碱骨料反应

1.碱骨料反应

碱骨料反应也叫碱硅反应，是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应,引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象.碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的.因碱骨料反应时间较为缓慢,短则几年,长则几十年才能被发现.

2.碱骨料反应发生的条件

发生碱骨料反应需要具有三个条件:首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量的活性成分；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。

3. 混凝土碱骨料反应的机理

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硅酸反应、碱碳酸盐反应、碱硅酸盐反应3 种类型.

1、碱硅酸反应

是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固体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膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的发展、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。

2、碱碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction，ACR）

1955年加拿大金斯敦城人行路面发生大面积开裂，怀疑是碱骨料反应，用美国ASTM标准的砂浆棒法和化学法试验，属于非活性骨料。后经研究，斯文森于1957年提出一种与碱硅酸反应不同的碱骨料反应——碱碳酸盐反应。

一般的碳酸岩、石灰石和白云石是非活性的，只有象加拿大金斯敦这种泥质石灰质白云石，才发生碱碳酸盐反应。

碱碳酸盐反应的机理与碱碳酸反应完全不同，在泥质石灰质白云石中含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙镁的反应时，将其中白云石(MgCO3)转化为水镁石Mg(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。

碱碳酸盐反应在斯文森提出后。在美国的印地安纳、弗古尼亚、农华达等州和其它国家也发现有这种类型的反应，近几年在我国的山东省和山西省也发现有过这种类型的反应。

3、碱硅酸盐反应

1965午基洛特加对加拿大的诺发·斯科提亚地方的混凝土膨胀开裂进行研究发现。

(1)形成膨胀的岩石属于粘土质岩、千枚岩等层状硅酸盐矿物；

(2)膨胀过程较碱硅酸反应缓慢得多；

(3)能形成反应环的颗粒非常少；

(4)与膨胀量相比析出的碱硅胶过少。

又进一步研究，发现诺发·斯科提亚地方的碱性 膨胀岩石中。蛭石类矿物的基面间沉积物是可浸出的，在沉积物被浸出后吸水，使基面间距由10A增大。到12A。致使体积膨胀，引起混凝土内部膨胀应力；因此认为这类碱骨料反应与传统的碱硅酸反应不同，并使名为碱硅酸盐反应。对此，国际学术界有争论。我国学者唐明述对此也进行 了研究，他从全国各

地收集了上百种矿物及岩石样品，从矿物和岩石学角度详细研究了其碱活性程度。研究表明，所有层状结构的碳酸盐矿物如叶蜡石、蛇纹岩、伊里石、绿泥石、云母、滑石、高岭石、蛭石等均不具碱活性，有少数发生碱膨胀的、经仔细研究，其中均含有玉髓、微晶石英等含活性氧化硅矿物、从而证明这仍属于碱硅酸反应，这一结论与基洛特起初发现的四个特点也并不矛盾。这个研究报告在第8届国际碱骨料反应学术会议上发表后，得到许多知名学者的赞同。但由于这种反应膨胀进程缓慢，用常规检验碱硅酸反应的方法无法判断其活性。因此，在进行骨料活性和骨料反应膨胀检验时，还必须与一般碱硅酸反应类型有所区别。 编辑本段碱骨料反应的研究方法

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 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.

混凝土碱含量的测定

混凝土碱含量是指混凝土中等质量Na2O 的含量,以kg/ m3 计;混凝土原材料的碱含量是指原材料中等质量Na2O 的含量,以质量百分率计; 等质量Na2O 含量是指Na2O 与0. 658 倍的K2O 之和. 编辑本段预防方法

碱骨料反应的预防方法

碱骨料反应条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。有人试图用阻挡水分来源的方法控制碱骨料反应的发展，例如笔者见过

的日本从大孤到神户的高速公路松原段陆地立交桥，桥墩和梁发生大面积碱骨料反应开裂，日本曾采取将所有裂缝注入环氧树脂，注射后又将整个梁、桥墩表面全用环氧树脂涂层封闭，企图通过阻止水分和湿空气进入的方法控制碱骨料反应的进展，结果仅仅经过一年，又多处开裂。因此世界各国都是在配制混凝土时采取措施，使混凝土工程不具备碱骨料反应的条件。 防止发生碱骨料反应必须采取的措施

1、控制水泥含碱量自1941年美国提出水泥含量低于0.6%氧气化钠当量（即

Na2O+0.658K2O）为预防发生碱骨料反应的安全界限以来，虽然对有些地区的骨料在水泥含量低于0.4%时仍可发生碱骨料反应对工程的损害，但在一般情况下，水泥含量低于0.6%作为预防碱骨料反应的安全界限已为世界多数国家所接受，已有二十多个国家将此安全界限列入国家标准或规范。许多国家如新西兰、英国、日本等国内大部分水泥厂均生产含碱量低于0.6%的水泥。加拿大铁路局则规定，不讼是否使用活性骨料，铁路工程混凝土一律使用含碱量低于0.6%的低碱水泥。

2、控制混凝土中含碱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。对此，南非曾规定每m3混凝土中总碱量不得超过2.1kg，英国提出以每m3混凝土全部原材料总碱量（Na2O当量）不超过3kg，已为许多国家所接受。

3、对骨料选择使用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、掺混合材掺某些活性混合材可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应。根据各国试验资料，掺S——10%的硅灰可以有效的抑制碱骨料反应，据悉冰岛自1979年以来，一直在生产水泥时掺5—7.5%硅灰，以预防碱骨料反应对工程的损害。另外掺粉煤灰也很有效，粉煤灰的含碱量不同，经试验，即使含碱量高的粉煤灰，如果取代30%的水泥，也可有效地抑制碱骨料反应。另外常用的抑制性混合材还有高炉矿渣，但掺量必须大于50%才能有效地抑制碱骨料反应对工程的损害，现大美、英、德诸国对高炉矿渣的推荐掺量均为 50%以上。

5、隔绝水和湿空气的来源如果在担心混凝土工程发生碱骨料反应的部位能有效地隔绝水和空气的来源，也可以取得缓和碱骨料反应对工程损害的效果。