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混凝土碱骨料反应概念

混凝土碱骨料反应（Alkali-Aggregate Reaction）简称AAR。它是指混凝土中的碱（Na2O及K2O）与骨料中的活性成分，在潮湿条件下缓慢发生的膨胀性化学反应。

碱骨料反应会引起混凝土开裂破坏，严重影响了混凝土使用的耐久性。

碱—骨料反应起因于混凝土中的砂、石骨料与系统中的碱发生破坏性的膨胀反应，导致混凝土结构的开裂失效。而且，由于该反应破坏持续时间长，具有不可修复性，因而国际上许多科学家称之为混凝土的“癌症”。自上世纪40年代被发现该破坏因素以来，已造成大量工程破坏，损失巨大。

碱骨料反应类型

混凝土碱骨料反应按骨料活性矿物和反应膨胀机理的不同，国内外学者一致认同一下3种类型：

1.碱—硅酸反应

碱—硅酸反应（简称ASR）是指混凝土中的碱在混凝土孔隙水的存在下，与骨料中活性二氧化硅发生反应，生成碱—硅酸凝胶，吸水膨胀，引起混凝土开裂，其反应式为：

2ROH + nSiO2 → R2O·nSiO2·H2O，式中R为K或Na。

骨料中的活性二氧化硅包括无定形、结晶度差、受应力大的二氧化硅和玻璃体，如蛋白石、玉髓、玛瑙、磷石英、方石英、隐晶石英、微晶石英和玻璃质石英等。

含有活性二氧化硅矿物的岩石种类较多，并且在全世界范围内分布非常广泛。因此，这种类型的碱骨料反应发生最多，所开展的研究工作也多是针对这类反应。

2.碱—碳酸盐反应

碱—碳酸盐反应是指混凝土中的碱与活性碳酸盐骨料所含的白云石晶体发生的反应，产生膨胀，并导致混凝土开裂破坏。碱与白云石晶体间的反应称为去白云石化反应，可用下式表示：

CaMg(CO3)2 + 2ROH → Mg(OH)2 + CaCO3 + R2CO3，R2CO3 + Ca(OH)2 → 2ROH + CaCO3

反应生成的ROH再进行去白云石化反应，直到消耗尽为止。

具有碱活性的碳酸盐岩石只占碳酸盐岩的较少部分。活性碳酸盐岩石都含有尺寸小于50μm的白云石晶体，基质由细小方解石和粘土等杂质组成，包括白云岩、泥质白云岩、泥质灰质白云岩、泥质白云质灰岩等。

3.碱—硅酸盐反应

碱—硅酸盐反应（也称ASR）是指碱与岩石中某些层状硅酸盐矿物如蛭石、伊利石、黑云母、绿泥石等发生反应，使层间距增大，导致岩石膨胀。含层状硅酸盐矿物的岩石主要是泥板岩、千枚岩、硬砂岩和粉砂岩等。

碱骨料反应发生条件

不论哪一种类型的碱骨料反应必须具备三个条件，才会对混凝土工程造成破坏，这三个条件中缺少其中任何一个，AAR破坏的几率就大为减小。

发生AAR的3个必要条件：

① 混凝土中的碱含量（Na2O+0.658K2O）高。主要是配制混凝土时由水泥、骨料（如海砂）、外加剂和拌合水带进混凝土中一定数量的碱，或者混凝土处于有碱环境中渗入其中的碱。

② 使用的骨料具有碱活性。采用了一定含量的能与碱发生反应的活性骨料。

③ 混凝土暴露在水中或潮湿环境中。提供碱—骨料反应时生成物吸水膨胀所需的水分。

预防措施

控制混凝土中的总碱量

包括从水泥、掺合料、外加剂、水，甚至从骨料（海砂）中带入的碱量。因此各国对混凝土中的总碱量都有所限制，要求混凝土中的总碱量不大于3.0kg/m3。

主要是控制水泥含碱量，可以使用低碱水泥（当量Na2O＜0.6%），也可以限制水泥的用量。另一方面控制外加剂带入的碱量，尤其是减水剂、防冻剂、膨胀剂、速凝剂等含碱量较高的外加剂。

使用非活性骨料

这对防止AAR而言是最安全可靠的措施，加强骨料的碱活性检测是预防的关键。对有碱活性的骨料尽量不选用，尤其是处于潮湿环境下的混凝土工程、露天混凝土工程、接触化冰盐混凝土工程等更应选择无活性骨料。

隔绝水和湿空气来源

在有可能发生碱—骨料反应的部位应有效地隔绝水和湿空气的侵入。

采用矿物外加剂或化学外加剂

矿物外加剂如硅灰、矿粉、粉煤灰等，这些矿物外加剂可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应，但其掺量需通过试验确定。一般硅灰掺量在5-10%，粉煤灰掺量在30%以上，矿渣粉掺量需在50%以上。除此之外，沸石、烧粘土、偏高岭土等对抑制碱-集料反应引起的膨胀也有一定的效果。化学外加剂如锂盐和钡盐等，加入水泥重量1%的碳酸锂（Li2CO3）或氯化锂（LiCl），或者2%~6%的碳酸钡（BaCO3）、硫酸钡或氯化钡（BaCl2）均能显著有效地抑制混凝土碱骨料反应。

表面有水锈的粗骨料颗粒对混凝土质量有何影响？

用风化岩石粉碎制成的碎石往往含有表面有水锈的颗粒。这种颗粒表面呈黄褐色，称为水锈石。对石灰石来说，在水和碳酸盐的作用下，可溶性的新物质相对增多。这就是风化石灰石的特点。这种风化岩石呈棕红色，粗糙酥松，对混凝土强度和抗冻性将产生不利的影响，甚至导致质量事故，所以规范中对表面有水锈的粗骨料含量有明确的限量。

粗骨料影响混凝土品质的关键因素

粗骨料（碎石、卵石）影响混凝土品质的关键因素有：

粗骨料的连续性级配发生变化；粗骨料的针片状含量发生变化；粗骨料含泥量发生变化；粗骨料含水量发生变化；粗骨料的压碎值指标；含有气孔的粗骨料的吸水率；粗骨料潜在的碱骨料反应等。

（1）正常情况下，粗骨料应该满足或者接近 5～25mm 或 5～31.5mm 的连续性级配要求，如果粗骨料的连续性级配发生明显变化，则需要增加混凝土砂率 2%～4%，同时混凝土外加剂掺量增加 0.1%～0.2% 来调整混凝土配合比，满足混凝土技术性能。

（2）粗骨料的针片状含量理应满足国家或行业规范要求，如果混凝土粗骨料针片状含量突然明显增加，则需要增加混凝土砂率 2%～4%，同时混凝土外加剂掺量增加 0.1%～0.2% 来调整混凝土配合比，满足混凝土技术性能。

（3）粗骨料的含泥量理应满足国家或行业规范要求，如果粗骨料含泥量增加明显，一是通过水洗法淘洗粗骨料；二是通过适当增加混凝土外加剂的掺量 0.1%～0.4%（具体数字通过试验确定）来调整混凝土配合比，满足混凝土技术性能。

（4）一般情况下，粗骨料的表面含水率在 0%～1.5% 之间，粗骨料的表面含水如果波动在正负 0.5% 以上时，就要考虑修正混凝土生产时的单方混凝土用水量。

（5）粗骨料的压碎值指标理应满足国家或行业规范要求，如果压碎值指标不满足规范要求，就要考虑掺配硬度更大一些的粗骨料，具体比例由试验确定，还要考虑到尽可能满足 5～25mm 或 5～31.5mm 的连续性级配要求。生产实践中，碎卵石可以和碎石搭配使用。

（6）有的地方粗骨料含有气孔（非陶粒），使用这类粗骨料时，要经过生产前的混凝土试拌试验来寻找到混凝土实际用水量和表观用水量，检验混凝土和易性和坍落度损失，做到心中有数。

（7）如果当前粗骨料有潜在的碱骨料反应的可能性时，为慎重起见，应暂停混凝土施工，待权威检测机构检测后，再做下一步的决策，更换粗骨料品种或者可以放心使用或者采取可靠措施手段后使用。

来源：砼学研究所

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