《影响混凝土耐久性的“碱-骨料反应”之成因与对策》

摘要：“碱骨料反应”是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合料和水中的碱与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土膨胀、开裂甚至破坏。导致混凝土失去设计性能，不能长期保持混凝土结构强度和外观完整性，是直接影响混凝土耐久性的重要因素。

关键词： “碱—骨料反应”；骨料的活性成分；增生内部应力

Abstract: "Alkali aggregate reaction" is the concrete raw materials in cement, admixture, mixing material and water and aggregate alkali active ingredients in chemical reactions occur, cause the concrete expansion, cracking or even destroy. In concrete lost design performance, it can maintain long-term strength of concrete structure and appearance of integrity, there are significant factors affecting durability of concrete.

Key words:" the alkali aggregate reaction; aggregate" active ingredients; hyperplasia of internal stress

中图分类号：文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。主要包括抗冻性、抗蚀性、抗碳化性能、碱骨料反应及抗风化性能等。其中碱骨料反应是直接影响到混凝土耐久性的重要指标。

一、碱—骨料反应的定义

碱骨料反应是水泥(混凝土中)达到一定数量的可溶性碱性氧化物(如Na20、Kz0)与混凝土中某些含有活性矿物的骨料在有水分的条件下发生化学反应，生成的凝胶体体积膨胀，引起已硬化的混凝土开裂破坏。其中Na20、K2O属于强碱，是水泥炼烧过程中和水化过程中的产物，混凝土的总碱含量等于水泥碱含量、外加剂碱含量、掺合料碱含量以及拌合水碱含量之和。另外，碱溶性骨料分为两种，一种是硅酸类，指非结晶Si和结晶不完整的Si，具有碱活性的硅酸盐类岩石矿物有蛋白石、玉髓、火山玻璃体；另一类是碳酸盐类，指结晶小的泥灰石灰石、白云石等，具有碱活性的碳酸盐类岩石矿物是细小菱形白云石晶体。可见，促使这类反应发生必须具备三个条件：即在混凝土中同时存在活性矿物集料、碱性溶液(K0H、NaOH)和水。碱-骨料反应时间较为缓慢，数年甚至二、三十年逐渐反应，使混凝土增生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去设计性能，不能长期保持混凝土结构强度和外观完整性，是直接影响混凝土耐久性的重要因素。

二、碱－骨料反应的成因

水泥中95 %以上的主要成分是CaO , SiO2 ,Al2O3 ,Fe2O3 ,另外少量的其他氧化物MgO ,SO3 ,K2O , Na2O 等,这些氧化物主要是生产过程中反应不够充分而残留在水泥中的,其成分与含量跟水泥生产的 原材料和工艺水平有关. Na2O 水化后生成NaOH ,K2O 水化后生成KOH. 碱骨料反应通常可分为碱－氧化硅反应、碱－硅酸盐反应、碱碳－酸盐反应三种类型.

（1）碱－氧化硅反应：由于外加剂中防冻剂含有较多的碱性离子（Na+、K+），在混凝土硬化过程中与骨料中的活性SiO2发生作用，生成碱性硅酸盐凝胶，吸水膨胀引起混凝土膨胀，导致结构开裂破坏，故不应混杂有活性骨料：如蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英、玛瑙、安山岩、凝灰岩等。

（2）碱－硅酸盐反应：碱与某些层状酸盐骨料：如千枚岩、粉砂岩和含蛭石的粘土岩等加工成的骨料反应产生膨胀物质，其作用比碱－氧化硅反应来得缓慢，但其后果更为严重，造成砼严重膨胀开裂。

（3）碱－碳酸盐反应：水泥中的碱（Na2O、K2O）与白云岩或白云岩质石灰岩加工成的骨料作用，生成膨胀物质而使混凝土开裂破坏。

三、骨料碱活性的检验方法

检测骨料是否具有碱活性并判定碱活性的大小,对预防混凝土的碱骨料反应是非常必要的. 现在,国际上比较通行的检测方法有岩相法、化学法和砂浆长度法,这些方法在我国的相关标准中也得到了应用.

岩相法,一般是通过眼睛观察并结合偏光显微镜、X射线衍射、差热分析、红外光谱分析等手段,确定骨料的岩石种类、矿物组成和各组分含量,属传统的岩石碱活性鉴定方法,所提供的信息仅表明被检骨料产生碱骨料反应的可能性或可疑性,无法对其膨胀性作出定量的判定,故不能作为骨料碱活性的最终判定,还需要与化学法或砂浆长度法配合使用.

化学法,是在一定试验条件下测定某些粒级的骨料与规定浓度的NaOH 溶液反应所溶出的二氧化硅浓度Sc (mmol/ l) 及溶液碱度降低值Rc (mmol/ l) .当试验结果出现Rc > 70 而Sc > Rc 或Rc < 70 而Sc> 35 + Rc/ 2 中的任一种情况,该骨料就被认为具有潜在活性. 如果不出现上述情况,则判定为非活性骨料,可作为最终判定. 工程实践证明,化学法可能出现误判,不适用于膨胀过程缓慢的骨料,如片麻岩、含微晶石英或应变石英的砂岩等.因此,化学法的适用范围正在缩小.

四、碱－骨料反应的预防措施

针对碱－骨料反应的成因，须采取相应的预防措施有：

（1）控制水泥中碱含量：水泥中含碱量应低于0.6％，当水泥中碱含量大于0.6﹪时，需对骨料进行碱－骨料反应试验.

（2）控制混凝土中碱含量：由于混凝土中碱的来源不仅是从水泥，而且从混合材、外加剂、水，甚至有时从骨料（例如海砂）中来，因此控制混凝土各种原材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更重要。当骨料中活性成分含量高时，可能引起碱－骨料反应时，应根据混凝土结构或构件的使用条件，进行专门试验，以确定是否可用。

（3）骨料的选择：如果混凝土含碱量低于3kg/m3，可以不做骨料活性检验，如果水泥含碱量高或混凝土总碱量高于3kg/m3，则应对骨料进行活性检测，如经检测为活性骨料，则不能使用，或经与非活性骨料按一定比例混合后，经试验对工程无损害时，方可按试验规定的比例混合使用。

（4）掺加混合材：如无低碱水泥，则应掺入足够的活性混合材料，如粉煤灰不小于30%，矿渣不小于30%或硅灰不小于7%，以缓解破坏作用。

（5）隔绝水和湿空气：碱—骨料反应的必要条件是水分。混凝土构件长期处于潮湿环境中（即在有水条件下）会助长发生碱—骨料反应，而干燥状态下则不会发生反应，所以混凝土的渗透性对碱骨料反应有很大的影响，应保证混凝土密实性和重视建筑物排水避免混凝土表面积水和接缝存水。综上所述，要提高混凝土的耐久性，还应综合采取以下的措施：

（1）根据工程所处施工环境，使用条件及工程结构特性来合理选用水泥品种；

（2）科学地采用掺外加剂，改善混凝土性能，当外加剂含有氯离子、硫酸根离子时，应符合GB50119-2003规范及有关标准的规定，以保证混凝土工程质量。潮湿环境中的混凝土，当使用碱性骨料时，混凝土含碱量越大，碱—骨料反应所产生的危害越大，故必须选用低碱外加剂，每立方米混凝土因掺入外加剂而带入的碱含量

R2O＝Na2O＋K2O＜1㎏/ｍ3

（3）按环境气温，施工条件及规范规定，合理采用适当的水灰比、水泥用量；

（4）加强浇捣与养护，尤其是掺膨胀剂的结构自防水混凝土，更须严格精心振捣浇筑，不允许漏振、欠振、超振，14天内必须充分湿润保温保湿养护。以提高混凝土强度和密实度，避免出现裂缝、蜂窝、气孔等缺陷。

（5）用防水涂料及水泥砂浆等措施进行混凝土表面处理。

参考文献：

普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准JGJ52-2006

混凝土外加剂应用技术规范GB50119-2003