混凝土碱骨料反应

膨胀机理：
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。
一方面，Ｒ+、和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀，这 些离子之所以会挤入受限空间发生反应，主要是由于去白 云化反应为自由能降低的过程，Δ - 12.18 。
蛋白石
玉髓
＊取决于骨料中2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。
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。
(1) 混凝土中碱含量：当量2O(20.66K2O) 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。
➢ 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2.13; ➢ 中等活性的硅质骨料，大于3.03; ➢ 碱—碳酸盐反应活性骨料，大于1.03。 ➢ 我国标准53:93《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 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％
(3) 潮湿环境 只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境中，
破坏才会发生；有效隔绝水的来源是防治破坏的一个有效措 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；
➢的安全总 碱量远低于， 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2/碱含量源自文库关．
原始SiO2/Na2O与溶胶中SiO2/Na2O 当22O的摩尔比为4.75时，溶胶中22O的 摩尔比达到最大值4.5，此时溶胶中的2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。
(3) 矿物掺合料： 可有效抑制碱骨料反应对混凝土的破坏。
掺硅灰
掺粉煤灰
火山灰作用降低水泥石中的大量()2； 生成大量低比水化产物，对碱的物理稀释和吸附； 物理填充和火山灰反应使水泥石结构更加致密。
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。
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(2O与K2O)； ＊骨料中含有碱活性矿物； ＊潮湿环境。
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、、，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()。 (3)2 + 2 ()2 + 3 + R23 R23()2=23
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?
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
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
生蛇膨纹石胀、，伊里造石成、绿混泥凝石、土滑膨心、胀白、云母开、裂黑云。母、铁
混凝土桥梁中,有165 座已确信受 的破坏,有303 座被怀疑为 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 破坏;
法国北部调查了1970 年后建成的860 座桥,受 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 而破坏。
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( ，)：混凝土中的碱(、、)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
自之后，美国其它州也相继发现破坏，目前美国有半数以上州发 生了破坏；
加拿大1953年发现首例破坏事例，目前几乎遍及各省地区； 英国自1975 年发现首例 破坏事例，近期调查表明在6000 座钢筋
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。 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、、，来自水泥、 外加剂、环境等。
(4) 环境温度与湿度： 高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用。
砂浆先干燥蒸发一定水后再湿热养护膨胀率
不同温度下砂浆棒膨胀随时间的增长情况
混凝土碱骨料反应主要影响因素
混凝土碱含量，增加 碱活性骨料，最不利含量范围 矿物掺合料，增加掺量 环境条件，高温、高湿 掺减水剂、引气剂
现火 碱成 活岩
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
低硅玄武岩 玉髓、蛋白石
碳酸岩 泥质白云石、页硅酸岩