浅谈碱集料反应对混凝土的危害

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1、浅谈碱集料反应对混凝土的危害　　(内蒙古大学交通学院道路工程系，内蒙古呼和浩特010023) 　　摘要：文章以具体事例介绍了混凝土碱集料破坏对工程结构的影响，阐述了碱集料反应的分类和机理，说明了碱集料反应发生的原因和基本特征，提出了预防碱集料反应对工程结构破坏应采取的具体措施。 关键词：碱集料反应；混凝土；危害 　　中图分类号：U416文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)09—0132—02 　　混凝土碱集料反应是指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂石)中的活性矿物成分，在混凝土固化后缓慢发生

2、化学反应产生胶凝物质因吸收水分后发生膨胀，最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象，它是破坏混凝土建筑的一个重要因素。 　　我国科学家10年前发现了碱集料反应对建筑物的破坏，究其原因，专家们分析：①含碱粘土、砂石料在我国分布很广，北方地区尤其严重；②建筑施工中追求高强度和高性能混凝土，使单位混凝土的水泥用量增加，混凝土中来自水泥的碱含量超过了3kg/m3的限值，大量早强剂、防冻剂的使用又大大促进了碱集料反应的发生发展；③国家没有关于防止碱集料反应的有关规定，建筑商只注意工程进度，并不对建筑物的使用寿命负责。还有些人为了降低造价

3、，明知水泥碱性过高会影响建筑物寿命，也不愿增加成本购买低碱水泥。例如：天津市内的八里台立交桥，也是天津最大的立交桥，使用的含活性硅成份的蓟县灰岩做骨料。有许多潮湿部位的柱子、支撑梁发生网状开裂和顺筋开裂，有的桥台潮湿处混凝土胀裂，裂缝表面不平。天津市长江道立交桥柱子、支承梁和主粱梁端在潮湿处发生顺筋开裂，有些柱子表面发生网状裂缝。 1碱骨料反应的分类和机理 1.1碱硅酸反应 　　水泥中的碱与骨料中的活性SiO2成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固相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

4、膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱集料反应的发展，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、鳞石英、方英石、火山玻璃及结构有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中，如安山岩、流纹岩等。迄今为止，世界各国发生的碱集料反应绝大多数为碱硅酸反应。 1.2碱碳酸盐反应 　　碱碳酸盐反应的机理与碱硅酸反应完全不同，在泥质石灰白云石中含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙镁反应时，将其中的白云石［MgCO3］转化为镁石［Mg(

5、OH)2］，水镁石晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。 1.3碱硅酸盐反应 　　水泥(或混凝土)中碱与某些层状硅酸盐集料反应并导致砂浆或混凝土产生异常膨胀，这一类反应亦可归为碱硅酸反应。 1.4其他碱集料反应 　　①高硅质砂砾石集料在砂浆或混凝土中引起地形开裂；②含粘土多的水成岩(杂砂岩、泥质板岩、千枚岩、泥质岩石等)由于碱硅酸反应(粘土是层状晶格硅酸盐)引起粘土矿物“剥落”。 2碱骨料反应的发生原因(条件)和特征 　　混凝土工程发生碱骨料反应需要具有3个条件。①混凝土的原材料如水泥、混

6、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。 　　硅酸凝胶膨胀随水泥的碱含量增加而增大，在水泥含碱量低于0.6%时，就可以避免发生碱集料反应；一定碱量的水泥，则集料颗粒愈小而膨胀愈大。研究发现，在较低的活性氧化硅含量范围内，对一定碱量，活性氧化硅含量越多，膨胀越大。但当活性氧化硅含量超过一定范围后，情形就相反了。混凝土各种原材料成分中的碱(Na2O、K2O)均可导致发生碱集料反应对工程的损害。 活 　　性骨料或碱活性矿物岩石有火成岩、花岗岩、石英含量＞30%花岗闪长岩、流纹石、

7、安山石、玄武岩、蛋白石、变质岩、片麻岩等。 　　活性成份一种是无定形(非晶体)二氧化硅，如蛋白石，火山玻璃；一种是结晶不完整的二氧化硅，如玉髓、鳞石英、微晶石英等，另一种是结晶完整，例如花岗岩为深成岩，其中石英结晶很完整，但由于地壳变动，受挤压力产生晶格扭曲变形，当其中石英含量>30%时，就会发生碱活性反应。 　　愈是在潮湿多水的环境条件下，碱集料对工程的损害发展愈快，往往在同一个混凝土工程，混凝土配制材料具备碱集料反应的条件，在潮湿多水部位首先发生碱集料损害，在其他部位则发展缓慢。 　　受硅酸凝胶膨胀开裂的工程从外观上看

8、，在少钢筋约束的部位为网状裂缝，在受钢筋约束的部位多沿主筋方向开裂，在很多情况下可以看到从裂缝处溢出白色或透明胶体的痕迹。在同一工程中潮湿部位发展严重也是其外观特征之一。硅酸凝胶的一般特征是，在破坏的试样里可以鉴定出碱硅