混凝土碱骨料反应的机理及预防方法

碱骨料反应的预防方法

发布: 2011-1-13 16:33 | 编辑: 小平 |

【水泥人网】碱骨料反应条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。有人试图用阻挡水分来源的方法控制碱骨料反应的发展，例如笔者见过的日本从大孤到神户的高速公路松原段陆地立交桥，桥墩和梁发生大面积碱骨料反应开裂，日本曾采取将所有裂缝注入环氧树脂，注射后又将整个梁、桥墩表面全用环氧树脂涂层封闭，企图通过阻止水分和湿空气进入的方法控制碱骨料反应的进展，结果仅仅经过一年，又多处开裂。因此世界各国都是在配制混凝土时采取措施，使混凝土工程不具备碱骨料反应的条件。主要有以下几种措施。

1、控制水泥含碱量自1941年美国提出水泥含量低于0.6%氧气化钠当量（即Na2O+0.658K2O）为预防发生碱骨料反应的安全界限以来，虽然对有些地区的骨料在水泥含量低于0.4%时仍可发生碱骨料反应对工程的损害，但在一般情况下，水泥含量低于0.6%作为预防碱骨料反应的安全界限已为世界多数国家所接受，已有二十多个国家将此安全界限列入国家标准或规范。许多国家如新西兰、英国、日本等国内大部分水泥厂均生产含碱量低于0.6%的水泥。加拿大铁路局则规定，不讼是否使用活性骨料，铁路工程混凝土一律使用含碱量低于0.6%的低碱水泥。

2、控制混凝土中含碱量由于混凝土中碱的来源不仅是从水泥，而且从混合材、外加剂、水，甚至有时从骨料（例如海砂）中来，因此控制混凝土各种原材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更重要。对此，南非曾规定每m3混凝土中总碱量不得超过2.1kg，英国提出以每m3混凝土全部原材料总碱量（Na2O当量）不超过3kg，已为许多国家所接受。

3、对骨料选择使用如果混凝土含碱量低于3kg/m3，可以不做骨料活性检验，如果水泥含碱量高或混凝土总碱量高于3kg/m3，则应对骨料进行活性检测，如经检测为活性骨料，则不能使用，或经与非活性骨料按一定比例混合后，经试验对工程无损害时，方可按试验规定的比例混合使用。

4、掺混合材掺某些活性混合材可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应。根据各国试验资料，掺s—10%的硅灰可以有效的抑制碱骨料反应，据悉冰岛自1979年以来，一直在生产水泥时掺5—7.5%硅灰，以预防碱骨料反应对工程的损害。另外掺粉煤灰也很有效，粉煤灰的含碱量不同，经试验，即使含碱量高的粉煤灰，如果取代30%的水泥，也可有效地掏碱骨料反应。另外常用的抑制性混合材还有高炉矿渣，但掺量必须大于50%才能有效地抑制碱骨料反应对工程的损害，现大美、英、德诸国对高炉矿渣的推荐掺量均为50%以上。

5、隔绝水和湿空气的来源如果在担心混凝土工程发生碱骨料反应的部位能有效地隔绝水和空气的来源，也可以取

得缓和碱骨料反应对工程损害的效果。

混凝土碱骨料反应的机理

发布: 2011-1-13 16:31 | 编辑: 小平 |

【水泥人网】摘要：介绍了混凝土中碱与骨料研究的现状，对混凝土碱骨料反应膨胀机理、影响因素等进行了阐述。

碱骨料反应是指混凝土中的碱与骨料中的活性成分之间发生的破坏性膨胀反应，是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。该反应不同于其他混凝土病害，其开裂破坏是整体性的。

1. 碱骨料反应的机理碱骨料反应是水泥(混凝土中)达到一定数量的可溶性碱性氧化物(如Na20、Kz0)与混凝土中某些含有活性矿物的骨料在有水分的条件下发生化学反应，生成的凝胶体体积膨胀，引起已硬化的混凝土开裂破坏。其中Na20、K2O属于强碱，是水泥炼烧过程中和水化过程中的产物，混凝土的总碱含量等于水泥碱含量、外加剂碱含量、掺合料碱含量以及拌合水碱含量之和。另外，碱溶性骨料分为两种，一种是硅酸类，指非结晶Si和结晶不完整的Si，具有碱活性的硅酸盐类岩石矿物有蛋白石、玉髓、火山玻璃体；另一类是碳酸盐类，指结晶小的泥灰石灰石、白云石等，具有碱活性的碳酸盐类岩石矿物是细小菱形白云石晶体。可见，促使这类反应发生必须具备三个条件：即在混凝土中同时存在活性矿物集料、碱性溶液(K0H、NaOH)和水。

2. 碱骨料反应的分类

2.1 碱硅酸反应碱一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凝胶或称碱硅凝胶，其体积大于反应前的体积，且有很强的吸水性，吸水后进一步膨胀，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，严重的可导致混凝土结构崩溃。其反应机理如下：混凝土中的活性骨料与混凝土中的碱集料发生反应：2NaOH+Si02-Na0·Si·H20，当KOH和NaOH浓度较低时，不足以引起混凝土的破坏，一般认为当含碱量小于0.6％时，可不考虑碱骨料反应。碱一硅酸盐反应的机理与碱一硅酸反应的机理是一致的，只是反应速度比较缓慢。能与碱发生反应的溶性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺乏的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中。因而迄今为止世界各国反应的碱骨料反应绝大数为碱硅酸反应。

2.2 碱碳酸盐反应碱一碳酸盐反应引起的混凝土破坏，目前归结为白云石质石灰岩骨料脱白云石引起的体积膨胀。白云石质石灰集料在碱性溶液中发生的脱白云石反应如下：CoMg(O33)2+2NaOH-Mg(OH)2+CaCO3+maaCO3，式中，Na也可转换作K，这一反应不是发生在集料颗粒与水泥浆的表面，而是发生在集料颗粒的内部。这样水镁石Mg(0H)2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。

3. 碱骨料反应预防措施混凝土工程发生碱骨料反应需要具备三个条件：

3.1 混凝土的原材料水泥、外加剂及水中碱含量高；

3.2 骨料中有相当数量活性成分；

3.3 潮湿环境，有充分水分或湿气供应。

以上为混凝土碱骨料反应的必要条件和机理阐述。