浅析混凝土碱集料反应

时间:2022-08-10 11:46:50

浅析混凝土碱集料反应

摘要:混凝土发生碱集料反应所引起的破坏在世界范围内受到科研、工程人士的广泛关注。土木工程是百年大计,混凝土碱集料反应,是一项十分复杂的课题,我们只有综合考虑,采取综合措施才能使混凝土碱集料反应降到最低,从而增加混凝土的耐久性

关键词:碱集料反应;低碱水泥;活性集料;外加剂

Abstract: the concrete happen JianJiLiao reaction caused by the destruction in the world by scientific research, project within the scope of the people attention. Civil engineering is important project, concrete JianJiLiao reaction, is a very complicated subject, we only have comprehensive consideration, take comprehensive measures to make concrete JianJiLiao reaction to a minimum, thus increasing the durability of concrete

keywords: JianJiLiao response; Low alkali cement; Active aggregate; admixtures

中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:

随着我国建设事业的飞速发展,混凝土因其取材方便、经济实用、可模性好等被广泛应用于交通、水利工程和城市建设中。近日频发的桥梁倒塌、楼房倾斜开裂等事故让人们对于混凝土结构物的安全更加重视。碱集料反应发生在混凝土内部,导致混凝土体积异常膨胀,产生裂缝,更加加剧了其它因素所引起的混凝土劣化过程。因此,尽快弄清混凝土发生碱集料反应破坏的机理,寻求预防和彻底解决碱集料反应破坏的有效方法尤为重要。

所谓碱集料反应(英文简称AAR) 就是水泥(或混凝土) 中的碱与某些骨料发生化学反应,引起膨胀开裂,甚至破坏。含有碱活性矿物的集(骨) 料称为碱活性集(骨) 料,亦称为碱集(骨) 料。

碱集料反应的分类和化学机理

1.1 碱-硅酸盐反应 碱-硅酸盐反应是集料中的反应性微晶氧化硅与混凝土孔溶液中的碱之间发生的反应。此反应在常温下即可进行,产物为碱-硅凝胶体,它吸水膨胀,引起膨胀压而使混凝土结构体开裂(无序的网状裂纹);与碱发生反应的集料表面有凝胶环存在;混凝土内部也会产生大量裂缝;混凝土内部孔缝中存在硅酸盐凝胶,凝胶失水后硬化或粉化。

SiO2·nH2O+2ROHR2SiO3(n+1)H2O 研究表明,碱-硅反应的速度随SiO2的稳定程度、比表面积、温度以及液相中OH-浓度而不同,碱的浓度对碱集料反应与否起很大作用。 1.2 碱-碳酸盐反应 碱-碳酸盐反应发生在水泥石液相中的碱与石灰石集料之间。与碱-硅反应不同的是,尽管碱-碳酸盐反应表现为混凝土体内外产生开裂,但集料表面不产生凝胶体。

CaMg(CO3)+2ROHMg(OH)2+CaCO3+RCO3

1.3碱-硅酸反应 碱与某些层状硅酸盐集料反应,使层状硅酸岩层间距离增大,集料膨胀而造成混凝土膨胀。

2、 碱集料反应所引起的混凝土破坏形式

混凝土的碱集料反应是混凝土材料内水泥中的碱(KOH、NaOH)与集料中的活性成分之间发生的化学反应,其产物呈胶体状态,不仅减弱了集料与水泥石之间的界面粘结强度,而且遇水后发生膨胀,使混凝土内部产生较大的内应力而导致混凝土结构体开裂。

混凝土内部发生碱集料反应后的宏观现象为:集料表面存在凝胶环;混凝土内部和外部开裂;孔缝内有异常物质存在等。混凝土发生碱集料反应最突出的表现就是产生开裂,这种无序的开裂将导致其力学性能下降,抗冻性、抗化学腐蚀性和抗钢筋锈蚀性严重降低。

碱集料反应的的影响因素

3.1水泥(确切地应为胶凝材料) 水泥碱含量越高,发生碱集料反应的可能性越大。一般认为,对于使用活性集料的混凝土,当水泥碱含量超过0.6%时,便有发生碱集料反应的可能性。

3.2 碱 碱是混凝土碱集料反应的内在根源之一,不含碱或碱含量过低,混凝土不会发生碱集料反应破坏。引起碱集料反应的碱不是通常化学意义上的碱,而是指碱金属钾、钠的化合物形式存在的碱,以氧化钠当量计。

3.3 活性集料 活性集料是碱集料反应的必需反应物之一,活性集料对碱集料反应的影响主要体现在其种类、含量和粒径三个方面。大量碱集料反应是由含活性二氧化硅的集料引起的。这类集料包括蛋白石、玉髓、玛瑙、鳞石英、方石英、微晶石英、具有较强波状消光的石英和火山灰玻璃体等,虽然它们均参与碱硅酸反应,其中蛋白石、玉髓的碱活性较高。 3.4 水 水或潮湿环境的存在是碱集料反应发生的必要条件之一。碱集料反应膨胀的发生主要根源于反应产物的吸水肿胀。如果混凝土或砂浆中不能提供反应产物吸水的条件,即使碱与活性集料发生了化学反应,反应产物也不会膨胀。这也是采取物理措施如对结构表面进行防水处理防止碱集料反应膨胀破坏的技术基础3.5外加剂如减水剂、引气剂、早强剂、防冻剂等的使用是现代混凝土技术发展的一个重要动力,但同时带来某些外加剂引入碱的问题。由于外加剂引入的碱全部是可溶性的,对碱集料反应的作用也最大。为防止碱集料反应,对外加剂中的碱应格外注意。3.6 温度 如同其它化学反应,温度对碱集料反应有一定影响,温度对碱集料反应速率的影响符合阿仑尼乌斯定律。但温度对碱集料反应膨胀的影响具有自身特点。研究表明,其它条件相同时,砂浆的碱集料反应膨胀率随温度的变化呈现如下次序:40℃>80℃>20℃。

碱集料反应的预防措施

碱集料反应被称为水泥混凝土的癌症,几乎不可能被修复,预防和抑制碱集料反应的措施包括两大类:物理措施和化学措施,具体途径包括:4.1 使用非活性集料 活性集料是碱集料反应的基本组分,如果集料不具有碱活性,碱集料反应自然不会发生。使用非活性集料可以根治碱集料反应,其实施需要有良好的资源和可靠的检验方法为基础。但在有些地区,使用非活性集料需要付出昂贵的经济代价。4.2 使用低碱水泥 使用低碱水泥,从而将混凝土的总碱量控制在足够低的水平,可以有效防止碱集料反应破坏的发生。通常所说的低碱水泥是指其碱含量低于水泥重量0.6%(以氧化钠当量计)的水泥。目前,在碱集料反应较严重的国家或地区如南非、美国、日本、加拿大等,均将使用低碱水泥作为预防碱集料反应的重要措施。4.3 表面处理 在混凝土表面涂敷涂层以阻止外界介质特别是水和侵蚀介质向混凝土的渗透,可以有效预防混凝土的碱集料反应。这是一种物理措施,虽然有效,但保护层往往易于老化,需经常修补。

4.4 外加剂 在混凝土中掺加防水剂、高效减水剂,大大降低混凝土的渗透性及用水量,因而可在一定程度上防止碱集料反应的破坏。

参考文献

[1]唐明述,关于碱集料反应的几个理论问题,硅酸盐学报,1990(8)

[2]吴中伟,必须重视混凝土碱集料反应的预防和研究,混凝土,1990(5) [3] CECS 104:99 高强混凝土结构技术规程,北京,1999

[4]李亚玲,天然沸石粉抑制混凝土碱集料反应危害的探讨,混凝土外加剂,2000(2)

[5] GB 175-92 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥国家标准,1992

[6]钱春香,叶连生,张亚梅,老混凝土工程碱集料反应防治方法研究,混凝土1996(5)

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