混凝土骨料的碱活性及其评价

混凝土骨料的碱活性及其评价（刘莹王学杰）

［摘要］骨料碱活性检验的方法较多。判定骨料是否具有潜在活性，大多需要采用几种检验方法相互印证，以提高结论的准确性。本文采用多种方法对实际工程采用的骨料进行检验，通过具体分析，对骨料碱活性进行了评价。

［关键词］碱活性砂浆棒快速法评价

1 前言

所谓碱骨料反应是指混凝土原材料中的水泥、外加剂、掺合料和水中的碱（Na2O+0.658K2O）与骨料中的活性成分逐渐反应，其反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力，导致混凝土膨胀开裂损坏。混凝土的碱—骨料反应是混凝土耐久性研究的重要课题之一。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布，所以一旦发生碱骨料反应，混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。

鉴定骨料的碱活性和活性程度是预防工程混凝土发生碱骨料反应的重要程序，世界各国都很重视骨料活性的检测。比较常见的、被认为行之有效的检测骨料活性的方法有很多种。骨料是否具有活性的结论，对工程影响很大，因此需要通过专门的试验进行检验。

2 碱骨料反应的分类及检验方法

不同的活性骨料，其破坏机理也不同，一般按与碱反应的岩石类型，可将碱—骨料反应划分为三种类型，即碱-硅酸反应、碱-碳酸盐反应、碱-硅酸盐反应。

碱-硅酸反应（Alkali-Silica Reaction）

碱-硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应，产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶

其反应式可归纳为：2NaOH+SiO2+nH2O→Na2O.SiO2.NH2O

碱硅酸类呈白色凝胶固体，其体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后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，发展严重的会使混凝土结构崩溃。能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、玛瑙、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺陷的石英以及微晶、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发生的碱骨科反应事例中，绝大多数为碱-硅酸反应。

碱-碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction）

一般的碳酸岩、石灰石和白云石是非活性的，只有泥质石灰质白云石，才发生碱-碳酸盐反应。

碱-碳酸盐反应主要是脱(去)白云石反应，即某些特定的微晶白云石和氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)等碱类反应生成氢氧化镁［Mg(OH)2 即水镁石］和碳酸盐等；这些生成物和水泥水化产物氢氧化钙［Ca(OH)2］又起反应，重新生成碱，使脱白云石反应继续下去，直到白云石被完全作用完，或碱的浓度被继续发生的反应降至足够低为止。

碱-硅酸盐反应（Alkali-Silicate Reaction）

碱硅酸盐反应是指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，致使混凝土膨胀开裂。

骨料碱活性的检验方法一般有如下几种：

岩相法：它是通过肉眼和显微镜观察新鲜岩石断口来鉴定骨料的种类和成分，特别是那些已知活性矿物存在与否的骨料，以此来判断其是否存在碱活性，但其缺点是得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系。

化学法：它是在规定条件下，测定碱溶液和骨料反应溶出的二氧化硅浓度及碱度降低值，借以判断骨料在使用高碱水泥的混凝土中是否产生危害性的反应。该方法不适用于含碳酸盐的骨料。不能鉴定由于微晶石英或变形石英所导致的众多慢性膨胀骨料。

骨料活性判定：当试验结果出现碱度降低值＞70 而滤液中的二氧化硅浓度＞碱度降低值或碱度降低值＜70 而滤液中的二氧化硅浓度＞35+碱度降低值/2 中的任何一种，该试样就被评为具有潜在有害反应。

砂浆长度法：它是通过测定水泥砂浆试件的长度变化，以鉴定水泥中的碱与活性骨料间的反应所引起的膨胀是否具有潜在危害。它是在岩相法检验和化学法检验均不能作出定论时进行的，适用于碱骨料反应较快的碱-硅酸盐反应和碱-

硅酸反应，不适用于碱-碳酸盐反应。

骨料活性判定：对于砂样：当砂浆半年的膨胀率超过0.10%，或3 个月的

膨胀率超过0.05%时，即被评为具有危害性的活性骨料。反之，如低于上述数值，则被评为非活性骨料。对于石料：当砂浆半年膨胀率低于0.10%，或3 个月的膨胀率低于0.05%时，即被评为非活性骨料。反之，如超过上述数值，则被评为具有危害性的活性骨料。

碳酸盐骨料碱活性检验：在规定条件下测量碳酸盐骨料试件在碱溶液中的长度变化，以鉴定其作为混凝土骨料是否具有碱活性。该方法适用于碳酸盐岩石的研究与料场初选，但是试验龄期较长，约需要12 周。

骨料活性判定：浸泡84 天试件膨胀率在0.10%以上时，该岩样应评为具有危害性。不宜作为混凝土骨料。必要时应以混凝土试验结果作出最后评定。

砂浆棒快速法：砂浆棒快速法是同时被美国和加拿大定为标准的方法（ASTM C1260-94 和CSAA23.2-25A），该方法能在16 天内检测出骨料在砂浆中的潜在有害的碱—硅酸反应，尤其适合于检验反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料。被认为是比较精确可靠的，但它的问题是过于严格。

砂浆棒快速法评定标准为：

（1）砂浆试件14d 的膨胀率小于0.1%，则骨料为非活性骨料；

（2）砂浆试件14d 的膨胀率大于0.2%，则骨料为具有潜在危害性反应的

活性骨料；

（3）砂浆试件14d 的膨胀率在0.1%至0.2%之间的，对这种骨料应结合现场记录、岩相分析、或开展其他的辅助试验、试件观测的时间延至28d 后的测试结果来进行综合评定。

混凝土棱柱体试验法：混凝土棱柱体法是评定混凝土试件在升温及潮湿条件养护下，水泥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，试验周期较长，需要一年。

骨料活性判定：当试件一年的膨胀率不小于0.04%时，则判定为具有危害性反应的活性骨料；膨胀率小于0.04%时，则判定为非活性骨料。

压蒸法（又叫快速法）：本方法是由中国工程建设标准化协会推荐的（CES 48∶93 中的150℃压蒸法），该方法能在砂浆试件成型一天后就对骨料的碱活性给出定量的判断，但由于高温高压改变了水泥水化条件，其结果如何与实际情况作比较仍存在争论。