混凝土碱集料反应病害的分析与预防
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法措 施 。
关键 词 混 凝上 ；碱集 料反应 ；裂缝 ；含最 ；防治措施 中图 分类 号 Ｔ ５８ ４ Ｕ ２． １ ０ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号 １７— ６ １（ １）３— １８０ ６３９７ 一 ０２ ２ ０ － １ ２ ０ Ｉ
近年来 ，随着高速公路 、铁路 的建设在我 圈快速发展 ，桥涵 、隧道 等混凝土结构 １程的大量兴建 ，为满 足Ｔ程需 要 ，一些碱含量高 的水 泥和含碱￣， ，／ ｌ ｍＮ的普遍应用 ，使混凝土结构物发生碱一集料反应破坏的 风险 日益突 ｍ ，对公路桥涵 、 隧道 等永久性 建筑的耐久性形成 了潜 在 危险。 混凝土碱集料反应是指混凝土中的碱 与集料 中的活性成分发生反应 生成新的物质 ，产生膨 胀，引起混凝 土内部应力的增加 ，导致混凝土 自 内到外开裂 、甚至破坏的现象。碱集料反应一般是在混凝 土成型后２ ３ — 年后逐渐发生 ，导致桥涵 、隧道等构造物的墩台 、立柱 、梁板 、二衬等 部件混凝土的开裂 、钢筋的锈蚀 ，甚至破坏 ，并且这种破坏会不断地发 展 ，难以阻止 ，更不易修补 和挽救 ，故被称为混凝土的癌症 。防止这种 “ 癌细胞”在高速公路混凝土结构物中的扩散 ， 是每一位建设者 、管理 者的责任。
３ 碱集料 反应 的鉴 别
尽管碱集料反应 比较复杂 ， 但仍有其基本的特征来区别，可以从 以
下 几 个 方面 鉴 别 ：
１ 混凝土中碱的来源 。混凝土中碱的来源主要是水泥 ， ） 其次是碱 含量高的外加剂 ， 另外是拌合用水 以及集料 中带人的碱 。水泥熟料除了 含有硅酸＝钙 、 酸二钙 、铝酸 钙和铁铝酸四钙这四种成分外 ，还有 硅 含碱的盐 ， 常情况下它是 以Ｎ ｓ ， ＣＡ 和Ｋ … ， 物形 正 ０ 、ＫＳ 、Ｎ ｃ Ｓ 等矿 Ｏ 式存在 ，只是在水泥发生水化过程 中，液相中存在饱和Ｃ （ Ｈ） ａＯ ， 的条件 下 ，这些含碱盐转化为钠 、钾氢氧化物即碱。如果混凝土集料 中含有活 ［ ｉ。 云 （ ａ Ｃ ￣Ｓ 、 Ｏ Ｃ Ｍｇ ０ ），它们之间就会发生反应。 ２）碱一 硅酸反应 （ ｌａ— ｉｃ ｅｃｏ 简称 ：Ａ Ｒ）。它是指碱与集 Ａｋｌ ＳｌａＲ ａｔ ｎ ｉ ｉ ｉ Ｓ 料中的活性ｓ０ 反应 ，生成碱 一硅酸盐凝胶 ，反应式如下 ： ｉ， ２Ｎａ Ｈ＋ ｉ ｎ ，一Ｎ ）・ ｉ ｎ ， 在Ｈ Ｏ ０ ＳＯ ・ Ｈ０ （ ＳＯ＋ Ｈ ０（ 环境下 ）
１ 混凝 土碱 集料 反应 病害 的产 生发现 及原 理分析
最早发现碱集料反应病 害是在２ 世纪３ 年代的美 国，一些西部地区 ０ ０ 的堤坝 、公路 、 桥梁等混凝 土结构发生异常异常膨胀和裂缝 。１ ０ ， ９ 年 ４ 美Ｉ 司的ＴＥＳａｔ 首先将这种混凝土异常膨胀开裂的破坏归结 为是由于碱 ．． ｎ ｎ ｔｏ 含量较高的水泥 与某种页岩或蛋白石集料之 间发生反应所致。我国对混 凝土碱集料反应理论 的研究 ，也在唐明述院士的领导下跨人 了世界先进
ｌ ｌ ８
应 用 方 法论
２年６ 科２蒜霸 ０ 第期 １ Ｌ
混凝 土碱 集料反应病害 的分析 与预 防
Fra Baidu bibliotek蔡永志
（ 河南平顶 山 ４ ７ ０ ６ ０ ０）
摘
‘
要 对混 凝土碱集料 反应发生的原理 、 程进 分析 ，指 碱集料 反应发生的条件 、 征及危害 ，提 ｍ 了预防混凝土碱集 料反应 的 过 门 特
行列。
程中不会析出 Ｎａ Ｈ、Ｋ Ｈ，没有碱与活性物质反应也就不能发生碱集 Ｏ Ｏ 料反应 。混凝 土中的碱主要来 自水泥中所含的碱，我 闰的规范中规定 ， 水泥以含碱量 （ ， Ｎａ Ｏ＋０６ ８ ．５ ＫＯ）低于０６ ． ％为含碱量安全使用的界限。 当水泥 中碱含量大于Ｏ ％时就可能会发生碱集料反应 ，碱含量越高 ，越 ． ６ 易发生碱集料反应。 ２ 集料中含有活性物 。这也是碱集料反应的必要条件之一，包括二 ） 种 ：一种是活 ｉ， ｔ ｏ ，含有该活性物质的矿料主要有蛋广 石 、玉髓 、玛 ￣ｓ １ 辎、 磷石英 、 方石英 、 微晶石英等，其中蛋白石 、 玉髓的活性最大；另一 种含活性物的集料是石灰石质自云石，已发现的南这种活性集料引起 的集 料反应相对较少。活 ｌ 生物质含量越多，碱集料反应的破坏力就越大。 ３）水 。混凝土中的碱与集料中的活性 物质发生 反应 ，都有水的参 与，如果离开了水碱 一硅酸集料反应就不会发生 ，碱 一碳酸盐集料反应 也 不 能 进行 ，就 不 会 有混 凝 土 的膨 胀 内力 ，也不 会 产 生 混凝 土碱 集 料 反 应 的坏作用 。只有具备 了前面 的两个条件 ，混凝土结构 又处 于环境潮 湿 、空气湿润或有水作用的条件下 ，才会发生碱集料反应的破坏作用 、
２ Ｈ ｉ ｎ 卜 Ｋ Ｏ ・ ｉ ｎ （ ＫＯ ＋ＳＯ ・ Ｈｆ Ｓ ＋Ｈ ０ 在Ｈ，环 境下 ） Ｏ ０
１ 无约束 、限制 的情况下碱集料反应发生的裂缝。呈 网状 、地图 ） 状 ，均匀分布 。从形状上看与混凝土的干缩裂缝有相似之处 ， 又有根 但 本的区别的 ： ①干缩裂缝 一般发生在混凝土浇筑后约一个月以内形成， 以后在干燥环境 中有所发展；碱集料反应 出现的裂缝 比较滞后 ，短的也 要２ ３ ，多数在 １－ ０ —年 ０ ２ 年之后 ；②干缩裂缝在环境潮湿的条件下裂缝 会 变小 、愈合趋向；碱集料 反应产生的裂缝发生在有水的作用 、或环境潮 湿、 空气湿润的环境条件下 ， 干燥 的环境下不会发生 。 ２）混凝土受到的约束 、限制条件下裂缝 。碱集料反应 发生 的裂缝 与混凝土受到的约束力的分布有关 。受钢筋约束的混凝上 ，其碱集料反 应裂缝往往平行 于约束力的方向，也即顺筋方向 ；而干缩裂缝往往是垂
关键 词 混 凝上 ；碱集 料反应 ；裂缝 ；含最 ；防治措施 中图 分类 号 Ｔ ５８ ４ Ｕ ２． １ ０ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号 １７— ６ １（ １）３— １８０ ６３９７ 一 ０２ ２ ０ － １ ２ ０ Ｉ
近年来 ，随着高速公路 、铁路 的建设在我 圈快速发展 ，桥涵 、隧道 等混凝土结构 １程的大量兴建 ，为满 足Ｔ程需 要 ，一些碱含量高 的水 泥和含碱￣， ，／ ｌ ｍＮ的普遍应用 ，使混凝土结构物发生碱一集料反应破坏的 风险 日益突 ｍ ，对公路桥涵 、 隧道 等永久性 建筑的耐久性形成 了潜 在 危险。 混凝土碱集料反应是指混凝土中的碱 与集料 中的活性成分发生反应 生成新的物质 ，产生膨 胀，引起混凝 土内部应力的增加 ，导致混凝土 自 内到外开裂 、甚至破坏的现象。碱集料反应一般是在混凝 土成型后２ ３ — 年后逐渐发生 ，导致桥涵 、隧道等构造物的墩台 、立柱 、梁板 、二衬等 部件混凝土的开裂 、钢筋的锈蚀 ，甚至破坏 ，并且这种破坏会不断地发 展 ，难以阻止 ，更不易修补 和挽救 ，故被称为混凝土的癌症 。防止这种 “ 癌细胞”在高速公路混凝土结构物中的扩散 ， 是每一位建设者 、管理 者的责任。
３ 碱集料 反应 的鉴 别
尽管碱集料反应 比较复杂 ， 但仍有其基本的特征来区别，可以从 以
下 几 个 方面 鉴 别 ：
１ 混凝土中碱的来源 。混凝土中碱的来源主要是水泥 ， ） 其次是碱 含量高的外加剂 ， 另外是拌合用水 以及集料 中带人的碱 。水泥熟料除了 含有硅酸＝钙 、 酸二钙 、铝酸 钙和铁铝酸四钙这四种成分外 ，还有 硅 含碱的盐 ， 常情况下它是 以Ｎ ｓ ， ＣＡ 和Ｋ … ， 物形 正 ０ 、ＫＳ 、Ｎ ｃ Ｓ 等矿 Ｏ 式存在 ，只是在水泥发生水化过程 中，液相中存在饱和Ｃ （ Ｈ） ａＯ ， 的条件 下 ，这些含碱盐转化为钠 、钾氢氧化物即碱。如果混凝土集料 中含有活 ［ ｉ。 云 （ ａ Ｃ ￣Ｓ 、 Ｏ Ｃ Ｍｇ ０ ），它们之间就会发生反应。 ２）碱一 硅酸反应 （ ｌａ— ｉｃ ｅｃｏ 简称 ：Ａ Ｒ）。它是指碱与集 Ａｋｌ ＳｌａＲ ａｔ ｎ ｉ ｉ ｉ Ｓ 料中的活性ｓ０ 反应 ，生成碱 一硅酸盐凝胶 ，反应式如下 ： ｉ， ２Ｎａ Ｈ＋ ｉ ｎ ，一Ｎ ）・ ｉ ｎ ， 在Ｈ Ｏ ０ ＳＯ ・ Ｈ０ （ ＳＯ＋ Ｈ ０（ 环境下 ）
１ 混凝 土碱 集料 反应 病害 的产 生发现 及原 理分析
最早发现碱集料反应病 害是在２ 世纪３ 年代的美 国，一些西部地区 ０ ０ 的堤坝 、公路 、 桥梁等混凝 土结构发生异常异常膨胀和裂缝 。１ ０ ， ９ 年 ４ 美Ｉ 司的ＴＥＳａｔ 首先将这种混凝土异常膨胀开裂的破坏归结 为是由于碱 ．． ｎ ｎ ｔｏ 含量较高的水泥 与某种页岩或蛋白石集料之 间发生反应所致。我国对混 凝土碱集料反应理论 的研究 ，也在唐明述院士的领导下跨人 了世界先进
ｌ ｌ ８
应 用 方 法论
２年６ 科２蒜霸 ０ 第期 １ Ｌ
混凝 土碱 集料反应病害 的分析 与预 防
Fra Baidu bibliotek蔡永志
（ 河南平顶 山 ４ ７ ０ ６ ０ ０）
摘
‘
要 对混 凝土碱集料 反应发生的原理 、 程进 分析 ，指 碱集料 反应发生的条件 、 征及危害 ，提 ｍ 了预防混凝土碱集 料反应 的 过 门 特
行列。
程中不会析出 Ｎａ Ｈ、Ｋ Ｈ，没有碱与活性物质反应也就不能发生碱集 Ｏ Ｏ 料反应 。混凝 土中的碱主要来 自水泥中所含的碱，我 闰的规范中规定 ， 水泥以含碱量 （ ， Ｎａ Ｏ＋０６ ８ ．５ ＫＯ）低于０６ ． ％为含碱量安全使用的界限。 当水泥 中碱含量大于Ｏ ％时就可能会发生碱集料反应 ，碱含量越高 ，越 ． ６ 易发生碱集料反应。 ２ 集料中含有活性物 。这也是碱集料反应的必要条件之一，包括二 ） 种 ：一种是活 ｉ， ｔ ｏ ，含有该活性物质的矿料主要有蛋广 石 、玉髓 、玛 ￣ｓ １ 辎、 磷石英 、 方石英 、 微晶石英等，其中蛋白石 、 玉髓的活性最大；另一 种含活性物的集料是石灰石质自云石，已发现的南这种活性集料引起 的集 料反应相对较少。活 ｌ 生物质含量越多，碱集料反应的破坏力就越大。 ３）水 。混凝土中的碱与集料中的活性 物质发生 反应 ，都有水的参 与，如果离开了水碱 一硅酸集料反应就不会发生 ，碱 一碳酸盐集料反应 也 不 能 进行 ，就 不 会 有混 凝 土 的膨 胀 内力 ，也不 会 产 生 混凝 土碱 集 料 反 应 的坏作用 。只有具备 了前面 的两个条件 ，混凝土结构 又处 于环境潮 湿 、空气湿润或有水作用的条件下 ，才会发生碱集料反应的破坏作用 、
２ Ｈ ｉ ｎ 卜 Ｋ Ｏ ・ ｉ ｎ （ ＫＯ ＋ＳＯ ・ Ｈｆ Ｓ ＋Ｈ ０ 在Ｈ，环 境下 ） Ｏ ０
１ 无约束 、限制 的情况下碱集料反应发生的裂缝。呈 网状 、地图 ） 状 ，均匀分布 。从形状上看与混凝土的干缩裂缝有相似之处 ， 又有根 但 本的区别的 ： ①干缩裂缝 一般发生在混凝土浇筑后约一个月以内形成， 以后在干燥环境 中有所发展；碱集料反应 出现的裂缝 比较滞后 ，短的也 要２ ３ ，多数在 １－ ０ —年 ０ ２ 年之后 ；②干缩裂缝在环境潮湿的条件下裂缝 会 变小 、愈合趋向；碱集料 反应产生的裂缝发生在有水的作用 、或环境潮 湿、 空气湿润的环境条件下 ， 干燥 的环境下不会发生 。 ２）混凝土受到的约束 、限制条件下裂缝 。碱集料反应 发生 的裂缝 与混凝土受到的约束力的分布有关 。受钢筋约束的混凝上 ，其碱集料反 应裂缝往往平行 于约束力的方向，也即顺筋方向 ；而干缩裂缝往往是垂