據(jù)扒。規(guī)綱定依舍據(jù)：肥膨脹最率小和于0宰.1貝%為昌非活翼性，機(jī)膨脹今率大淹于0賺.2幫%為浮活性侮。該囑法過正于嚴(yán)曬格，骨某些中被證禾明是賢無害調(diào)的骨凳料可編能被櫻判為北有害梅。1.伐6堿杏-骨勝料反柱應(yīng)的布主要郵因素（1悠）水茄泥的鈔含堿識(shí)量堿骨餡料反狼應(yīng)引程起的仆膨脹虜值與身水泥既中的蛋Na2O的治含量蓄緊密密相關(guān)劍；混脈凝土衣總堿泛含量花規(guī)定陡不大方于3斗.0癢Kg乖/m3,另外丈規(guī)定硬水泥除中堿新含量副小于革0.幸6%復(fù)。（2幻玉)混盈凝土以的水法灰比在通幕常的叛水灰疏比范結(jié)圍內(nèi)變，隨屋著水傾灰比付減小純，堿趙骨料協(xié)反應(yīng)或得膨疏脹值副有增彈大的跨趨勢(shì)考，在準(zhǔn)水灰腹比為余0.們4時(shí)桶膨脹厭量最用大。（3宿）反裹應(yīng)骨毯料的篇特性其中臘包括援骨料發(fā)的礦窯物成范分，婆粒度閉和集惕量有映關(guān)。隨著碗反應(yīng)檔性骨趕料含撐量的愚增加到，混附凝土峽的反請(qǐng)應(yīng)膨風(fēng)脹量離加大屆；粒州度過胸大過找小都嫂能使唯反應(yīng)沖膨脹鏟量減確小，喜中間潤粒度潛（0邁.1嘴5~健0.尼6m富m）野的骨攤料引鑼起的訴反應(yīng)經(jīng)膨脹腸量最環(huán)大，眾因?yàn)闉┐藭r(shí)清反應(yīng)陸性骨攤料的揪總表吊面積壩最大束；反顯應(yīng)性涉骨料包孔隙克率對(duì)道其反肝應(yīng)膨馳脹量心也有渠影響永。（4朗）混旺凝土抓的孔拜隙率混凝發(fā)土的定空隙剖也能容減緩楊堿骨思料反苦應(yīng)時(shí)娘膠體晚吸水刑產(chǎn)生拍的膨傭脹壓搖力，尤因而禿隨孔彩隙率松增加霸，反普應(yīng)膨檢脹量尿減小編，特什別是岸細(xì)孔澇減緩貪效果饞最好旋。因找此，蘆加入攀引氣備劑能兔減緩杏堿骨蒼料反商應(yīng)的戚膨脹西。（5松）環(huán)鍵境溫絲式濕度縱的影躺響混凝摘土的瓣堿骨儀料反除應(yīng)離耐不開型水，劉因此衫環(huán)境孟濕度槍對(duì)其抽有明火顯影胳響。訪雖然榮說在廚低濕今度條寇件混規(guī)凝土游空隙乒中的特堿溶失液濃蹈度增毫大會(huì)獄促進(jìn)夸堿骨跌料反才應(yīng)，判但如栽果環(huán)附境相旬對(duì)濕聾度低易于8互5%足，外直界不海供給睡混凝惠土水凳分，警就不棋會(huì)發(fā)伴生混朵凝土祥中反延應(yīng)膠湖體的爺吸水爛膨脹果，它嘉的最唇不利它相對(duì)妙濕度嫁為9頭0%集-9醋5%阿。。每種綿反應(yīng)完性骨界料都迎有一讓個(gè)溫浩度限娃值。進(jìn)在該熔溫度靠以下顆，隨幣溫度輔增高販膨脹瘡量增綿大，估當(dāng)超夏過該呆溫度壤限值撤時(shí)，殃反應(yīng)歪膨脹般量明贏顯下炊降，惱最不發(fā)利溫蒼度在筆37鼓.8慮-4煤0度批之間蜘。四、貓堿骨超料反吉應(yīng)的枝預(yù)防唇措施1、缸控憑制水臺(tái)泥堿蟲含量辨，優(yōu)熱先選揉用堿冤含量志小于允0.勉6％延的低冶堿水稼泥。鍬一般姥情況辣下，顫把水寫泥堿兔含量浙低于辦0.固6％微氧化及鈉當(dāng)稅量（做即N智a2恐O+沒0.久65籠8K決2O愈）作彼為預(yù)除防堿笑骨料徐反應(yīng)至的安屠全界筒限。寸當(dāng)然臘，低嫌堿水淹泥本頂身并妻不能美控制芒堿－蟲集料購反應(yīng)泰。2、墊確聾定最朗小水棄泥用悅量。亡在滿峰足工備程要幅求的默強(qiáng)度餓及耐溉久性誦前提御下選錦擇合薦適的斜水泥商用量壟。3、極控猾制混跡凝土懸中總們含堿登量。嘴混凝籌土中外堿的忙來源澤不僅到有水駝泥，早還包碗括混影合材辦、外服加劑蛾、水碗以及還骨料斯等，犧因此壩控制偉混凝鈔土中戰(zhàn)各種畫原材餓料總銳堿量派比單縮慧純控習(xí)制水栽泥含座堿量璃更為榴科學(xué)長(zhǎng)，目?jī)€前已謹(jǐn)為許爆多國孤家所撞接受生。如釋我國抖建設(shè)集的南癢水北膚調(diào)中唉線工品程，礎(chǔ)對(duì)具艱有堿分活性錄或疑相似堿折活性陳的集眉料，喚規(guī)定爸干燥漿環(huán)境針下的沉Ⅰ、消Ⅱ、輕Ⅲ類苗工程樓，其盆混凝踩土中仁總堿井量不像得大餐于3睛.0筐K裝g/養(yǎng)m3狗；潮遮濕環(huán)祥境下麻的Ⅰ霉類工巨程混若凝土譜總堿亭量不薄大于嗎3.充0夢(mèng)Kg秘/m鉤3，新Ⅱ、養(yǎng)Ⅲ類岸不大旨于2寬.5經(jīng)Kg典/m愈3。4、勸避免樸使用慎活性視骨料返。如陷果混細(xì)凝土糞的含言堿量爆低于兩3.告0予Kg淡/m恰3，硬可以奏不做團(tuán)骨料旗堿活焰性檢孟驗(yàn)，喚否則授應(yīng)對(duì)蒜骨料漠進(jìn)行凱堿活君性檢富驗(yàn)，陸如檢泉驗(yàn)判攝定為加堿活禮性材室料，宗則不界能使樹用，殿或經(jīng)絹試驗(yàn)鵲將其艙于非妨活性靈骨料甩按一會(huì)定比趕例混殲合后糠確定異對(duì)工著程無逮損害戰(zhàn)的，押方可接使用說。5