碱骨料反应
混凝土中碱-骨料反应的影响因素
混凝土中碱-骨料反应的影响因素一、前言混凝土作为一种重要的建筑材料，在建筑、道路、桥梁等领域有着广泛的应用。
但是，随着时间的推移，混凝土中会出现一些问题，如开裂、变形、强度降低等。
其中，碱-骨料反应是导致混凝土损坏的重要原因之一。
本文将介绍混凝土中碱-骨料反应的影响因素。
二、碱-骨料反应的定义碱-骨料反应是指混凝土中碱性成分与骨料中的硅酸盐反应，产生一种氢氧化物胶凝物，称为“碱骨料胶凝物”。
这种反应会导致混凝土体积膨胀，引起混凝土的裂缝、变形、强度降低等问题。
三、影响碱-骨料反应的因素1. 混凝土中碱性成分的含量混凝土中的碱性成分包括水泥、矿物掺合料和外加剂等。
当混凝土中碱性成分的含量较高时，会导致碱-骨料反应的发生。
因此，在混凝土的配合设计时，需要控制碱性成分的含量，以防止碱-骨料反应的发生。
2. 骨料的性质骨料的性质也是影响碱-骨料反应的因素之一。
骨料中主要含有硅酸盐矿物，如长石、石英等。
当骨料中硅酸盐矿物的含量较高时，容易发生碱-骨料反应。
因此，在混凝土的配合设计时，需要选择低碱性的骨料，以减轻碱-骨料反应的影响。
3. 混凝土中水分的含量混凝土中水分的含量也会影响碱-骨料反应的发生。
水分过多会导致混凝土中的碱性成分溶解，这样会加速碱-骨料反应的发生。
因此，在混凝土施工过程中，需要控制混凝土中水分的含量，以减轻碱-骨料反应的影响。
4. 环境温度和湿度环境温度和湿度也会影响碱-骨料反应的发生。
当环境温度较高、湿度较大时，会加速碱-骨料反应的发生。
因此，在混凝土施工过程中，需要注意环境温度和湿度的控制，以减轻碱-骨料反应的影响。
5. 混凝土的龄期和养护条件混凝土的龄期和养护条件也会影响碱-骨料反应的发生。
当混凝土中的龄期较长、养护条件较差时，会加速碱-骨料反应的发生。
因此，在混凝土的施工过程中，需要注意混凝土的龄期和养护条件的控制，以减轻碱-骨料反应的影响。
四、总结碱-骨料反应是导致混凝土损坏的重要原因之一。
混凝土碱骨料反应的简介、成因、危害以及预防措施等相【优秀】
混凝土碱骨料反应的简介、成因、危害以及预防措施等相【优秀】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑推荐下载）混凝土碱骨料反应的简介、成因、危害以及预防措施等相关研究2021年4月23日目录目录 (4)一混凝土碱骨料反应简介 (5)1、专业术语解释 (5)2、混凝土碱骨料反应简介及其破坏特征 (6)3、混凝土的碱骨料反应条件及一般抑制措施 (6)二混凝土碱骨料反应的成因 (7)1、混凝土碱骨料反应的类型及其反应机理 (7)2、影响混凝土碱骨料反应的因素 (9)三混凝土碱骨料反应的危害 (13)四混凝土碱骨料反映的预防控制措施 (15)1、控制水泥含碱量 (15)2、限制混凝土碱含量 (15)3、采用非活性骨料 (15)4、掺入矿物掺合料 (16)5、避免潮湿 (16)6、掺用引气剂 (16)7、掺用低碱外加剂 (16)8、掺用低碱粉煤灰 (17)9、其它措施 (17)一混凝土碱骨料反应简介1、专业术语解释1.1碱：氧化钠和氧化钾。
1.2碱活性骨料碱活性骨料一般分为两种类型。
一种为含有非晶体或结晶不完整的二氧化硅的骨料，称为碱－硅酸反应活性骨料。
另一种为含有具有特定结构构造的微晶白云石骨料，称为碱－碳酸盐反应活性骨料。
1.3碱骨料反应混凝土碱骨料反应（AAR）是指混凝土中的碱与骨料中能与碱反应的活性成分在混凝土硬化后吸水逐渐发生膨胀性化学反应，导致混凝土工程产生开裂破坏的现象。
依碱活性骨料类型不同分碱－硅酸反应（ASR）和碱－碳酸盐反应（ACR）两类。
1.4水泥的碱含量水泥的碱含量是指水泥中所含氧化钠和氧化钾的质量百分率，以当量氧化钠表示。
当量氧化钠含量为氧化钠含量与0.658倍的氧化钾含量之和。
1.5掺合料的有效碱含量掺合料的有效碱含量是指掺入混凝土中的掺合料中能与碱活性骨料反应的碱含量，以当量氧化钠表示。
1.6混凝土的总碱量混凝土的总碱量是指混凝土中水泥、掺合料、外加剂等原材料含碱质量的总和，以当量氧化钠表示，单位为kg/m³。
碱骨料反应
碱骨料反应碱骨料反应（Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR）是指混凝土中的碱性细孔溶液与骨料中的活性矿物之间的化学反应。
该反应会引起混凝土的不均匀膨胀，导致其开裂破坏。
混凝土碱骨料反应一旦发生，目前的技术水平尚无法根治，因此又俗称“混凝土癌症”。
自从1940年美国T．E．Stanton提出此问题以来，已经历半个多世纪，现已被世界许多国家认为是造成混凝土工程破坏的重要原因之一。
混凝土大坝因碱骨料反应破坏的工程实例有巴西的Moxoto坝、法国的Chambon坝、挪威的Sa-heim坝等，其他行业亦有碱骨料反应破坏的实例。
碱骨料反应导致的破坏不仅每次修补或加固费用巨大，而且建筑物还会继续发生破坏。
因此，碱骨料反应问题逐渐引起了世界各国的重视。
我国水利水电行业很早就重视碱骨料反应的预防工作，1953年修建佛子岭水库时，就开始开展混凝土碱活性方面的试验。
此后，明文规定凡水利工程混凝土所用骨料，必须根据碱活性检验及论证资料，采用对工程无害的骨料。
碱活性试验是骨料料源选择阶段必须开展的试验之一，骨料碱活性程度及其能否被有效抑制也是判定料源是否可行的关键技术指标之一。
一、反应机理碱骨料反应的实质是液相中的碱与固态活性骨料之间的一种复相反应。
混凝土中发生碱骨料反应必须具备以下三个条件：碱性离子（主要指K20、Na20）含量达到或超过一定水平、存在活性骨料并超过一定的数量、要有水分，如果没有水分，反应就会减弱或完全停止。
其中碱主要来源于水泥、外加剂等。
目前有不少学者对某些类型的骨料在长龄期时释放出的碱进行了研究，发现这种作用尽管很难估计，但也不可忽视。
碱骨料反应通常可分为碱硅酸反应（Alkali-Silica Reaction，简称ASR）和碱碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR)两类。
其中碱硅酸反应式为：2NaOH+Si02 +nH20→Na20·Si02·nH20（碱硅酸凝胶）。
碱骨料反应
碱骨料反应1.碱骨料反应碱骨料反应也叫碱硅反应，是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应,引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象.碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的.因碱骨料反应时间较为缓慢,短则几年,长则几十年才能被发现.2.碱骨料反应发生的条件发生碱骨料反应需要具有三个条件:首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量的活性成分；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。
3. 混凝土碱骨料反应的机理水泥中95 %以上的主要成分是CaO , SiO2 ,Al2O3 ,Fe2O3 ,另外少量的其他氧化物MgO ,SO3 ,K2O ,Na2O 等,这些氧化物主要是生产过程中反应不够充分而残留在水泥中的,其成分与含量跟水泥生产的原材料和工艺水平有关. Na2O 水化后生成NaOH ,K2O 水化后生成KOH. 碱骨料反应通常可分为碱硅酸反应、碱碳酸盐反应、碱硅酸盐反应3 种类型. 1、碱硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固体体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的发展、使混凝土内部膨胀应力增大，导致混凝土开裂。
发展严重的会使混凝土结构崩溃。
2、碱碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction，ACR）1955年加拿大金斯敦城人行路面发生大面积开裂，怀疑是碱骨料反应，用ASTM标准的砂浆棒法和化学法试验，属于非活性骨料。
后经研究，斯文森于1957年提出一种与碱硅酸反应不同的碱骨料反应——碱碳酸盐反应。
一般的碳酸岩、石灰石和白云石是非活性的，只有象加拿大金斯敦这种泥质石灰质白云石，才发生碱碳酸盐反应。
碱碳酸盐反应的机理与碱碳酸反应完全不同，在泥质石灰质白云石中含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙镁的反应时，将其中白云石(MgCO3)转化为水镁石Mg(OH)2，水镁石晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。
碱骨料反应
碱骨料反应造成混凝土开裂的机理
碱骨料反应的危害
碱骨料反应的结果不是提高和改善混凝土的结构，而是在 混凝土中产生膨胀应力，至一定程度后引起混凝土开裂或 混凝土结构破坏。碱骨料反应是混凝土的重要耐久性指标 之一，由于具有反应过程缓慢、影响因素十分复杂、引起 混凝土开裂的时间难预测且一旦发生破坏几乎无法修补等 特点，素有混凝土“癌症”之称。
环境控制
只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境中， AAR破坏才会发生。
有效隔绝水的来源是防治AAR破坏的一个有效措施。
高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用，隔绝水和 湿空气的来源。
如果在混凝土工程易发生碱骨料反应的部位能有效地隔绝 水和空气的来源，也可以有效抑制混凝土碱骨料反应。
国家对混凝土碱含量的规定
防止碱-硅酸反应破坏混凝土碱含量的限制或措施
环境条件
混凝土最大含碱量（kg/m3）
一般工程结构 重要工程结构 特殊工程结构
干燥环境
潮湿环境 含碱环境
不限制
3.5 3.0
不限制
3.0
3.0
2.1
用非活性材料
注 1.处于含碱环境中的一般工程结构在限制混凝土碱含量的同时，应对混凝土表面 做防碱涂层，否则应换用非活性材料。 2.大体积混凝土结构（如大坝等）的水泥碱含量应符合有关行业标准规范。
碱-骨料反应原理
碱骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR)是指混凝 土中的碱(K2O、Na2O)与活性骨料（燧石、蛋白石、安山岩等等） 之间发生的化学反应。
水泥中95 %以上的主要成分是CaO ，SiO2 ，Al2O3 ，Fe2O3 另外少量的其他氧化物MgO ，SO3 ，K2O ，Na2O 等，这些氧化 物主要是生产过程中反应不够充分而残留在水泥中的,其成分与含 量跟水泥生产的原材料和工艺水平有关. Na2O 水化后生成NaOH ， K2O 水化后生成KOH。而NaOH和K2O是强碱，能与活性比它们 弱的元素发生置换反应。
碱骨料反应
碱骨料反应1、什么是碱骨料反应（简称AAR）碱骨料反应是指混凝土原材料中的水泥、骨料、外加剂、混合料和拌合水中的碱性物质（Na2O或K2O）与骨料中碱活性矿物成分发生化学反应，生成膨胀物质（或吸水膨胀物质），从而使混凝土在浇筑成型若干年后，膨胀开裂，导致混凝土破坏的现象。
被称为混凝土的癌症。
2、碱骨料反应的必要条件①水泥及其他原材料（外加剂、掺和料等）的含碱量较高；②活性骨料，骨料中含有一定量活性氧化硅等活性成分；③水或潮湿环境。
3、碱骨料反应的类型①碱硅酸反应（简称ASR）混凝土中碱与骨料中微晶或无定形硅酸发生反应，生成碱硅酸类。
反应式如下：碱硅酸类呈白色凝胶固体，且具有强烈吸水膨胀的特征，最大时体积可最大3倍以上。
这种反应一般发生在骨料与水泥石界面处，混凝土产生不均匀膨胀引起开裂。
碱硅酸反应是碱骨料反应的主要形式，能与碱发生反应的含有活性氧化硅矿物的岩石品种有多种，在火成岩、沉积岩和变质岩中都有存在。
自然界中含有活性氧化硅的矿物可概括为2类：1）含有非晶体SiO2，主要指蛋白石和玻璃质SiO2。
2）具有结晶不完整的SiO2矿物，如隐晶质至微晶质的玉髓、鳞石英、方石英等，酸性或中性玻璃体的隐晶质火山喷出岩，如流纹岩、粗面岩、安山岩及其凝灰岩等。
自然界中结晶完整的石英在地质运动中受压，造成晶格扭曲、错位等，使结晶体外界面增多，也会产生不同程度的碱活性。
②碱碳酸盐反应（简称ACR）混凝土中的碱与具有特定结构的粘土质细粒白云质石灰岩或粘土质细粒白云质骨料发生下列反应，进行所谓的去白云化作用：碱碳酸盐反应的机理与碱硅酸反应不同，其特点是反应快，一般在浇筑后6个月就有膨胀或开裂现象，反应物中很少见凝胶产物，多呈龟裂或开裂。
③碱硅酸盐反应混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使砼膨胀开裂，能发生这类反应的岩石有：页状硅酸盐岩石、石英质岩石、混合性硅酸盐岩石等。
碱-骨料反应
碱-骨料反应
碱-骨料反应指水泥、外加剂等砂浆组成物及环境中的碱与骨料中活性矿物在潮湿环境下发生导致开裂破坏的膨胀反应。
碱活性物质是指骨料中的含有的能与水泥凝胶体或环境中的碱性物质发生化学反应，生成膨胀性凝胶体的物质，通常是活性硅酸盐及碳酸盐类物质。
碱-骨料反应一般在骨料与水泥凝胶体的界面进行，反应物堆积在骨料表面，膨胀作用对骨料周围的水泥凝胶体施加压力，破坏骨料与水泥凝胶体之间的界面强度，其结果会导致表面开裂。
碱-骨料反应的类型主要为以下三种
1、碱-硅反应（Alkali-Silica Reaction，简称ASR），是指混凝土中的碱与不定型二氧化硅的反应；
2、碱-硅酸盐反应（Alkali-Silicate Reaction，简称ASR），是指混凝土中的碱与某些硅酸盐矿物的反应。
3、碱-碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR），是指混凝土中的碱与某些碳酸盐矿物的反应。
碱-骨料反应时固相与液相之间的反应，起发生具备三个要素：Ⅰ碱活性骨料；Ⅱ有碱存在（K、Na等离子）；Ⅲ水。
骨料的碱活性是否在允许的范围之内，或者是否存在潜在的碱-骨料反应的危害可通过碱-骨料反应试验方式来检验。
经碱-骨料反应试验后，由骨料制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象，在规定的试验龄期膨胀值应小于0.10%，则可判定为该骨料无潜在的碱-骨料反应危害。
混凝土中的碱-骨料反应原理及防治
混凝土中的碱-骨料反应原理及防治一、混凝土中的碱-骨料反应原理碱-骨料反应（Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR）是混凝土中一种常见的结构性破坏形式，也称碱-石反应（Alkali-Silica Reaction，简称ASR）或碱-玻璃反应（Alkali-Glass Reaction，简称AGR）。
该反应是指混凝土中的碱离子与某些含有反应性成分的骨料发生化学反应，导致混凝土体积膨胀、龟裂、开裂等现象，从而影响混凝土的使用寿命、力学性能和耐久性。
1. 碱-骨料反应的成因混凝土中的碱-骨料反应主要与混凝土内部的碱度、骨料种类、骨料反应性以及环境因素等有关。
（1）碱度混凝土中的碱度主要由水泥中的氢氧化钙（Ca(OH)2）和氢氧化钠（NaOH）等碱性化合物产生。
在水泥的水化反应中，氢氧化钙和氢氧化钠会与水反应生成氢氧化物离子（OH-），促进水泥颗粒的硬化和混凝土的凝固。
但当混凝土中的碱度过高时，会导致碱-骨料反应的发生。
因此，控制混凝土中的碱度是预防碱-骨料反应的关键之一。
（2）骨料种类不同种类的骨料对碱-骨料反应的敏感程度不同。
一些具有反应性的骨料，例如含有硅酸盐和碳酸盐等成分的玄武岩、流纹岩、石英砂等，容易与混凝土中的碱性物质反应，引起混凝土的体积膨胀和开裂。
相反，一些不具有反应性的骨料，例如花岗岩、闪长岩等，能够稳定地存在于混凝土中，不会引起碱-骨料反应。
（3）骨料反应性骨料的反应性是指其与混凝土中的碱性物质发生反应的能力。
一些反应性比较强的骨料，容易与混凝土中的碱性物质发生反应，导致混凝土的体积膨胀和开裂；反之，一些反应性比较弱的骨料，与混凝土中的碱性物质反应较慢，不容易引起碱-骨料反应。
（4）环境因素环境因素包括温度、湿度、氧气、二氧化碳等因素。
温度和湿度对碱-骨料反应的发生和发展具有重要影响。
较高的温度和湿度会促进反应的进行，加快混凝土的体积膨胀和开裂。
而氧气和二氧化碳则能够减缓反应的速度，缓解混凝土的体积膨胀和开裂。
碱骨料反应
碱骨料反应碱骨料反应1、什么是碱骨料反应（简称AAR）碱骨料反应是指混凝土原材料中的水泥、骨料、外加剂、混合料和拌合水中的碱性物质（Na2O或K2O）与骨料中碱活性矿物成分发生化学反应，生成膨胀物质（或吸水膨胀物质），从而使混凝土在浇筑成型若干年后，膨胀开裂，导致混凝土破坏的现象。
被称为混凝土的癌症。
2、碱骨料反应的必要条件①水泥及其他原材料（外加剂、掺和料等）的含碱量较高；②活性骨料，骨料中含有一定量活性氧化硅等活性成分；③水或潮湿环境。
3、碱骨料反应的类型①碱硅酸反应（简称ASR）混凝土中碱与骨料中微晶或无定形硅酸发生反应，生成碱硅酸类。
反应式如下：碱硅酸类呈白色凝胶固体，且具有强烈吸水膨胀的特征，最大时体积可最大3倍以上。
这种反应一般发生在骨料与水泥石界面处，混凝土产生不均匀膨胀引起开裂。
碱硅酸反应是碱骨料反应的主要形式，能与碱发生反应的含有活性氧化硅矿物的岩石品种有多种，在火成岩、沉积岩和变质岩中都有存在。
自然界中含有活性氧化硅的矿物可概括为2类：1）含有非晶体SiO2，主要指蛋白石和玻璃质SiO2。
2）具有结晶不完整的SiO2矿物，如隐晶质至微晶质的玉髓、鳞石英、方石英等，酸性或中性玻璃体的隐晶质火山喷出岩，如流纹岩、粗面岩、安山岩及其凝灰岩等。
自然界中结晶完整的石英在地质运动中受压，造成晶格扭曲、错位等，使结晶体外界面增多，也会产生不同程度的碱活性。
②碱碳酸盐反应（简称ACR）混凝土中的碱与具有特定结构的粘土质细粒白云质石灰岩或粘土质细粒白云质骨料发生下列反应，进行所谓的去白云化作用：碱碳酸盐反应的机理与碱硅酸反应不同，其特点是反应快，一般在浇筑后6个月就有膨胀或开裂现象，反应物中很少见凝胶产物，多呈龟裂或开裂。
③碱硅酸盐反应混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使砼膨胀开裂，能发生这类反应的岩石有：页状硅酸盐岩石、石英质岩石、混合性硅酸盐岩石等。
碱骨料反应及预防措施
1.6碱-骨料反应的主要因素
（1）水泥的含碱量 碱骨料反应引起的膨胀值与水泥中的Na2O的含量紧密 相关；混凝土总碱含量规定不大于3.0Kg/m3,另外规定水泥中 碱含量小于0.6%。 （2)混凝土的水灰比 在通常的水灰比范围内，随着水灰比减小，碱骨料反 应得膨胀值有增大的趋势，在水灰比为0.4时膨胀量最大。 （3）反应骨料的特性 其中包括骨料的矿物成分，粒度和集量有关。 随着反应性骨料含量的增加，混凝土的反应膨胀量 加 大 ； 粒 度 过 大 过 小都能使 反应膨胀 量减小 ， 中 间 粒 度 （0.15~0.6mm）的骨料引起的反应膨胀量最大，因为此时反 应性骨料的总表面积最大；反应性骨料孔隙率对其反应膨胀 量也有影响。
4、避免使用活性骨料。如果混凝土的含碱量低于3.0 Kg/m3， 可以不做骨料碱活性检验，否则应对骨料进行碱活性检验， 如检验判定为碱活性材料，则不能使用，或经试验将其于非 活性骨料按一定比例混合后确定对工程无损害的，方可使用。
5、采用掺合料，用天然沸石，硅粉、粉煤灰、火山灰或磨 细矿渣微粉取代水泥拌制混凝土。硅灰添加量为 5％～ 1O ％ 时混凝土的膨胀量可减少1O％～2O％，其控制效果根据反应 性骨料及硅灰的种类而不同。掺用粉煤灰或火山灰质材料时， 它们对水泥的置换率不应小于25％，最大取代率宜控制在40 ％左右，因为高掺量既给施工造成困难，又使混凝土早期强 度降低。 6、 隔绝水和潮湿空气。在可能发生碱骨料反应的部位采取 措施有效地隔绝水和空气的来源，可以缓和碱骨料反应对工 程的损害。
1.3.1破坏特征
பைடு நூலகம்
（1）时间性 受碱骨料反应影响的混凝土需要几年或更长时间才会 出现开裂破坏。 （2）表面开裂 如果混凝土没有施加预应力，裂缝呈网状，每条裂缝 长约数厘米。在预应力作用区域裂缝将主要沿预应力方向发 展，形成平行于钢筋的裂缝。 （3）膨胀
2.3碱骨料反应
2.3碱－骨料反应碱－骨料反应（简称ARR）是指混凝土中的碱与具有碱活性的骨料间发生的膨胀性反应。
这种反应引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，改变混凝土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用性，而且反应一旦发生很难阻止，更不易修补和挽救，被称为混凝土的“癌症”。
建于1919～1920年的美国加州玉城桥在三年后墩帽上发现网状裂缝，桥墩自顶部向下开裂，1940年Stanton发表研究成果认为这是碱－骨料反应对混凝土工程的破坏作用。
此后，在加拿大、巴西、英国、波兰、澳大利亚、日本、印度等很多国家发现了碱－骨料反应破坏的事例。
我国直到1988年尚未发现严重的碱－骨料反应破坏的事例，据吴中伟院士分析，主要与长期以来我国普遍采用中低标号水泥、水泥生产与现场混凝土拌制过程中掺加的活性混合材对碱－骨料反应的抑制作用等有关。
但是，不掺加混合材的硅酸盐水泥的生产，水泥标号的提高，水泥用量的增加，某些外加剂增加了碱的来源，这些因素均使混凝土的含碱量提高；另一方面，现已确证长江流域、北京地区、辽宁锦西地区、新疆塔城地区、南京雨花台组砂砾岩中均有高碱活性矿物，陕西安康水电站等已建成的混凝土工程中也发现潜在碱活性骨料，因此，我国混凝土结构物发生碱－骨料反应破坏的危险性大大增加。
由于AAR破坏事例在世界范围内时有发生，严重威胁着混凝土结构物，碱－骨料反应引起很多国家和学者的高度重视，迄今已召开了十多属国际碱－骨料反应学术会议，发表了2000多篇有关碱－骨料反应的国际性论文。
我国在20世纪50年代开始建设水工大坝时，吴中伟就及时提出了预防碱－料反应的问题，引起水利部门的高度重视，从而开始了碱－骨料反应的研究。
南京化工大学唐明述、长江科学院刘崇熙、华南理工大学文梓芸等在碱－骨料反应机理、检测方法、防治措施等方面取得了一批具有国际先进水平的成果。
20世纪90年代，在吴中伟院士和唐明述院士的大力倡导下，碱－骨料反应成为混凝土材料科学中的一大研究热点，国家“九五”重点科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”中专门设立于课题“混凝土抗碱－集料反应性的研究”，国家重大基础性研究项目（攀登计划）“重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究”也专门设立于课题“混凝土中碱－骨料反应的数学物理模型研究”。
混凝土结构耐久性-碱骨料反应
混凝土结构的耐久性
碱-骨料反应
最常见、最重要的反应是碱—硅反应（简称ASR） ，它是骨料中所 含的无定形硅与孔隙里含碱（钠、钾、钙的氢氧化物）的溶液反应，生 成易于吸水膨胀的碱- 硅凝胶，当结构物暴露在潮湿环境中，混凝土体内 相对湿度超过85%时，就会出现膨胀，直到引起混凝土开裂与破坏。
THE END
◆ 碱集料反应产物吸水后体积可增大3~4倍。 ◆ 引起碱集料反应有三个条件：
⑴混凝土的凝胶中有碱性物质。主要来自于水泥。 ⑵骨料中有活性骨料，如黑硅石等含SiO2的骨料； ⑶水分。碱骨料反应的充分条件是有水分。 ◆碱集料反应在结构竣工数年(五年左右)后发生； ◆病害不会只在一处发生； ◆碱集料反应产物呈姜黄色或白色。
骨 料 粒 周 围 的 反 应 环
地图状开裂
A. 碱－骨料反应发展快，在数年内即可导致混凝土结构开裂。 B. 碱－骨料反应常是其它侵蚀性反应的引发因素或相互促进。如延迟钙矾
石反应，冻融破坏等。 C. 碱－骨料反应不能修复，只能预防。 预防方法： 1. 不用活性骨料； 2. 限制碱含量； 3. 提高混凝土抗裂性、抗渗性。
混凝土中碱骨料反应的原理及预防措施
混凝土中碱骨料反应的原理及预防措施一、引言混凝土是由水泥、骨料、砂子和水等原材料制成的一种人工石材，广泛应用于建筑、桥梁、隧道、码头等各种建设工程中。
然而，在混凝土使用过程中，我们可能会遇到碱骨料反应的问题，导致混凝土的损坏和使用寿命的缩短。
因此，本文将对混凝土中碱骨料反应的原理及预防措施进行详细的探讨。
二、碱骨料反应的原理碱骨料反应，也称碱-骨料反应、碱-集料反应，是指混凝土中的碱性物质与骨料中的某些矿物质反应，导致混凝土的体积膨胀和损坏。
碱骨料反应可分为内部反应和外部反应。
1. 内部反应内部反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的矿物质反应，产生一种新的物质——胶凝物质。
胶凝物质具有吸湿膨胀的性质，会导致混凝土体积膨胀，并在一定程度上削弱混凝土的强度和耐久性。
常见的内部反应有硅酸盐反应和铝酸盐反应。
（1）硅酸盐反应硅酸盐反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的硅酸盐矿物质反应，产生胶凝物质。
硅酸盐矿物质包括长石、石英、辉石、角闪石等。
硅酸盐反应是碱骨料反应中最常见的一种。
当混凝土中的碱性物质浓度较高时，硅酸盐反应会导致混凝土的体积膨胀和强度降低。
（2）铝酸盐反应铝酸盐反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的铝酸盐矿物质反应，产生胶凝物质。
铝酸盐矿物质包括斜长石、角闪石、石榴石、蛇纹石等。
铝酸盐反应在碱骨料反应中较为罕见，但它可以引起严重的混凝土损坏。
2. 外部反应外部反应是指混凝土中的碱性物质通过水分迁移，与混凝土表面的空气中的二氧化碳反应，形成碳酸盐沉淀物。
碳酸盐沉淀物会导致混凝土表面的碱性物质流失，从而降低混凝土的碱性度数，减少碱骨料反应的发生。
三、碱骨料反应的预防措施碱骨料反应是混凝土中的常见问题，为了确保混凝土的质量和使用寿命，我们需要采取一些预防措施。
1. 选择合适的骨料选择合适的骨料是预防碱骨料反应的关键。
应尽量选择不含硅酸盐和铝酸盐矿物质的骨料，如石灰石、玄武岩、凝灰岩等。
此外，骨料的粒径和形状也会影响碱骨料反应的发生。
混凝土碱骨料反应PPT
谢 谢！
唐明述，薛万荣 ，关于碱骨料反应的几个问题
Swenson E G A reative aggregate undected by ASTM tests.
Gillott J E Mechanism and kinetics of expansion in the alkali-carbonate rock reaction
参考文献
冯乃谦，邢峰 ， 混凝土与混凝土结构的耐久性
唐明述 ，碱集料反应破坏的典型事例
POWERRS T C,STEINOUR H H An interpretation of some published research on alkali affregate
reaction,partⅠ –The chemical reactions and mechanism of expansion .
硅氧烷切断反应 Si—O—Si +2OH- → Si—O-—Si +H2O Si—O-+ O-—Si +2Na+ → 2（Si-ONa）（碱硅凝
胶）
反应生成碱硅酸凝胶，这种反应在水泥浆和骨料的界面发生，形成一个碱硅胶薄
层，然后这种反应向粒子内部进行，凝胶层厚度增大，未反应核同时也会消耗，由于 碱硅凝胶吸水膨胀。当这种凝胶生成量超过一定限值时，就会造成混凝土开裂。
冯乃谦，邢峰 ， 混凝土与混凝土结构的耐久性
莫祥银，许仲梓，锂盐抑制ASR的长期有效性研究。
莫祥银，许仲梓，高温下锂化合物抑制ASR的研究。
莫祥银，许仲梓，抑制ASR新型外加剂的研究。
Mccoy W J,Caldwell A G,New approach to inhabiting alkai-aggregate expansiaon.
碱骨料反应定义
碱骨料反应定义
碱骨料反应，也称碱集料反应、碱聚集反应，是指混凝土中硅酸盐骨料（如某些河砂或石灰石）与碱性溶液（如混凝土中的水泥浆体）反应产生化学反应，导致混凝土结构的损坏现象。
这种反应通常发生在碱度较高的混凝土中，其中主要的化学反应是硅酸盐骨料中的游离硅酸与碱性溶液中的氢氧根离子（OH-）反应，形成了一种称为碱携带硅酸盐（alkali-silica gel）的胶状物质。
碱携带硅酸盐胶体会吸收水分膨胀，导致混凝土内部产生体积膨胀应力，最终导致混凝土开裂、剥落、变形等严重病变。
碱骨料反应是一种潜在的混凝土耐久性问题，可能会影响混凝土结构的使用寿命和安全性。
为了预防和控制碱骨料反应，可以采取以下措施：
1.选择低碱性的水泥或混凝土掺合料。
2.选择矽酸盐含量低的骨料，避免使用容易与碱性溶液反应的骨
料。
3.使用控制碱含量的混凝土配方，减少碱性溶液的浓度。
4.使用防碱剂或添加剂，减少碱骨料反应的发生。
5.在设计和施工过程中进行充分考虑和控制，包括避免混凝土过
度暴露在潮湿环境中、有效排除结构内的自由水等。
通过综合以上措施，可以降低碱骨料反应的风险，保障混凝土结构的耐久性和使用寿命。
在工程实践中，进行碱骨料反应的评估和预防工作是非常重要的一环。
碱—骨料反应
碱—骨料反应
碱-骨料反应是一种中和反应，把碱和酸混合，产生盐和水的反应。
碱骨料反应不只可以用于研究化学，而且还可用于工业，例如制造火药和水处理等。
碱骨料反应是由碱和酸混合发生反应，产生盐和水。
在化学上，“碱”是一种无机化学物质，具有强烈的中和反应性，是催化剂，可以使碱和酸充分混合，从而发生化学反应。
酸是一种无机化学物质，具有酸性，可以使碱强烈中和而产生盐和水。
碱骨料反应的过程是由碱和酸混合发生的化学反应。
反应开始时，碱催化剂会和酸发生作用，产生少量的氢气和氯气，然后氢气和氯气会混合反应，产生盐水溶液。
碱骨料反应的最终产物是混合的盐和水。
碱骨料反应可应用于多种领域。
在军事上，它可用于制造火炮弹药、火箭弹药，以及其他军用武器。
在工业上，它可用于水处理，清除水中的氯和铁等杂质，以消除污染物。
在环境保护方面，它可用于净化水源，过滤出有毒物质，保护水源。
碱骨料反应具有许多优点，例如温和、简单、高效，不会污染环境。
它可以有效地清除水中的杂质和有害物质，同时不会产生有害的副产物。
此外，碱骨料反应可以提供一种快速、经济、有效的水处理方式。
碱骨料反应在很多领域中均有广泛应用，例如火药制造、水处理、环境保护等等。
它是一种安全、有效的化学反应，可以有效清除水中的杂质和有害物质，为人类社会发展做出了巨大的贡献。
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➢ 另一方面，去白云石化反应生成的水镁石和方解石晶体颗粒细小，这些 颗粒间存在大量孔隙，使固相反应产物的框架体积大于反应物白云石的 体积，在限制条件下，固相反应产物的框架体积的增大以及水镁石和方 解石晶体生长形成的结晶压，产生膨胀应力。
只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境中， AAR破坏才会发生；有效隔绝水的来源是防治AAR破坏的一个有 效措施。
2、影响因素
➢碱含量越高，碱骨料反 应膨胀开裂越严重；
(1) 混凝土中碱含量： ➢硅质集料的活性越高，
其“安全总碱含量”越低；
➢ACR的安 全总碱量远 低于ASR， 更难预防。
(2) 活性骨料含量：
每种活性骨料都存在一个最不利掺量范围，这与混凝土 中活性SiO2/碱含量有关．
原始SiO2/Na2O与溶胶中SiO2/Na2O 当SiO2/Na2O的摩尔比为4.75时，溶胶中 SiO2/Na2O的摩尔比达到最大值4.5，此时溶胶 中的SiO2含量最高、胶粒尺寸小，具有最强的 吸水膨胀性，破坏能力最强。
碱—硅酸盐反应的实质仍属碱-硅酸反应。
二、碱一骨料反应发生条件与影响因素
1、发生条件
＊混凝土中含有充足的碱(Na2O与K2O)； ＊骨料中含有碱活性矿物； ＊潮湿环境。
(1) 混凝土中碱含量：当量Na2O(Na2O+0.66K2O) ➢ 来自水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围
环境。 ➢ 低碱水泥：钠、钾含量小于0.6%的水泥称为低碱水泥。
法国北部调查了1970 年后建成的860 座桥,受AAR 破坏者为123 座,占14 %；
中国在1990年后相继发现了立交桥、机场、大型预应力混凝土铁 路桥梁和轨枕、工业及民用建筑因AAR 而破坏。
AAR 已成为混凝土工程的全球性灾害问题。
一、碱一骨料反应机理
1、碱—硅酸反应
定义：骨料中的活性二氧化硅与碱发生化学反应生成膨胀 性碱硅胶，导致混凝土膨胀性开裂。
➢ 发生碱骨料反应的碱含量范围： 高活性的硅质骨料(如蛋白石)，大于2.1kg/m3; 中等活性的硅质骨料，大于3.0kg/m3; 碱—碳酸盐反应活性骨料，大于1.0kg/m3。
➢ 我国标准CECS53:93《混凝土碱含量限制标准》中，提 出了防止碱—硅酸反应的碱含量限值。
(2) 碱活性骨料
混凝土碱骨料反应
1940年,Stanton发现California, Bradley的公路AAR破坏
碱－骨料反应(Alkali-aggregate Reaction，AAR)：混凝土中的 碱(Na+、K+、OH-)与具有碱活性的骨料发生的一种膨胀性化 学反应，混凝土的“癌症”。
国内外概况
自Stanton之后，美国其它州也相继发现AAR破坏，目前美国有 半数以上州发生了AAR破坏；
3、碱—硅酸盐反应
定义：碱与某些层状硅酸盐骨料反应，使层状硅酸盐层间 距离增大，骨料发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂。
蛇纹石、伊里石、绿泥石、滑心、白云母、黑云母、铁 锂云母、高岭石、微晶高岭石等层状结构的硅酸盐矿物； 很多人反对将这种碱—骨料反应划分为新的一类； 唐明述院士研究表明：这些层状结构硅酸盐矿物自身不 具有碱活性，产生膨胀反应的是其中含有微晶石英或玉髓。
去白云石化反应是一个固相体积减小过程，膨胀破坏如何产生?
膨胀机理：
Gillott认为：白云石晶体中包裹有干燥的黏土，去白云石化反应使菱形 白云石晶体遭受破坏，使黏土暴露出来，黏土吸水膨胀，从而造成破坏 作用。
唐明述院士认为：活性碳酸盐岩石的显微结构特征是：微晶方解石和网 络状分布的粘土构成了这种岩心的基质，菱形白云石晶体彼此孤立地分 布于其中。
安山石 英安岩
酸至中性富二氧 化硅的火山
干枚岩 泥板岩
页硅酸盐、变石英
性
粗面岩
玻璃体、鳞
砂岩 应变石英、隧石含量＞5％
矿 物
珍珠岩
黑耀岩
石英
沉 硬砂岩 页硅酸岩、应变石英 积 隧石 微晶石英、玉髓、蛋白石
火山凝灰岩
岩 硅藻土
蛋白石、微晶石英
低硅玄
(3) 潮湿环境
含活性二氧化硅的岩石分布很广，碱—碳酸盐反应活性的只 有黏土质白云石质石灰石。充分掌握骨科碱活性的情况，建立碱 活性骨料分布图。
花岗岩
片岩
花岗闪长岩
应变石英含量＞ 30％
片麻岩
应变石英含量＞30％
各
紫苏花岗岩
国 已
浮石
发
流纹石
变 石英岩 质 岩 角页岩
应变石英含量＞30 ％，隧 石含量＞5％
现火 碱成 活岩
2、碱—碳酸盐反应
定义：某些骨料中的碳酸盐矿物与碱发生的化学反应引起 混凝土的地图状开裂。
指白云石与石灰石含量大致
相等，粘土的质量含量约为 5%一20%，白云石颗粒粒径 约在50μm以下且被微晶方解 石和黏土包围。
指孔溶液中的Na+、K+、OH-， 来自水泥、外加剂、环境等。
反应机理：碱与白云石发生反应, 去白云化(dedolomitization)。 CaMg(CO3)2 + 2ROH =Mg(OH)2 + CaCO3 + R2CO3 R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3
指无定形二氧化硅、 隐晶质、微晶质和 玻璃质二氧化硅。 如:蛋白石、玉髓、 隧石、受应力变型 的石英。
指孔溶液中的Na+、K+、OH-， 来自水泥、外加剂、环境等。
蛋白石
玉髓
＊取决于骨料中SiO2的结晶程度和混凝土中碱含量
反应机理：
膨胀机理：
吸水后的碱硅酸凝胶体体积远远大于反应前固体体积，最大 时体积可增长3倍以上，大量凝胶体在混凝土骨料界面区的积聚、 膨胀，导致混凝土沿着界面产生不均匀膨胀、开裂。
加拿大1953年发现首例AAR破坏事例，目前几乎遍及各省地区；
英国自1975 年发现首例AAR 破坏事例，近期调查表明在6000 座 钢筋混凝土桥梁中,有165 座已确信受AAR 的破坏,有303 座被怀 疑为AAR 所破坏；
丹麦早在50年代调查全国431 座混凝土建筑物,其中3/4 的建筑物 遭受了不同程度的AAR 破坏;