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
（4）渗出凝胶Si-ONa
（5）内部凝胶 碱骨料反应后的膨胀是由反应生成碱 -硅酸凝胶吸水引 起的，因此凝胶的存在是发生了碱 -硅酸反应最直接的证明。
四、碱骨料反应的预防措施
1、 控制水泥碱含量，优先选用碱含量小于 0.6 ％的低碱水 泥。一般情况下，把水泥碱含量低于 0.6 ％氧化钠当量（即 Na2O+0.658K2O）作为预防碱骨料反应的安全界限。当然， 低碱水泥本身并不能控制碱－集料反应。 2、 确定最小水泥用量。在满足工程要求的强度及耐久性前 提下选择合适的水泥用量。 3、 控制混凝土中总含碱量。混凝土中碱的来源不仅有水泥， 还包括混合材、外加剂、水以及骨料等，因此控制混凝土中 各种原材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更为科学，目前已 为许多国家所接受。如我国建设的南水北调中线工程，对具 有碱活性或疑似碱活性的集料，规定干燥环境下的Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ类工程，其混凝土中总碱量不得大于 3.0 Kg/m3；潮湿环 境下的Ⅰ类工程混凝土总碱量不大于 3.0 Kg/m3，Ⅱ、Ⅲ类 不大于2.5Kg/m3。
1.2混凝土碱骨料反应概念
碱骨料反应（Alkali Aggregate Reaction 简写作AAR） 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。
1.3混凝土碱骨料反应危害
碱骨料反应导致混凝土破坏特征均表 现为混凝土膨胀开裂,大量微裂缝的产生 不仅降低混凝土的力学性能,更重要的是 加速了水、腐蚀离子渗入混凝土内部,从 而诱发碱骨料反应、钢筋锈蚀、冻融破 坏协同效应,严重影响了混凝土工程耐久 性能。再有碱骨料反应是在混凝土碱活 性骨料周围缓慢、长期发生的 , 不仅无法阻止其破坏继续发 展,且破坏后不宜修复,因此被称为混凝土的“癌症”。
这种反应持续进行，直至白云石被完全作用或碱浓度降到足 够低为止，其特点是反应较快，而且反应少见凝胶产物，多 呈龟裂或开裂。
1.5碱-骨料反应的检测与评价方法
碱骨料反应具有很长的潜伏期，尽早确定含岩石骨料 是否具有碱活性具有非常重要的意义。大体上分为三类：一 是通过岩相鉴定检验骨料中是否有活性组分的岩相法；二是 以骨料与碱作用后所产生的膨胀率大小作为判断的依据；三 是依骨料在碱液中的反应程度作为判据的化学法。下面介绍 通用的碱骨料反应实验方法。 （1）岩相法 该方法借助光学显微镜，X射线衍射分析等岩相分析方 法，鉴定骨料的岩石种类，矿物组成及各组分含量，并以此 判断骨料的碱活性。该方法的优点是速度快，可直接观察到 骨料中的活性组分。岩相鉴定法对其后选择合适的检测方法 有重要的指导作用，一直作为骨料碱活性的鉴定首选。缺点 是得不到活性成分含量与膨胀率的定量关系，并且此法需要 相当熟练地技术。
·SiO2·(n+1)H2O
碱硅酸类会在混凝土表面 形成凝胶（如图），干燥
后为白色的沉淀物，具有
强烈吸水膨胀的特性，此 类反应一般发生在骨料与
水泥石界面处，致使混凝
土产生不均匀膨胀引起开裂。
②碱－硅酸盐反应（Alkali-Silicate Reaction，ASR）, 活性骨料是结晶良好的硅酸盐岩石。碱－硅酸盐反应是指混 凝土中的碱与骨料中的某些层状结构的硅酸盐发生反应，使 层状硅酸盐层间距增大，集料发生膨胀致使混凝土开裂。
（4）混凝土的孔隙率
混凝土的空隙也能减缓碱骨料反应时胶体吸水产生的 膨胀压力，因而随孔隙率增加，反应膨胀量减小，特别是细 孔减缓效果最好。因此，加入引气剂能减缓碱骨料反应的膨 胀。
（5）环境温湿度的影响 混凝土的碱骨料反应离不开水，因此环境湿度对其有 明显影响。虽然说在低湿度条件混凝土空隙中的碱溶液浓度 增大会促进碱骨料反应，但如果环境相对湿度低于 85% ，外 界不供给混凝土水分，就不会发生混凝土中反应胶体的吸水 膨胀，它的最不利相对湿度为90%-95%。。 每种反应性骨料都有一个温度限值。在该温度以下， 随温度增高膨胀量增大，当超过该温度限值时，反应膨胀量 明显下降，最不利温度在37.8-40度之间。
（2）混凝土棱柱体法
试件尺寸为75mm*75mm*（275-405mm），试件成型后用 塑料膜覆盖，放于23度， 100%相对湿度条件下预养护 24h ， 脱模测其初长。然后 38 度， 100% 相对湿度下养护，测定 1,2,4,8,13,26,39,52周各龄期的膨胀率。若半年超过0.03% 或三个月膨胀率超过 0.02%， 1年膨胀率超过 0.04% ，则骨料 为活性骨料。
该法既能用于硅质骨料，又可鉴定碳酸盐骨料。另外， 由于它可以使用粗骨料，因而更接近混凝土实际。但膨胀结 果受水泥细度，水灰比和养护条件（温度，湿度）及配合比 影响。
(3)砂浆棒法 取试件尺寸为 25mm*25mm*385mm。成型后1d脱模，测其 初始长度，然后在38度，100%相对湿度下养护，并测定不同 龄期试件长度变化。若3 个月膨胀率小于 0.05% ，6个月小于 0.1%，则为非活性骨料。该方法仅适用于一些高活性的快膨 胀的岩石和矿物，对慢膨胀的骨料则不能快速的提出鉴定成 果。 （4）快速砂浆棒法 由于砂浆棒法周期长，时间上不能满足大多数工程需 要，而且存在漏判例子，尤其是不能鉴定出许多慢膨胀骨料 的活性，所以提出该法。 试件原材料及制备程序和（3）法一样，只是采用了不 同的养护制度。用试件浸泡在80度的1mol/l的NaOH溶液中， 测其12d的膨胀值作为评定骨料潜在活性的依据。规定依据： 膨胀率小于0.1%为非活性，膨胀率大于0.2%为活性。该法过 于严格，某些被证明是无害的骨料可能被判为有害。
7、 掺用外加剂。如锂盐外加剂可有效的减少 ASR 膨胀破坏， 引气剂可使混凝土具有 4 ％ -5 ％的含气量，增加其中的细微 孔隙，可以容纳一些反应物，从而缓解碱骨料反应的膨胀压 力，减轻碱骨料反应对工程的损害。
混凝土碱骨料反应
主讲人：陈海华
1.1混凝土碱骨料反应简介
碱骨料反应开始是在30年代美国西部地区的堤坝、公路、 桥梁等混凝土结构物发生异常膨胀，产生裂缝而发现的。进 入70年代后，不断从欧洲、南非等地传来碱骨料反应引起的 结构损伤报告，碱骨料反应作为个世界性的普遍问题被提了 出来 。由于碱骨料反应一般是在混凝土成型后的若干年后 逐渐发生,其结果造成混凝土耐久性下降,严重时还会使混凝 土丧失使用价值 , 且由于反应是发生在整个混凝土中 , 因此 , 这种反应造成的破坏既难以预防,又难于阻止,更不易修补和 挽救,故被称为混凝土的“癌症”。
（6）反应环 有些骨料在与碱发生反应以后，会在骨料周围形成一 个深色的薄圈，称为反应环。 （7）内部裂纹 当碱骨料反应引起超量膨胀时，会在混凝土中心形成 内部裂纹，裂纹常常充满凝胶。混凝土暴露面限制了内部混 凝土的膨胀，因此导致了面层的拉应力。如果反应程度足够 大，在此情况下就会产生大的裂纹。
1.4碱骨料反应发生条件及分类和机理
③碱－碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction，ACR）, 其活性骨料是指某些碳酸盐岩石。碱－碳酸盐反应是指混凝 土中的碱与具有特定结构的黏土质细粒白云质石灰岩或黏土 质细粒白云岩集料发生下列反应，进行的所谓去（脱）白云 化作用 CaMg(CO3)2+2NaOH → Mg(OH)2+CaCO3+Na2CO3 Na2CO3+Ca(OH)2 → 2NaOH+CaCO3
（1）碱骨料反应发生条件 发生碱骨料反应需要具有三个条件 ①混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量 高。 ②骨料中有相当数量的活性成分； ③潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。 （2）碱骨料反应的分类和机理 按照活性材料及其产生破坏时的反应机理不同，一般将 碱－集料反应分为三种：
①碱－硅酸反应（Alkali-Silica Reaction）,即最早的 AAR 或经典的碱骨料反应。具体是指混凝土中的碱与骨料中 微晶或无定型硅酸发生反应，生成碱硅酸类 2NaOH+SiO2+nH2O → Na2O