混凝土碱骨料反应

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1、混凝土碱骨料反应1940年,Stanton发现California,Bradley的公路AAR破坏碱－骨料反应(Alkali-aggregateReaction，AAR)：混凝土中的碱(Na+、K+、OH-)与具有碱活性的骨料发生的一种膨胀性化学反应，混凝土的“癌症”。国内外概况自Stanton之后，美国其它州也相继发现AAR破坏，目前美国有半数以上州发生了AAR破坏；加拿大1953年发现首例AAR破坏事例，目前几乎遍及各省地区；英国自1975年发现首例AAR破坏事例，近期调查表明在6000座钢筋混凝土桥梁中,有165座已确信受AAR的破坏,有303座被怀疑

2、为AAR所破坏；丹麦早在50年代调查全国431座混凝土建筑物,其中3/4的建筑物遭受了不同程度的AAR破坏;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%；中国在1990年后相继发现了立交桥、机场、大型预应力混凝土铁路桥梁和轨枕、工业及民用建筑因AAR而破坏。AAR已成为混凝土工程的全球性灾害问题。指无定形二氧化硅、隐晶质、微晶质和玻璃质二氧化硅。如:蛋白石、玉髓、隧石、受应力变型的石英。一、碱一骨料反应机理1、碱—硅酸反应定义：骨料中的活性二氧化硅与碱发生化学反应生成膨胀性碱硅胶，导致混凝土膨胀性开裂。指孔溶液中的Na+、K

3、+、OH-，来自水泥、外加剂、环境等。＊取决于骨料中SiO2的结晶程度和混凝土中碱含量蛋白石玉髓反应机理：膨胀机理：吸水后的碱硅酸凝胶体体积远远大于反应前固体体积，最大时体积可增长3倍以上，大量凝胶体在混凝土骨料界面区的积聚、膨胀，导致混凝土沿着界面产生不均匀膨胀、开裂。2、碱—碳酸盐反应定义：某些骨料中的碳酸盐矿物与碱发生的化学反应引起混凝土的地图状开裂。指白云石与石灰石含量大致相等，粘土的质量含量约为5%一20%，白云石颗粒粒径约在50μm以下且被微晶方解石和黏土包围。指孔溶液中的Na+、K+、OH-，来自水泥、外加剂、环境等。反应机理：碱与白云石发生反

4、应,去白云化(dedolomitization)。CaMg(CO3)2+2ROH=Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3去白云石化反应是一个固相体积减小过程，膨胀破坏如何产生?膨胀机理：Gillott认为：白云石晶体中包裹有干燥的黏土，去白云石化反应使菱形白云石晶体遭受破坏，使黏土暴露出来，黏土吸水膨胀，从而造成破坏作用。唐明述院士认为：活性碳酸盐岩石的显微结构特征是：微晶方解石和网络状分布的粘土构成了这种岩心的基质，菱形白云石晶体彼此孤立地分布于其中。一方面，Ｒ+、OH-和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀，这

5、些离子之所以会挤入受限空间发生反应，主要是由于去白云化反应为自由能降低的过程，ΔG=-12.18kJ/mol。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。3、碱—硅酸盐反应定义：碱与某些层状硅酸盐骨料反应，使层状硅酸盐层间距离增大，骨料发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂。蛇纹石、伊里石、绿泥石、滑心、白云母、黑云母、铁锂云母、高岭石、微晶高岭石等层状结构的硅酸盐矿物；很多人反对将这种

6、碱—骨料反应划分为新的一类；唐明述院士研究表明：这些层状结构硅酸盐矿物自身不具有碱活性，产生膨胀反应的是其中含有微晶石英或玉髓。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。发生碱骨料反应的碱含量范围：高活性的硅质骨料(如蛋白石)，大于2.1kg/m3;中等活性的硅质骨料，大

7、于3.0kg/m3;碱—碳酸盐反应活性骨料，大于1.0kg/m3。我国标准CECS53:93《混凝土碱含量限制标准》中，提出了防止碱—硅酸反应的碱含量限值。(2)碱活性骨料含活性二氧化硅的岩石分布很广，碱—碳酸盐反应活性的只有黏土质白云石质石灰石。充分掌握骨科碱活性的情况，建立碱活性骨料分布图。火成岩花岗岩应变石英含量＞30％花岗闪长岩紫苏花岗岩浮石酸至中性富二氧化硅的火山玻璃体、鳞石英流纹石安山石英安岩粗面岩珍珠岩黑耀岩火山凝灰岩低硅玄武岩玉髓、蛋白石变质岩片岩应变石英含量＞30％片麻岩石英岩应变石英含量＞30％，隧石含量＞5％角页岩页硅酸盐、变石英干枚岩

8、泥板岩沉积岩砂岩应变石英、隧石含量＞5％硬砂岩页硅酸