浅谈混凝土碱

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1、浅谈混凝土碱■集料反应发展研究摘要：论述了混凝土碱■集料反应的分类及机理，提出了预防和抑制混凝土碱-集料反应的有效措施。关键词：混凝土；碱■集料反应；预防措施1•引B碱-集料反应（Alkali-AggregateReaction，简称AAR）是指混凝土中的碱（K+、Na+）或由外界环境渗入混凝土中的碱金属离子与集料（砂、石）中的某些有害成分（碱活性矿物）发生化学反应，生成遇水具有膨胀性质的凝胶，使混凝土内部产生膨胀应力，造成混凝土开裂破坏。1940年Stanton[l]在美国首次证实混凝土碱-集料反应对加利福尼亚洲布纳德利路面混凝土的破坏后，在世界各地相继出现各种工程破坏的事例，包括大坝、

2、桥梁、公路、机场、港口及工业民用建筑⑴。英国自1975年发现首例AAR的建筑物破坏事例后，迄今的调查统计表明在英国的6000座钢筋混凝土桥梁中，有165座已确信受AAR的破坏；在法国北部调查了1970年后建成的860座桥，结果表明受AAR破坏者为123座，占14%；澳大利亚、西班牙、瑞士、加拿大等国都有AAR引起的混凝土建筑物破坏的事例；我国从20世纪90年代开始，陆续在北京、天津、山东、陕西、内蒙古、河南等地的立交桥或机场或铁路轨枕中发现因碱-集料反应所引起的破坏实例［l-2］o国内外学者对碱-集料反应研究已持续60多年，并不断出现新问题和研究方向。由于活性集料经搅拌后大体上呈均匀分布，

3、一旦发生所造成的混凝土开裂破坏是整体性的，混凝土各部分均产生膨胀应力，这种膨胀应力导致混凝土裂缝的产生，开裂往往又会加剧混凝土钢筋锈蚀、冻融破坏、碳化和侵蚀等多种破坏，彼此的叠加和相互促进，导致混凝土耐久性迅速下降，严重的可使混凝土疏松崩解，丧失使用功能。一旦发生，严重的只有拆除，无法补救，因此被喻为混凝土的癌症。碱-集料反应是影响混凝土结构长期耐久性的重要因素之一［2］。因此，充分认识碱-集料反应的作用机理以及预防措施有重要意义。2.AAR反应机理分析碱-集料反应发生必须具备三个条件：碱，活性集料和水,碱主要来源于水泥。国际上已发现的碱-集料反应按有害矿物种类的不同有三类［2-3］,即碱

4、-硅酸反应(Alkali-SilicateReaction,简称ASR)、碱-碳酸盐反应(Alkail-CarbonateReaction,简称ACR)、碱-硅酸盐反应(Alkali-SilicateReaction,简称L-ASR)。其中碱-硅酸反应最普遍，因此本文提到的AAR反应主要是指ASRo2.1碱-硅酸反应(Alkali-SklicaReaction,ASR)碱-硅酸反应(ASR)—般指混凝土中的碱(K+、Na+)与集料中的活性SiO2发生化学反应，生成碱的硅酸盐凝胶，胶体吸水后膨胀，产生很大的膨胀压力，从而引起混凝土的开裂。ASR首先是化学反应，反应物是活性SiO2和混凝土孔溶

5、液中的Na+、K+、OH-等，反应产物是碱硅酸凝胶。碱主要来源于水泥和外加剂，也有学者认为骨料，特别是长石含量大的骨料，也可以向混凝土中释放大量的碱，而活性SiO2则主要来源于混凝土所用集料。用简单的化学方程式表示为:Na+(K+)+SiO2+OH-—Na(K)-Si-H此类反应混凝土中的碱(K、Na)溶于孔隙中与硅质集料中活性SiO2反应生成碱-硅酸凝胶，其吸水后产生很大的体积膨胀，体积约增大可达3倍以上，从而导致混凝土开裂。中集料中的活性SiO2指无定形SiO2和隐晶质、微晶质及玻璃质的SiO2,如玉髓、蛋白石、非常细小的微晶石英，隐晶质和微晶质二氧化硅及受应力变型的二氧化硅等。衡量骨

6、料SiO2活性指数的参数为K,即：K=[X(CaO)+X(A12O3)]/[X(SiO2)+X(Na2O)]式中：K为活性指数；X(CaO)、X(A12O3)、X(SiO2)、X(Na2O)分别为CaO、A12O3、SiO2、Na2O的摩尔分数。K指数越小活性越大，碱活性的膨胀率也越大，当K小于0.2时，为活性骨料，K大于0.3时为非活性骨料。2.2碱-碳酸盐反应(Alkali-CarbonateReaction,ACR)碱碳酸盐反应(ACR)是AAR的一个重要类型，它是指混凝土中的碱金属离子(K+,Na+)或由外界环境渗入混凝土中的碱金属离子与石灰石质白云石发生化学反应，从而导致混凝土开

7、裂。具有ACR活性的集料主要指泥质白云石质石灰石，其中一般粘土的质量分数为5%-20%,白云石和石灰石含量大致相等。Gillott［4］等研究认为白云石的菱形晶体粒径在50pm以下，且均匀散布于基质之中，基质由微晶方解石和粘土构成，紧密包裹白云石微晶。这类白云石含粘土和方解石较多，白云石颗粒小被粘土和方解石颗粒包围。碱金属离子能通过包裹在细小白云石微晶外的粘土渗入到白云石颗粒表面，使其产生反白云石化反应，但反应产物不能通