混凝土碱骨料反应PPT
碱-骨料反应试验
碱-骨料反应试验3D动画补充材料本动画配套《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验方法标准》GB/T50082-2009中“碱—骨料反应试验”。
碱—骨料反应试验方法主要参考加拿大《Test Method for Potential Expansive of Cement-Aggregate Combination（Concrete Prism Expansion Method）》CAN/CSA-A23.2-14A：2004方法编写而成。
也参考了欧洲材料与试验联合会（RILEM）下属的碱—骨料反应与预防委员会（TC 191 ARP）提出的混凝土棱柱体试验法（AAR-3），适用于检测骨料的碱活性。
本方法适用于检验混凝土试件在温度38℃及潮湿条件养护下，混凝土中的碱与骨料反应所引起的膨胀是否具有潜在危害。
适用于碱—硅酸反应和碱—碳酸盐反应。
一试验主要器材列表1.混凝土搅拌机（图示：双卧轴混凝土试验用搅拌机）2.混凝土振动台3.碱-骨料反应养护箱及试件盒4.试件养护盒5.测长仪6.标准杆7.试件测头8.其他器材掺量设备方孔筛二试验试件制作要求1.应按照下列规定准备原材料和设计配合比。
应使用硅酸盐水泥，水泥含碱量宜为（0.9±0.1）%（以Na2O当量计，即Na2O+0.658K2O）。
可通过外加浓度为10%的NaOH溶液，使试验用水泥含碱量达到1.25%。
当试验用来评价细骨料的活性，应采用非活性的粗骨料，粗骨料的非活性也应通过试验确定，试验用细骨料细度模数宜为（2.7±0.2）。
当试验用来评价粗骨料的活性，应用非活性的细骨料，细骨料的非活性也应通过试验确定。
当工程用的骨料为同一品种的材料，应用该粗、细骨料来评价活性。
试验用粗骨料应由三种级配：（20～16）mm、（16～10）mm和（10～5）mm，各取1/3等量混合。
每立方米混凝土水泥用量应为（420±10）kg。
水灰比应为0.42～0.45。
碱骨料反应
➢ 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 %；
混凝土中碱-骨料反应原理及防控
混凝土中碱-骨料反应原理及防控一、混凝土中碱-骨料反应的概念和表现混凝土中碱-骨料反应是指水泥混凝土中的碱性化学物质与含有高硅酸盐的骨料发生反应，导致混凝土的体积膨胀和裂缝形成，严重影响混凝土的力学性能和耐久性能。
碱-骨料反应是一种极具破坏性的化学反应，主要表现为混凝土表面出现龟裂、脱落、开裂、剥落等现象，也会引起混凝土的膨胀和变形，影响混凝土的承载能力和使用寿命。
二、混凝土中碱-骨料反应的原理碱-骨料反应的本质是水泥中的碱性化学物质和骨料中的硅酸盐发生化学反应，形成一种新的胶凝物质——碱硅酸盐凝胶。
这种胶凝物质会不断地吸收水分，导致混凝土的体积膨胀，并在混凝土内部形成一个类似于海绵的结构，从而引起混凝土的开裂和脱落。
碱-骨料反应的反应式如下：Na2O·nSiO2 + H2O → NaOH + Na2O·2SiO2·nH2O其中，Na2O·nSiO2代表硅酸盐，H2O代表水分，NaOH代表氢氧化钠，Na2O·2SiO2·nH2O代表碱硅酸盐凝胶。
三、混凝土中碱-骨料反应的影响因素1.水泥中的碱含量水泥中的碱含量是影响碱-骨料反应的主要因素之一。
当水泥中的碱含量过高时，会增加混凝土中碱性物质的含量，从而加剧混凝土的膨胀和龟裂。
2.骨料中的硅酸盐含量骨料中的硅酸盐含量也是影响碱-骨料反应的重要因素。
当骨料中的硅酸盐含量过高时，会增加混凝土中碱性物质的反应面积，从而加剧混凝土的膨胀和裂缝。
3.混凝土中的水分含量混凝土中的水分含量也会影响碱-骨料反应。
当混凝土中的水分含量过高时，会加速碱硅酸盐凝胶的形成速度，从而加剧混凝土的膨胀和开裂。
4.环境条件环境条件也会影响碱-骨料反应。
例如，高温、高湿等条件会加速碱硅酸盐凝胶的形成速度，从而加剧混凝土的膨胀和开裂。
四、混凝土中碱-骨料反应的防控措施1.降低水泥中的碱含量降低水泥中的碱含量是防止碱-骨料反应的有效措施之一。
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）。
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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.
混凝土的碱骨料反应及其应对措施
混凝土的碱骨料反应及其应对措施摘要：本文主要介绍混凝土碱骨料反应的现象、成因和条件，同时还具体阐述了反应的过程。
由此得出碱骨料反应对混凝土构件具有严重的危害，并针对它的成因和条件等提出了几条有效的预防措施。
关键词：碱骨料反应（AAR），碱活性骨料，碱-硅酸反应（ASR），碱-碳酸盐反应（ACR），活性，含碱量。
一混凝土碱骨料反应简介及其破坏特征碱骨料全称为碱活性骨料，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骨料，称为碱－硅酸反应活性骨料。
另一种为含有具有特定构造的微晶白云石骨料，称为碱－碳酸盐反应活性骨料。
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的过程中，逐渐发生膨胀性化学反应，导致混凝土构件产生开裂破坏的现象。
由上可知依碱活性骨料类型不同分为碱－硅酸反应（ASR）和碱－碳酸盐反应（ACR）两类反应。
一般活性骨料经搅拌后均匀分布在混凝土中,发生碱骨料反应时,混凝土内各部分均产生膨胀应力,将混凝土自身胀裂,其现场最主要的特征是表面开裂,裂纹呈网状(龟背纹)。
碱-硅酸反应生成的碱-硅酸凝胶有时会顺裂缝渗到混凝土表面,新鲜的凝胶呈透明或浅黄色,外观类似于树脂状。
脱水后凝胶变成白色,凝胶在流经的过程中,吸收了钙铝硫等化合物后变成茶褐色，最后变为黑色。
碱－碳酸盐反应膨胀是存在骨料浆体界面和骨料内部的碱-硅凝胶吸水膨胀引起的,ACR开裂是反应生成的方解石和水镁石,在骨料内部受空间结晶生长形成的结晶压力引起的,也就是说,骨料是膨胀源。
这种破坏在混凝土芯样表现为:在混凝土中形成与骨料相连的网状裂纹,骨料有时会开裂,其裂纹会延伸到周围的浆体中去,裂纹能延伸到另一颗骨料,有时也会从另一未发生反应的骨料边缘通过。
二混凝土碱骨料反应的成因2.1 碱硅酸反应(简称ASR)碱硅酸反应是指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。
碱-硅酸反应是指常温下水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅之间发生的一种复相反应。
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。
混凝土碱-骨料反应原理
混凝土碱-骨料反应原理一、前言混凝土碱-骨料反应是一种广泛存在的问题，它会导致混凝土的耐久性降低，从而影响混凝土结构的使用寿命。
本文将详细介绍混凝土碱-骨料反应的原理，包括反应机理、影响因素、识别方法和预防措施等方面。
二、混凝土碱-骨料反应的反应机理混凝土碱-骨料反应是一种碱性溶液与骨料中的硅酸盐矿物发生反应的化学过程。
混凝土中的水化产物（如氢氧化钙和水化硅酸钙等）会释放出氢氧根离子（OH-），使混凝土的碱度增加。
当碱度超过一定的阈值时，碱性溶液将渗入到骨料中，与其中的硅酸盐矿物发生反应，形成一种强碱性胶状物质——碱硅胶（alkali-silica gel）。
碱硅胶的生成是混凝土碱-骨料反应的关键步骤。
碱硅胶具有高度膨胀性和极强的吸水性，它会破坏混凝土中的孔隙结构，导致混凝土的耐久性降低。
此外，碱硅胶的生成还会产生大量的热量，进一步加速混凝土的老化过程。
三、混凝土碱-骨料反应的影响因素混凝土碱-骨料反应的发生与否受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 骨料的种类和含量不同种类的骨料对混凝土碱-骨料反应的敏感程度不同。
含有大量硅酸盐矿物的骨料（如玄武岩和流纹岩）容易与碱性溶液发生反应，而含有较少硅酸盐矿物的骨料（如石灰石和花岗岩）则不易受到影响。
此外，骨料的含量也会影响混凝土的碱度，从而间接影响混凝土碱-骨料反应的发生。
2. 混凝土的碱度混凝土的碱度是混凝土碱-骨料反应发生与否的决定性因素。
当混凝土的碱度超过一定的阈值时，碱性溶液将渗入到骨料中，引发碱硅胶的生成。
因此，控制混凝土的碱度是预防混凝土碱-骨料反应的关键。
3. 环境条件混凝土的环境条件也会影响混凝土碱-骨料反应的发生。
例如，高温和高湿度的环境有利于碱硅胶的生成，从而加速混凝土的老化过程。
此外，氧气和二氧化碳等气体也会对混凝土的老化产生影响。
四、混凝土碱-骨料反应的识别方法混凝土碱-骨料反应的识别是混凝土工程中非常重要的一环。
一般来说，可以通过以下几种方法来识别混凝土碱-骨料反应的存在：1. 实地观察混凝土碱-骨料反应会导致混凝土表面出现裂缝和破坏迹象。
混凝土碱-骨料反应原理及防治措施
混凝土碱-骨料反应原理及防治措施一、引言混凝土碱-骨料反应，即混凝土与骨料中的碱金属离子发生反应，导致混凝土的膨胀、开裂，严重时会影响混凝土的使用寿命和安全性。
本文将从混凝土碱-骨料反应的原理、影响因素、防治措施等方面进行阐述。
二、混凝土碱-骨料反应的原理1.碱-骨料反应混凝土中的碱性物质与骨料中的硅酸盐矿物发生反应，生成含水硅酸盐凝胶，凝胶吸水膨胀，导致混凝土膨胀开裂。
反应的化学方程式如下：Na2O+SiO2+H2O→Na2SiO3·nH2O（水玻璃）Na2SiO3·nH2O+Ca2+→CaSiO3·nH2O+2Na+2.碱-水反应混凝土中的碱性物质与水反应，生成氢氧化物，导致混凝土膨胀开裂。
反应的化学方程式如下：2NaOH+H2O→2Na++2OH-+H2O三、混凝土碱-骨料反应的影响因素1.混凝土配合比混凝土中碱性物质的含量和碱性离子的活性程度与混凝土配合比密切相关。
过多的碱性物质或搅拌不均匀，容易导致混凝土碱-骨料反应。
2.骨料类型不同类型的骨料对混凝土碱-骨料反应的影响不同。
硅酸盐骨料容易与混凝土中的碱性物质发生反应，而碳酸盐骨料和玄武岩骨料对混凝土碱-骨料反应的影响较小。
3.混凝土环境混凝土的环境温度、湿度、PH值等因素对混凝土碱-骨料反应有着重要的影响。
在高温、高湿的环境下，混凝土碱-骨料反应的速度较快。
四、混凝土碱-骨料反应的防治措施1.选用低碱性骨料选择低碱性的骨料可以有效地减少混凝土碱-骨料反应的风险。
碳酸盐骨料和玄武岩骨料是较好的选择。
2.控制混凝土配合比合理控制混凝土的配合比可以有效地减少混凝土中的碱性物质含量和碱性离子活性程度，从而减少混凝土碱-骨料反应的风险。
3.采用掺合料掺入适量的粉煤灰、硅灰、矿渣粉等掺合料可以有效地吸附混凝土中的碱性物质，减少碱性离子的活性程度，从而减少混凝土碱-骨料反应的风险。
4.表面涂层采用适当的表面涂层可以有效地减少混凝土表面的碱性物质和水的渗透，从而减少混凝土碱-骨料反应的风险。
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。
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”。
混凝土碱骨料反应
混凝土碱骨料反应混凝土是我们日常生活中常见的建筑材料之一，而其中的碱骨料反应则是混凝土工程中的一个重要问题。
混凝土碱骨料反应是指在特定条件下，混凝土中的碱性物质与骨料中的硅酸盐等物质发生化学反应，导致混凝土的体积膨胀和力学性能下降。
混凝土碱骨料反应的机理主要涉及到两个方面：碱性物质和骨料中的硅酸盐。
首先，混凝土中的碱性物质主要来自于水泥中的氢氧化钠和氢氧化钾。
这些碱性物质在水泥水化的过程中会溶解出来，并与骨料中的硅酸盐发生反应。
其次，骨料中的硅酸盐主要是指含有活性硅酸盐矿物质的岩石，如火山岩、安山岩等。
在碱性物质的作用下，硅酸盐会发生水化反应，生成胶凝物质，导致混凝土的体积膨胀。
混凝土碱骨料反应对混凝土的性能有着重要的影响。
首先，碱骨料反应会导致混凝土的体积膨胀，使得混凝土产生裂缝和变形，严重影响混凝土的使用寿命和力学性能。
其次，碱骨料反应还会引起混凝土的强度下降和耐久性降低，使得混凝土易受到外界环境的侵蚀和损坏。
因此，混凝土工程中必须采取措施来防止碱骨料反应的发生。
针对混凝土碱骨料反应的防治措施主要包括以下几个方面。
首先，可以通过选择低碱度水泥和合适的骨料来减少碱骨料反应的发生。
其次，可以在混凝土中添加适量的抑制剂，阻止碱性物质与骨料中的硅酸盐发生反应。
此外，还可以通过控制混凝土的含水率和保持适当的湿度，减缓碱骨料反应的发展速度。
最后，定期进行混凝土的检测和维护，及时发现和处理碱骨料反应带来的问题。
混凝土碱骨料反应是混凝土工程中一个重要的问题，会导致混凝土的体积膨胀和力学性能下降。
为了防止碱骨料反应的发生，必须采取一系列的防治措施。
只有这样，才能保证混凝土的使用寿命和力学性能，确保工程的安全和稳定。
在今后的混凝土工程中，我们应该更加关注混凝土碱骨料反应的问题，加强预防和治理工作，提高混凝土工程的质量和可靠性。
混凝土碱骨料反应
混凝土碱骨料反应混凝土碱骨料反应（Alkali-Silica Reaction，ASR）是一种常见的混凝土病害，其主要原因是混凝土中的碱性物质与某些骨料中的硅酸盐发生反应，导致混凝土体积膨胀、开裂、失去强度和耐久性。
ASR 反应的机理ASR 反应主要涉及以下三个方面：1. 混凝土中的碱性物质：混凝土中常用的水泥和外加剂都含有一定量的碱性物质，如氢氧化钠、氢氧化钙等。
这些碱性物质在水泥固化后会释放出来，形成一个高 pH 值环境。
2. 骨料中的硅酸盐：硅酸盐是一种普遍存在于自然界中的矿物质，如石英、长石等。
当这些硅酸盐进入混凝土中作为骨料时，它们可能会与混凝土中的碱性物质发生反应。
3. 水分：水分是 ASR 反应必不可少的因素。
当水分进入混凝土内部时，它会溶解混凝土中的碱性物质，使其与骨料中的硅酸盐发生反应。
ASR 反应的影响ASR 反应会导致混凝土体积膨胀，从而引起混凝土开裂和失去强度。
此外，由于开裂会导致水分和氧气进入混凝土内部，从而加速 ASR 反应的进行，最终可能导致混凝土的完全破坏。
因此，ASR 反应对混凝土结构的耐久性和安全性都有很大影响。
如何预防和治理 ASR 反应预防 ASR 反应主要包括以下措施：1. 选择低碱度水泥：选择低碱度水泥可以降低混凝土中碱性物质的含量，从而减少 ASR 的风险。
2. 选择合适的骨料：选择不易与碱性物质发生反应的骨料可以有效地预防 ASR 反应。
3. 控制水分：控制混凝土中水分的含量可以降低 ASR 的风险。
治理已经发生 ASR 反应的混凝土结构主要包括以下措施：1. 加固和加固：通过加固和加固可以修复已经受损的混凝土结构，从而延长其使用寿命。
2. 拆除和重建：当混凝土结构已经严重受损时，可能需要拆除并重建。
总之，ASR 反应是一种常见的混凝土病害，对混凝土结构的耐久性和安全性都有很大影响。
预防 ASR 反应的关键在于选择合适的材料并控制水分含量。
对于已经发生 ASR 反应的混凝土结构，可以通过加固和加固等措施进行治理。
混凝土的抗碱骨料反应
混凝土的抗碱骨料反应混凝土作为一种常用的建筑材料，具有强度高、耐久性好等特点，广泛应用于建筑工程中。
然而，长期以来，混凝土中的碱骨料反应问题一直困扰着工程师和研究人员。
本文将介绍混凝土的抗碱骨料反应机制以及常用的预防措施。
一、抗碱骨料反应的机制碱骨料反应是指混凝土中的硅酸盐类骨料与混凝土中的碱性成分（如氢氧化钠、氢氧化钾等）发生化学反应的现象。
这种反应会导致混凝土内部产生压力，引起混凝土的膨胀和开裂，从而降低混凝土结构的强度和耐久性。
碱骨料反应主要分为两种类型：碱硅酸反应和碱硅酸盐反应。
1. 碱硅酸反应是指混凝土中的硅酸盐骨料与碱性成分发生反应生成碱性硅酸盐胶凝物质。
这种胶凝物质吸湿性强，容易吸收空气中的二氧化碳，形成类似于硅酸钙的膠凝胶，并引起混凝土体积的膨胀。
2. 碱硅酸盐反应是指硅酸盐骨料中的少量矽酸盐与碱性溶液中的氢氧根离子反应生成矽酸盐胶凝产物。
这种胶凝产物会降低混凝土的强度和耐久性，甚至引起混凝土的开裂。
二、预防措施为了有效预防混凝土的抗碱骨料反应问题，工程师采取了一系列的措施，下面将介绍其中几种常用方法。
1. 选择合适的骨料选择合适的骨料是预防碱骨料反应的首要措施。
一般来说，岩石类骨料的抗碱性能更好，因此可以优先考虑使用这类骨料。
此外，矿渣砂和粉煤灰等工业废料也是一种有效的抗碱骨料反应材料，可以用来替代一部分传统骨料。
2. 控制混凝土中的碱含量严格控制混凝土中的碱含量是预防骨料碱反应的重要手段。
在混凝土配制过程中，可以采用降低水泥碱含量、对含碱骨料进行预处理等方法，以减少混凝土中的碱性物质含量。
3. 使用碱抗裂剂碱抗裂剂是一种能降低混凝土开裂倾向的添加剂，可以有效减缓碱骨料反应的发展速度。
使用碱抗裂剂可以改善混凝土的抗碱骨料反应性能，提高混凝土的耐久性。
4. 加入矿物掺合料矿物掺合料，如矿渣粉、硅灰等，具有较低的碱含量和较高的硅酸盐含量，可以与碱性成分发生反应生成稳定的胶凝产物，从而减少抗碱骨料反应的发生。
【揭秘混凝土】第55篇：碱骨料反应
【揭秘混凝⼟】第55篇：碱⾻料反应⾻料中含有的某些成分可能与混凝⼟中的碱⾦属氢氧化物发⽣反应，称为碱⾻料反应，简称AAR。
如果碱⾻料反应导致体积明显增⼤，将会给混凝⼟结构带来潜在的危害。
碱⾻料反应有两种形式，⼀种是碱硅反应，简称ASR；另⼀种是碱碳反应，简称ACR。
ASR 是⼀种远⽐ACR更常见的碱⾻料反应，因为含有具有碱活性硅成分的⾻料，要⽐含有碱碳反应所需成分的⾻料更普遍些。
早在上世纪30年代，碱硅反应对混凝⼟的潜在破坏就已经被发现了。
尽管世界各地的混凝⼟都有碱⾻料反应现象，但由于碱⾻料反应⽽导致混凝⼟结构出现重⼤破坏的现象还不是很多，主要原因如下：
1，在普通硅酸盐⽔泥混凝⼟中使⽤的⾻料⼤部分的化学稳定性较好，碱活性并不明显。
2，⼤部分混凝⼟结构的服役环境⽐较⼲燥，⾜以抑制碱⾻料反应的发⽣。
3，在混凝⼟中适当使⽤⽕⼭灰质材料或矿渣，能够抑制碱⾻料反应的发⽣。
4，在混凝⼟配合⽐设计中，可以通过控制混凝⼟的碱含量来控制碱⾻料反应的发⽣。
5，有些碱硅反应并不会导致明显膨胀现象的发⽣，因此对混凝⼟结构⼏乎没有影响。
碱硅反应---ASR
碱硅反应的主要特征包括：
1，混凝⼟表⾯的⽹状裂缝；
2，结构的不同部分出现相对位移；
3，混凝⼟表⾯出现鳞状碎⽚；
图1：典型的碱⾻料反应裂缝
图2：碱⾻料反应出现的⽹状裂缝
图3：碱⾻料反应出现的破碎
图4：破碎的近景
碱硅反应对混凝⼟的破坏是⼀个缓慢的过程，因此造成结构突然垮塌的风险较⼩。
但是碱⾻料反应会使其他因素引起的病害迅速发展，以⾄出现重⼤灾害，如冻融破坏、氯离⼦侵蚀、硫化物侵蚀等病害。
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分布并镶嵌在紧密包裹的基质之中，其间没有剩余 的空间允许其他的离子进入。 当Na+ 、K+、OH-和水进入被基质包裹的限制空间 就必然会引起膨胀。再加以形成的方解石、水镁石 晶体生长的结晶压就进一步产生了膨胀压力
该机理的热力学解释
上述反应之所以会发生，主要是由于上述反 应实质上从化学热力学分析为自由能降低的 过程。上述反应式写成离子反应式为 CaMg（CO3）2+2OH- → Ca CO3+ Mg （OH）2+ CO32 可算得自由能的变化为△G=-12.8KJ/mol， △G＜0，所以此反应为自发过程。
水是碱骨料反应发生的必要条件，因此隔绝
水源很重要。 有时难以实现
使用矿物掺合料
机理
混合材对ASR的抑制作用主要表现在对混凝土中碱和 Ca（OH）2的作用，可概括为对碱的物理稀释、吸附、与 Ca（OH）2的火山灰反应，减少甚至消除体系中的 Ca（OH）2，以及火山灰反应生成的低钙硅比的产物对碱的 吸附、滞留、和对体系的致密化作用等 。
控制混凝土碱含量
通常认为混凝土碱含量低于3 kg/m3，混凝土
孔溶液中的Na+ 、K+、OH-浓度便低于临界 值，AAR难于发生或发生较轻 美国、英国、日本等国家，都曾广泛使用碱 含量低于0.6%的低碱水泥以降低碱骨料反应 北京的地铁工程也规定使用碱含量低于0.6% 的水泥。
控制混凝土湿度
碱骨料反应的危害较大，常见。
英美等国家从40年代开始大量出现。 我国自90年代以来也有发现。
比如北京的东直门立交桥的破坏，就发现有碱骨料反应。
由于一旦发生，无法抑制，被称为混凝土的
“癌症”。
碱骨料反应的巨大破坏
碱骨料反应机理
碱骨料反应是指混凝土中含有的碱性 物质（Na2O+K2O）与 骨料中的某些活 性矿物反应生成一种新的生成物，即碱 硅络合物，伴随吸水膨胀，导致混凝土 开裂。
混凝土的碱—骨料反应
孔凡敏
目
录
一、耐久性及碱骨料反应危害综述 二、碱骨料反应破坏机理 1、碱硅酸反应 2、碱碳酸反应 三、碱骨料反应影响因素 四、碱骨料反应预防措施 五、涉及到的物理化学问题 六、参考文献
混凝土的耐久性破坏
氯离子渗透
碳化 硫酸盐侵蚀
冻融循环
碱骨料反应
碱骨料反应的危害
砂中蛋白石含量不同时水泥的安全含 碱量
项目 砂中蛋白石 无膨胀的最大 膨胀0.1%的 含量（%） 碱含量（%） 碱含量（%）
1
2 3
1
2
0.15
0.25
0.19
0.30
5
0.35
0.65
D.O.Woolf的研究证明，当活性骨料较少时，碱含量0.19%也会引起很大的膨胀。
相对湿度对碱骨料反应膨胀的影响
粗骨料是白云石灰岩，发生反应使混凝土膨
胀开裂。 与碱硅酸反应完全不同，混凝土孔溶液中的 碱离子（Na+ 、K+）和骨料中的白云石 ［CaMg（CO3）2］之间的反应
去白云化反应
CaMg（CO3）2+2MOH →
Ca CO3+ MgCO3+ M2CO3 M2CO3+Ca（OH）2 → 2MOH+ Ca CO3
反应自由能小于零，反应为自发过程。
参考文献
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.
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反应温度对碱骨料反应膨胀的影响
碱骨料反应的抑制措施
使用非活性骨料 控制混凝土碱含量 控制混凝土湿度 使用矿物掺合料 使用化学外加剂
使用非活性骨料
最安全可靠的措施
目前对评定骨料碱活性特别是慢膨胀骨料潜
在碱活性尚无绝对可靠的方法 我国碱活性骨料分布广泛 ，活性骨料的使用 在所难免
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。Βιβλιοθήκη 唐明述对碱硅反应膨胀的总结
由于局部化学反应的结果，生成产物的固相体 积大于反应产物的固相体积，引起膨胀应力。 生成产物的强烈吸水，既增加了膨胀也加速了 反应。 反应和吸水的过程就是膨胀的过程，同时，二 者相互促进。
谢 谢！
碱骨料反应的影响因素
活性骨料含量 水泥的碱含量 即使碱含量低于0.6%，但若碱活性骨 料相应减少，也会引起很大的膨胀。 活性骨料粒度减小时，一般会增加膨胀值，但当所有骨料 全磨细到53μm时，则无论其含碱量多少，都不会膨胀。
环境湿度 反应温度
活性骨料量对膨胀值的影响
水泥含碱量对膨胀的影响规律相似，当活性骨料含量 和粒度相同时，存在一个最优碱含量使膨胀最低。
混合材的掺量需要一定的限值才可见效
一般推荐的掺量为粉煤灰30%以上，磨细矿渣粉50%以 上，硅粉10%以上，才能有效的抑制碱骨料反应。
此种方法对ACR的抑制作用不大。
使用化学外加剂
是抑制碱骨料反应的有效措施
常用的化学外加剂有锂盐、钙盐等
涉及到的物理化学问题
肿胀吸水时用到蒸汽压和自由能理论
从热力学角度对肿胀的解释
肿胀是由于体系中溶剂分子的蒸汽压低、自
由能小，因此，纯溶剂或稀溶液中的溶剂分 子有自发的迁移到这个体系来的趋势。胶体 的肿胀只需有溶液即可，甚至可以吸收空气 中的水。由于肿胀受到约束，因此产生巨大 的膨胀压导致基体的破坏。
碱碳酸反应机理
最早由加拿大的swenson发现
Gillott解释的反应机理
反应物的固相体积大于反应产物的固相体积，
因此反应本身不可能引起膨胀。 他发现白云石晶体中包裹有干燥的粘土，上 述的去白云化反应使白云石晶体遭受破坏， 从而使粘土暴露造成能够吸收膨胀的条件。 而干粘土吸水是造成膨胀的主要原因。
唐明述的机理解释
膨胀主要是由局部化学反应和结晶压引起
碱硅酸反应
碱碳酸反应
碱硅酸反应机理
碱硅反应是指骨料中的活性二氧化硅与混凝
土中的碱反应生成碱硅络合物的反应。 活性二氧化硅是一种热力学不稳定的硅，一 般是指无定形二氧化硅，隐晶质、微晶质和 玻璃质二氧化硅。
碱硅酸反应机理
最初由Powers，steinour给出反应的模型
硅醇的中和反应 Si—OH+OH- → Si—O-+H2O Si—O-+Na+ → Si-ONa（碱硅凝胶） 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）