碱骨料反应
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碱骨料反应名词解释碱骨料反应是指在混凝土中使用碱性骨料,在水泥的碱性环境中发生的一种化学反应。
它是混凝土中碱骨料与水泥浆体中的含碱化合物相互作用形成的一系列产物的总称。
碱骨料反应主要有两种类型,即碱-骨料反应和碱-硅酸反应。
碱-骨料反应是指碱性骨料与水泥浆体中的含碱化合物反应,产生的产物会引起混凝土的胀缩和开裂。
碱-硅酸反应是指碱性骨料中的碱金属离子与混凝土中的硅酸反应,形成膨胀物质,也会导致混凝土的胀缩和开裂。
碱骨料反应对混凝土结构的影响主要体现在以下几个方面:1. 力学性能:碱骨料反应会导致混凝土的强度下降和变形增大,进而影响混凝土结构的承载力和使用性能。
2. 混凝土的胀缩和开裂:碱骨料反应会使混凝土中的产物膨胀,导致混凝土内部产生应力,从而引起混凝土的胀缩和开裂。
这种胀缩和开裂会导致混凝土结构的破坏,严重影响其使用寿命和安全性能。
3. 防水性能:碱骨料反应产生的孔隙和裂缝会影响混凝土的防水性能,使其易受到水分和氯离子等侵蚀,导致混凝土结构的腐蚀和损坏。
为了防止碱骨料反应的发生和减轻其对混凝土结构的影响,可以采取以下措施:1. 使用低碱度水泥:选择低碱度水泥可以减少水泥浆体中的含碱化合物,从而降低碱骨料反应的发生。
2. 使用抑制剂:在混凝土中添加抑制剂可以减少碱骨料反应的发生。
常用的抑制剂包括硅酸盐类和化学抑制剂等。
3. 选用合适的骨料:选择低碱性骨料可以减少骨料与水泥浆体中的含碱化合物的反应,从而降低碱骨料反应的发生。
4. 控制混凝土中的碱含量:控制混凝土中的碱含量可以减少碱骨料反应的发生。
可以通过使用低碱度水泥、控制碱性添加剂的用量和控制混凝土中的碳酸盐含量等方法来实现。
通过以上措施的综合应用,可以有效地减轻碱骨料反应对混凝土结构的影响,提高混凝土结构的使用寿命和安全性能。
混凝土的碱骨料反应混凝土是一种常见的建筑材料,广泛应用于各种建筑结构中。
其中,碱骨料反应是混凝土中常见的问题之一。
本文将探讨混凝土的碱骨料反应相关知识,并分析其原因、影响以及预防措施。
一、碱骨料反应的定义及原理碱骨料反应是指混凝土中的碱性水泥与一些碱性骨料(如某些骨灰、页岩或含碳酸盐的粉煤灰)在湿润环境中发生化学反应。
这种反应会产生一种膨胀物质 - 碱骨料胶凝物,导致混凝土产生膨胀、开裂等质量问题。
二、碱骨料反应的影响1. 结构质量问题:碱骨料反应会导致混凝土内部产生膨胀,使得结构发生变形、开裂,从而降低了混凝土的强度和耐久性。
2. 美观问题:由于碱骨料反应引起的膨胀和开裂,会破坏混凝土表面的平整度和美观性,影响建筑物的外观。
3. 经济问题:碱骨料反应对混凝土结构的损害可能导致维修和改造的额外费用。
三、碱骨料反应的预防措施为了降低或避免碱骨料反应对混凝土的负面影响,以下是一些常用的预防措施:1.合理选材:选择低碱度水泥和可以抑制碱骨料反应的骨料,合理配比材料。
2.添加掺合料:加入掺合料(如粉煤灰、硅灰等)来稀释混凝土内的碱度,减少碱骨料反应的发生。
3.使用表面覆盖层:在混凝土表面加上合适的覆盖层,可以减少外界水分和碱性物质对混凝土的侵蚀,从而降低碱骨料反应的发生。
4.适当控制养护条件:合理控制混凝土的养护条件,包括温度、湿度等,以减少碱骨料反应的可能性。
5.定期检测和维护:对于已施工的混凝土结构,定期进行检测,及时采取维护措施,以确保其持久性和耐久性。
总结:混凝土的碱骨料反应是一个需要引起重视的问题,它对混凝土的质量、外观和经济性都有一定的影响。
为了减少这一问题带来的负面影响,我们可以通过合理选材、使用掺合料、加强养护以及定期检测和维护等方式来进行预防和处理。
只有在有效地预防和控制碱骨料反应的情况下,才能保证混凝土结构的质量和寿命,从而确保建筑物的安全和经济效益。
(总字数:545字,可酌情增加附图、具体案例等增加字数)。
混凝土中碱-骨料反应原理混凝土中的碱-骨料反应是一种常见的混凝土病害,它会导致混凝土结构的破坏和损失。
本文将详细介绍混凝土中碱-骨料反应的原理、影响因素、预防和治理措施等内容。
一、碱-骨料反应的原理碱-骨料反应是指混凝土中碱性成分与骨料中的硅酸盐矿物质作用,产生一种新的物质——胶凝物,从而引起混凝土膨胀和开裂。
碱-骨料反应的化学反应式为:Na2O·Al2O3·(6~8)SiO2 + H2O → Na2O·Al2O3·(6~8)SiO2·nH2O该反应是一种水化反应,产生的胶凝物不溶于水,具有较强的胶结作用,从而导致混凝土的膨胀和开裂。
二、影响因素碱-骨料反应的发生与以下因素有关:1.水泥中的碱性成分水泥中的主要碱性成分为氧化钠(Na2O)和氧化钾(K2O),它们会在水化反应中释放出碱性离子。
当混凝土中的碱性离子浓度过高时,就会引起碱-骨料反应。
2.骨料中的硅酸盐矿物质碱-骨料反应的发生还与骨料中的硅酸盐矿物质有关。
硅酸盐矿物质中含有较多的硅酸盐,它们能够与水泥中的碱性离子反应产生胶凝物。
3.水化程度水化程度也是影响碱-骨料反应的重要因素。
当混凝土中的水化程度过高时,会加速水泥中的碱性成分的释放,从而加剧碱-骨料反应的发生。
4.环境条件环境条件也会影响碱-骨料反应的发生。
例如,高温和高湿环境会加速碱-骨料反应的发生。
三、预防和治理措施为了预防和治理混凝土中的碱-骨料反应,可以采取以下措施:1.选用低碱性水泥和不易发生碱-骨料反应的骨料选用低碱性水泥和不易发生碱-骨料反应的骨料是预防碱-骨料反应的有效方法。
低碱性水泥的碱性成分含量较低,可以减少碱-骨料反应的发生。
而不易发生碱-骨料反应的骨料则可以减少碱-骨料反应的发生。
2.控制混凝土的水化程度控制混凝土的水化程度也是预防碱-骨料反应的有效方法。
在混凝土的施工过程中,应控制好混凝土的水泥用量和水灰比,避免混凝土的水化程度过高。
混凝土碱-骨料反应原理及防治措施一、引言混凝土碱-骨料反应,即混凝土与骨料中的碱金属离子发生反应,导致混凝土的膨胀、开裂,严重时会影响混凝土的使用寿命和安全性。
本文将从混凝土碱-骨料反应的原理、影响因素、防治措施等方面进行阐述。
二、混凝土碱-骨料反应的原理1.碱-骨料反应混凝土中的碱性物质与骨料中的硅酸盐矿物发生反应,生成含水硅酸盐凝胶,凝胶吸水膨胀,导致混凝土膨胀开裂。
反应的化学方程式如下:Na2O+SiO2+H2O→Na2SiO3·nH2O(水玻璃)Na2SiO3·nH2O+Ca2+→CaSiO3·nH2O+2Na+2.碱-水反应混凝土中的碱性物质与水反应,生成氢氧化物,导致混凝土膨胀开裂。
反应的化学方程式如下:2NaOH+H2O→2Na++2OH-+H2O三、混凝土碱-骨料反应的影响因素1.混凝土配合比混凝土中碱性物质的含量和碱性离子的活性程度与混凝土配合比密切相关。
过多的碱性物质或搅拌不均匀,容易导致混凝土碱-骨料反应。
2.骨料类型不同类型的骨料对混凝土碱-骨料反应的影响不同。
硅酸盐骨料容易与混凝土中的碱性物质发生反应,而碳酸盐骨料和玄武岩骨料对混凝土碱-骨料反应的影响较小。
3.混凝土环境混凝土的环境温度、湿度、PH值等因素对混凝土碱-骨料反应有着重要的影响。
在高温、高湿的环境下,混凝土碱-骨料反应的速度较快。
四、混凝土碱-骨料反应的防治措施1.选用低碱性骨料选择低碱性的骨料可以有效地减少混凝土碱-骨料反应的风险。
碳酸盐骨料和玄武岩骨料是较好的选择。
2.控制混凝土配合比合理控制混凝土的配合比可以有效地减少混凝土中的碱性物质含量和碱性离子活性程度,从而减少混凝土碱-骨料反应的风险。
3.采用掺合料掺入适量的粉煤灰、硅灰、矿渣粉等掺合料可以有效地吸附混凝土中的碱性物质,减少碱性离子的活性程度,从而减少混凝土碱-骨料反应的风险。
4.表面涂层采用适当的表面涂层可以有效地减少混凝土表面的碱性物质和水的渗透,从而减少混凝土碱-骨料反应的风险。
混凝土中的碱-骨料反应原理及防治一、混凝土中的碱-骨料反应原理碱-骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction,简称AAR)是混凝土中一种常见的结构性破坏形式,也称碱-石反应(Alkali-Silica Reaction,简称ASR)或碱-玻璃反应(Alkali-Glass Reaction,简称AGR)。
该反应是指混凝土中的碱离子与某些含有反应性成分的骨料发生化学反应,导致混凝土体积膨胀、龟裂、开裂等现象,从而影响混凝土的使用寿命、力学性能和耐久性。
1. 碱-骨料反应的成因混凝土中的碱-骨料反应主要与混凝土内部的碱度、骨料种类、骨料反应性以及环境因素等有关。
(1)碱度混凝土中的碱度主要由水泥中的氢氧化钙(Ca(OH)2)和氢氧化钠(NaOH)等碱性化合物产生。
在水泥的水化反应中,氢氧化钙和氢氧化钠会与水反应生成氢氧化物离子(OH-),促进水泥颗粒的硬化和混凝土的凝固。
但当混凝土中的碱度过高时,会导致碱-骨料反应的发生。
因此,控制混凝土中的碱度是预防碱-骨料反应的关键之一。
(2)骨料种类不同种类的骨料对碱-骨料反应的敏感程度不同。
一些具有反应性的骨料,例如含有硅酸盐和碳酸盐等成分的玄武岩、流纹岩、石英砂等,容易与混凝土中的碱性物质反应,引起混凝土的体积膨胀和开裂。
相反,一些不具有反应性的骨料,例如花岗岩、闪长岩等,能够稳定地存在于混凝土中,不会引起碱-骨料反应。
(3)骨料反应性骨料的反应性是指其与混凝土中的碱性物质发生反应的能力。
一些反应性比较强的骨料,容易与混凝土中的碱性物质发生反应,导致混凝土的体积膨胀和开裂;反之,一些反应性比较弱的骨料,与混凝土中的碱性物质反应较慢,不容易引起碱-骨料反应。
(4)环境因素环境因素包括温度、湿度、氧气、二氧化碳等因素。
温度和湿度对碱-骨料反应的发生和发展具有重要影响。
较高的温度和湿度会促进反应的进行,加快混凝土的体积膨胀和开裂。
而氧气和二氧化碳则能够减缓反应的速度,缓解混凝土的体积膨胀和开裂。
碱骨料反应碱骨料反应1、什么是碱骨料反应(简称AAR)碱骨料反应是指混凝土原材料中的水泥、骨料、外加剂、混合料和拌合水中的碱性物质(Na2O或K2O)与骨料中碱活性矿物成分发生化学反应,生成膨胀物质(或吸水膨胀物质),从而使混凝土在浇筑成型若干年后,膨胀开裂,导致混凝土破坏的现象。
被称为混凝土的癌症。
2、碱骨料反应的必要条件①水泥及其他原材料(外加剂、掺和料等)的含碱量较高;②活性骨料,骨料中含有一定量活性氧化硅等活性成分;③水或潮湿环境。
3、碱骨料反应的类型①碱硅酸反应(简称ASR)混凝土中碱与骨料中微晶或无定形硅酸发生反应,生成碱硅酸类。
反应式如下:碱硅酸类呈白色凝胶固体,且具有强烈吸水膨胀的特征,最大时体积可最大3倍以上。
这种反应一般发生在骨料与水泥石界面处,混凝土产生不均匀膨胀引起开裂。
碱硅酸反应是碱骨料反应的主要形式,能与碱发生反应的含有活性氧化硅矿物的岩石品种有多种,在火成岩、沉积岩和变质岩中都有存在。
自然界中含有活性氧化硅的矿物可概括为2类:1)含有非晶体SiO2,主要指蛋白石和玻璃质SiO2。
2)具有结晶不完整的SiO2矿物,如隐晶质至微晶质的玉髓、鳞石英、方石英等,酸性或中性玻璃体的隐晶质火山喷出岩,如流纹岩、粗面岩、安山岩及其凝灰岩等。
自然界中结晶完整的石英在地质运动中受压,造成晶格扭曲、错位等,使结晶体外界面增多,也会产生不同程度的碱活性。
②碱碳酸盐反应(简称ACR)混凝土中的碱与具有特定结构的粘土质细粒白云质石灰岩或粘土质细粒白云质骨料发生下列反应,进行所谓的去白云化作用:碱碳酸盐反应的机理与碱硅酸反应不同,其特点是反应快,一般在浇筑后6个月就有膨胀或开裂现象,反应物中很少见凝胶产物,多呈龟裂或开裂。
③碱硅酸盐反应混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应,使层状硅酸盐层间间距增大,骨料发生膨胀,致使砼膨胀开裂,能发生这类反应的岩石有:页状硅酸盐岩石、石英质岩石、混合性硅酸盐岩石等。
碱骨料反应
碱骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction,简称AAR)是指混凝土中的碱性细孔溶液与骨料中的活性矿物之间的化学反应。
该反应会引起混凝土的不均匀膨胀,导致其开裂破坏。
混凝土碱骨料反应一旦发生,目前的技术水平尚无法根治,因此又俗称“混凝土癌症”。
自从1940年美国T.E.Stanton提出此问题以来,已经历半个多世纪,现已被世界许多国家认为是造成混凝土工程破坏的重要原因之一。
混凝土大坝因碱骨料反应破坏的工程实例有巴西的Moxoto坝、法国的Chambon坝、挪威的Sa-heim坝等,其他行业亦有碱骨料反应破坏的实例。
碱骨料反应导致的破坏不仅每次修补或加固费用巨大,而且建筑物还会继续发生破坏。
因此,碱骨料反应问题逐渐引起了世界各国的重视。
我国水利水电行业很早就重视碱骨料反应的预防工作,1953年修建佛子岭水库时,就开始开展混凝土碱活性方面的试验。
此后,明文规定凡水利工程混凝土所用骨料,必须根据碱活性检验及论证资料,采用对工程无害的骨料。
碱活性试验是骨料料源选择阶段必须开展的试验之一,骨料碱活性程度及其能否被有效抑制也是判定料源是否可行的关键技术指标之一。
一、反应机理
碱骨料反应的实质是液相中的碱与固态活性骨料之间的一种复相反应。
混凝土中发生碱骨料反应必须具备以下三个条件:碱性离子(主要指K20、Na20)含量达到或超过一定水平、存在
活性骨料并超过一定的数量、要有水分,如果没有水分,反应就会减弱或完全停止。
其中碱主要来源于水泥、外加剂等。
目前有不少学者对某些类型的骨料在长龄期时释放出的碱进行了研究,发现这种作用尽管很难估计,但也不可忽视。
碱骨料反应通常可分为碱硅酸反应(Alkali-Silica Reaction,简称ASR)和碱碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction,简称ACR)两类。
其中碱硅酸反应式为:2NaOH+Si02 +nH20→Na20·Si02·nH20(碱硅酸凝胶)。
碱硅酸凝胶吸水膨胀,体积可以增大3倍,在混凝土中产生膨胀压力和渗透压力,使混凝土开裂破坏。
碱硅酸反应的特点是:①混凝土表面产生杂乱无章的网状裂缝;②破坏处的骨料周围出现反应环和反应边;③在裂缝及其附近的孔隙中,有硅酸钠(钾)凝胶,当其失水后可硬化或粉化。
碱碳酸盐反应在1951年由加拿大的Swenson提出,其对应的岩石比较特殊,现在也以加拿大的Kingston黏土质白云岩为典型,其他地区报道较少,对反应机理认识也还不清楚。
目前通常认为碱碳酸盐反应是水泥中的碱与某些碳酸盐骨料,如白云石发生反应引起膨胀,使混凝土开裂破坏。
上述脱白云石化循环反应式为
CaMg(CO3)2+2ROH→Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3
R2CO3 +Ca(OH)2→2ROH+CaCO3
式中:Mg(OH)2:为水镁石,R代表碱(K或Na)。
经计算
表明,白云石变成水镁石其体积膨胀239%,足以造成混凝土的破坏。
碱碳酸盐反应的特点是:①反应膨胀的骨料是碳酸盐岩石,而不是硅质岩石;②反应产生的裂缝膨胀等外部特点与ASR基本相同,裂缝呈花纹形或地图形,但在混凝土的孔隙和反应骨料的边界等处没有凝胶存在,而是碳酸钙、氢氧化钙;③反应边较骨料本身的密度大,与碱硅酸反应边不同。
二、试验方法
目前国内外工程界检验混凝土骨料是否为碱活性骨料的方法,常用的一般可分为三大类,即化学法、岩相结构分析法和测长法。
其中,测长法又可细分为很多种试验方法,如砂浆长度法、混凝土棱柱体法等。
按试验周期长短则可分为常
规试验法和快速试验法。
通常情况下,骨料的碱活性测试一般先采用岩相结构分析法判定骨料中是否有活性成分,而且能够正确判断原岩中有几种活性成分及其大致含量,但它不能定量地估计活性程度,只有对那些已知活性的矿物,人们才能给出较为正确的判断。
因此,岩相结构分析法只能作为一种辅助方法使用。
但岩相结构分析法是最基本的判定方法,不应省略,因为它能确定所需进行试验的最恰当顺序,并且有助于正确的解释试验成果,特别是可避免在区别硅质岩和碳酸盐岩石方面出现的混乱状况。
常见含碱活性成分的岩石见下表。
化学法的试验结果只能对骨料的活性程度作一个补充依据,由于各种因素的干扰和方法的局限性,因此这个方法只能对活性较高的骨料做出正确的判断。
对于含碳酸盐的骨料或由微晶石
英、变形石英所导致的众多慢膨胀骨料,往往使评定结果产生较大的误差。
以前,由于化学法能够较快地得出结果,在没有足够的时间进行惯用的混凝土棱柱体或砂浆长度等法试验的情况下,采用化学法作为辅助方法也是比较实DL/T但现在已有很多的快速鉴定法涌现,故化学法有逐渐被淘汰的趋势。
但国内部分行业规范,如DL/T 5151-2001《水工混凝土砂石骨料试验规程》中仍然纳入了化学法。
三、预防措施
到目前为止,国际上对碱碳酸盐反应活性尚未找到有效的抑制手段,但对于抑制碱硅酸(盐)反应活性可以用多种方法进行抑制。
如GB/T 50733-2011《预防混凝土碱骨料反应技术规范》、电力行业标准DL/T 5241-2010《水工混凝土耐久性技术规范》、铁路行业标准TB/T 3054-2002《铁路混凝土工程预防碱一骨料反应技术条件》、针对南水北调工程制定的《预防混凝土工程碱骨料反应技术条例(试行)》等相应的规范和条例均对混凝土碱骨料反应防治措施进行了详细规定。
因混凝土碱硅酸反应发生需要同时满足三个必要条件:①混凝土中的骨料具有碱活性;②混凝土中有一定量的可溶性碱;③具有潮湿的环境或水。
因此,抑制碱硅酸反应也需要从上述三方面人手,防止上述三个条件同时成立。
针对具体碱活性骨料的抑制措施,必须采用工程实际应用的原材料,通过抑制骨料碱活性有效性检验试验确定。
目前预防碱骨料反应的主要措施有:
1.选择非活性骨料
活性骨料是发生碱骨料反应的必要条件之一。
我国活性骨料的分布,基本呈现北高南低的规律。
在选用骨料之前,应进行骨料碱活性检测,尽量选用非活性骨料,特别对于重要工程,如大坝、桥梁、机场等。
但部分工程受到技术、经济等条件限制,不得不选择活性骨料,如我国近期修建的锦屏一级高拱坝和拉西瓦高拱坝,混凝土就不得不采用活性骨料。
2.使用低碱水泥
水泥中的碱是混凝土碱的主要来源,使用低碱水泥和减少水泥用量是降低混凝土总碱量的关键。
自20世纪40年代,美国提出水泥含碱量Na2O ep<0.6%为预防碱骨料反应的安全界限以来,虽然有些地区的骨料在含碱量低于0.4%时仍有发生碱骨料反应的危害,但水泥含碱量低于0.6%作为安全界限已被广泛认可。
3.控制混凝土总碱含量
混凝土中的碱来自水泥、外加剂、掺合料、水等原材料。
相对而言,控制混凝土碱含量比单独限制水泥碱含量是更有效的预防碱骨料反应的措施。
根据资源、环境的具体条件,许多国家都规定了预防碱骨料反应时混凝土中允许的最大碱含量,如南非2. lkg/m³,英国3.0kg/ m³,澳大利亚2.0 kg/ m³,美国3. 3 kg/ m ³,日本3.0 kg/ m³。
我国的DL/T 5241-2010《水工混凝土耐久性技术规范》则根据水工建筑物级别和所处环境,分别规定了混凝土中的最大碱含量。
4.使用掺合料(或混合材)
粉煤灰、矿渣、硅粉等是各国研究最多的用来抑制ASR的掺合料,硅藻土、高岭土、天然沸石、火山灰等材料也被证明有类似功效。
掺合料抑制ASP的机理目前还在不断深入研究,一般认为它除了起到稀释混凝土的碱浓度外,更重要的是通过化学作用降低了混凝土孔隙溶液中的OH浓度,且生成了更能固溶K+、Na+离子的水化产物,减少了用于ASR的有效碱。
如南非的Pieterfontein(建于1968年)和Roode Elsburg(建于1968年)拱坝使用了具有碱硅酸反应活性的石英砂岩,由于在水泥中加入了50%和44%的矿渣,1985年和1986年对坝体进行AAP,专项检验发现还没有遭受ASR影响;国内在建的锦屏一级水电站,因条件限制选择活性砂岩骨料作为大坝混凝土粗骨料,采用低碱中热水泥、掺35%的I级粉煤灰,并控制混凝土总碱量≤1.5kg/ m ³。
等综合措施以抑制碱骨料反应,经过大量试验论证已表明确有明显的碱活性抑制效果。
5.其他方法
微小气泡的存在可以使碱骨料反应产物嵌进分散的孑L隙中,降低了膨胀压力,从而可减小碱骨料反应所产生的膨胀,因此通过掺加引气剂亦可起到一定的抑制作用;通过掺加锂盐外加剂来抑制碱骨料反应,但目前成本较高,大规模应用还需深入研究。