混凝土碱集料反应综述
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浅析碱集料反应对混凝土质量的影响众所周知,混凝土是由多种原材料混合后发生一系列的化学反应而产生的一种多孔、硬度很高的固体。
组成混凝土的主要成分为水泥、石子(也称粗集料、粗骨料)、砂子(也称细集料、细骨料)、水、各种外加剂等。
各种原材料对混凝土的质量都会产生很大的影响,其中碱集料反应是对混凝土质量影响最大的情况之一。
一、碱集料反应概述混凝土碱集料反应是混凝土中水泥、外加剂、掺合料和拌和水中的可溶性碱(钾、纳)溶于混凝土孔隙中,与集料中能与碱反应的活性成分在混凝土硬化后逐渐发生的一种化学反应,反应生成物吸水膨胀,使混凝土产生内应力,导致混凝土开裂和强度降低,严重时会导致混凝土完全破坏。
二、碱集料反应的类型依据参与碱集料反应的岩石种类及反应机理,碱集料反应可分为碱-硅反应、碱-硅酸盐反应及碱-碳酸盐反应三大类。
1、碱-硅反应参与这种反应的有蛋白石、黑硅石、燧石、鳞石英、方石英、玻璃质火山岩、玉髓及微晶或变质石英等。
反应发生于碱与微晶氧化硅之间,其反应产物为硅胶体。
这种硅胶体遇水膨胀,产生很大的膨胀压力,能引起混凝土开裂。
这种膨胀压力取决于集料中活性氧化硅的最不利含量。
对蛋白石来说,该含量为3%-5%,而对活性较差一些的含硅集料,该含量为20%-30%。
2、碱-硅酸盐反应粘土质岩石及千板岩等集料与混凝土中碱性化合物的反应属于碱-硅酸盐反应。
这种反应尽管引起缓慢的体积膨胀,也能导致混凝土开裂,其反应性质与碱-二氧化硅反应相似。
3、碱-碳酸盐反应这是白云质石灰岩集料与混凝土中的碱性化合物发生的反应。
这种反应最早发生于加拿大的一条混凝土路面。
该路面在非常寒冷的季节发生严重龟裂。
经调查发现该路面使用了白云质石灰石骨料。
由此证明,碱-碳酸盐集料反应也引起体积膨胀和混凝土开裂。
三、碱集料反应的机理碱集料反应必须具备如下3个条件,才会对混凝土工程造成损坏。
1、混凝土中必须有相当数量的碱(钾、钠)。
碱的来源可以是配制混凝土时形成的,即水泥、外加剂、掺合料、集料及拌合水中所含的可溶性碱;也可以是混凝土工程建成后从周围环境侵入的碱,如海雾随海风吹来,附着并逐渐渗入沿海附近的混凝土建筑物中;雪季喷洒化雪盐渗入桥梁及下水管道中的碱等。
碱集料反应对混凝土耐久性的影响与防治碱集料反应是一种可能对混凝土耐久性产生影响的现象,它会导致混凝土的体积膨胀和性能劣化,从而影响混凝土结构的使用寿命。
在本文中,我们将探讨碱集料反应对混凝土耐久性的影响以及相应的防治措施。
让我们来了解一下碱集料反应是什么以及它是如何影响混凝土的耐久性的。
碱集料反应是指在混凝土中,水泥中的氢氧根离子(OH-)与一些含有反应性硅酸盐、碳酸盐或碱性氧化物的骨料发生化学反应,产生胶凝胶或膨胀产物,从而引起混凝土的体积膨胀和性能劣化。
这种反应的主要形式包括硅酸盐反应、碳酸盐反应和硷集料反应。
硅酸盐反应是最为常见的一种类型。
碱集料反应会导致混凝土出现裂缝、强度减小、收缩增大、抗渗性下降等问题,从而影响混凝土结构的耐久性。
那么,碱集料反应如何影响混凝土的耐久性呢?碱集料反应会导致混凝土的体积膨胀,使混凝土产生裂缝,这些裂缝会导致混凝土的抗压强度减小,从而降低混凝土的承载能力。
碱集料反应会使混凝土的收缩增大,从而增加混凝土中的应力,导致裂缝的产生。
碱集料反应会使混凝土中的孔隙率增大,降低混凝土的密实性和抗渗性,从而使混凝土更容易受到外界环境的侵蚀。
碱集料反应会显著影响混凝土的使用寿命和耐久性。
针对碱集料反应对混凝土耐久性的影响,我们需要采取相应的防治措施来保障混凝土结构的使用寿命。
我们可以选择使用具有良好抗碱集料反应性能的骨料和水泥。
选用碱活性较低的骨料(如玄武岩、闪长岩等)和控制碱含量的水泥,以减少碱集料反应的发生。
可以采取合理的配合比设计和施工工艺措施,以降低混凝土中碱含量的水平,减少碱集料反应的发生。
也可以通过混凝土表面的防护措施来减少外界环境对混凝土的侵蚀,延长混凝土结构的使用寿命。
混凝土结构碱集料反应分析【摘要】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工程、水利工程和城市建设中。
混凝土碱集料反应(英文简称AAR)是指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂石)中的活性矿物成分在混凝土固化后缓慢发生化学反应产生胶凝物质因吸收水分后发生膨胀,最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象,它是破坏混凝土建筑的一个重要因素。
标签:碱集料;活性集料;外加剂;危害;预防措施国分布很广,北方地区尤其严重;②建筑施工中追求高强度和高性能混凝土,使单位混凝土的水泥用量增加,混凝土中来自水泥的碱含量超过了3kg/m3的限值,大量早强剂、防冻剂的使用又大大促进了碱集料反应的发生发展;③国家没有关于防止碱集料反应的有关规定,建筑商只注意工程进度,并不对建筑物的使用寿命负责。
还有些人为了降低造价,明知水泥碱性过高会影响建筑物寿命,也不愿增加成本购买低碱水泥。
例如:天津市内的八里台立交桥,也是天津最大的立交桥,使用的含活性硅成份的蓟县灰岩做骨料。
有许多潮湿部位的柱子、支撑梁发生网状开裂和顺筋开裂,有的桥台潮湿处混凝土胀裂,裂缝表面不平。
天津市长江道立交桥柱子、支承梁和主粱梁端在潮湿处发生顺筋开裂,有些柱子表面发生网状裂缝。
2 碱集料反应原理和分类2.1 碱-硅酸盐反应(Alkali-Silica Reaction,简称ASR)是碱与集料中活性SiO2发生反应,生成碱的硅酸盐凝胶,吸水后体积膨胀,引起混凝土膨胀和开裂。
SiO2?nH2O+2ROH→R2SiO3(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。
2.2 碱-碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction,简称ACR)是碱与泥质石灰、石质白云石反应,由于这类白云石含粘土较多,碱离子能通过包裹在细小白云石微晶外的粘土掺人到白云石颖粒,使其产生白云石化反应。
碱集料反应对混凝土耐久性的影响与防治碱集料反应是一种以碱性聚集体为主要成分的混凝土中的硅酸盐矿物发生与堆积的过程。
这一反应是混凝土耐久性的一个主要问题,因为它会导致混凝土的膨胀、开裂和失去结构稳定性。
本文将探讨碱集料反应对混凝土耐久性的影响以及防治措施。
碱集料反应会导致混凝土的膨胀和开裂。
当混凝土中的碱金属离子与水结合形成氢氧化碱时,它们会与混凝土中的硅酸盐反应,产生一种称为碱化合物的物质。
这种碱化合物会引起混凝土的膨胀,导致混凝土结构的开裂和损坏。
碱集料反应还会导致混凝土的体积变化,使其对外界环境的影响变得更加敏感,从而影响混凝土的耐久性。
碱集料反应还会降低混凝土的抗压强度和耐久性。
由于碱集料反应导致混凝土的膨胀和开裂,混凝土的结构稳定性受到了严重的影响。
这使得混凝土失去了正常的抗压能力,甚至在较短的时间内就可能发生结构破坏。
由于碱集料反应影响了混凝土的耐久性,使其受到了外界环境的侵蚀。
在潮湿的环境中,碱集料反应会导致混凝土的腐蚀和侵蚀,从而进一步降低混凝土的耐久性。
为了防止碱集料反应对混凝土的影响,可以采取以下几种措施。
可以选择合适的聚集体来替代碱性聚集体。
可以选择使用含量低的碱性聚集体或完全替代为非碱性聚集体,以降低混凝土中的碱金属离子含量。
可以在混凝土中添加掺合料,如矿物掺合料和化学掺合料,以抑制碱集料反应的发生。
这是因为掺合料可以与混凝土中的碱性聚集体反应,形成稳定的化合物,从而防止碱集料反应的进一步发展。
可以通过调整混凝土中的水灰比来改善混凝土的抗压强度和耐久性。
适当降低水灰比可以减少混凝土中的孔隙率,从而降低了碱集料反应的可能性。
浅析碱集料反应对混凝土质量的影响众所周知,混凝土是由多种原材料混合后发生一系列的化学反应而产生的一种多孔、硬度很高的固体。
组成混凝土的主要成分为水泥、石子(也称粗集料、粗骨料)、砂子(也称细集料、细骨料)、水、各种外加剂等。
各种原材料对混凝土的质量都会产生很大的影响,其中碱集料反应是对混凝土质量影响最大的情况之一。
一、碱集料反应概述混凝土碱集料反应是混凝土中水泥、外加剂、掺合料和拌和水中的可溶性碱(钾、纳)溶于混凝土孔隙中,与集料中能与碱反应的活性成分在混凝土硬化后逐渐发生的一种化学反应,反应生成物吸水膨胀,使混凝土产生内应力,导致混凝土开裂和强度降低,严重时会导致混凝土完全破坏。
二、碱集料反应的类型依据参与碱集料反应的岩石种类及反应机理,碱集料反应可分为碱-硅反应、碱-硅酸盐反应及碱-碳酸盐反应三大类。
1、碱-硅反应参与这种反应的有蛋白石、黑硅石、燧石、鳞石英、方石英、玻璃质火山岩、玉髓及微晶或变质石英等。
反应发生于碱与微晶氧化硅之间,其反应产物为硅胶体。
这种硅胶体遇水膨胀,产生很大的膨胀压力,能引起混凝土开裂。
这种膨胀压力取决于集料中活性氧化硅的最不利含量。
对蛋白石来说,该含量为3%-5%,而对活性较差一些的含硅集料,该含量为20%-30%。
2、碱-硅酸盐反应粘土质岩石及千板岩等集料与混凝土中碱性化合物的反应属于碱-硅酸盐反应。
这种反应尽管引起缓慢的体积膨胀,也能导致混凝土开裂,其反应性质与碱-二氧化硅反应相似。
3、碱-碳酸盐反应这是白云质石灰岩集料与混凝土中的碱性化合物发生的反应。
这种反应最早发生于加拿大的一条混凝土路面。
该路面在非常寒冷的季节发生严重龟裂。
经调查发现该路面使用了白云质石灰石骨料。
由此证明,碱-碳酸盐集料反应也引起体积膨胀和混凝土开裂。
三、碱集料反应的机理碱集料反应必须具备如下3个条件,才会对混凝土工程造成损坏。
1、混凝土中必须有相当数量的碱(钾、钠)。
碱的来源可以是配制混凝土时形成的,即水泥、外加剂、掺合料、集料及拌合水中所含的可溶性碱;也可以是混凝土工程建成后从周围环境侵入的碱,如海雾随海风吹来,附着并逐渐渗入沿海附近的混凝土建筑物中;雪季喷洒化雪盐渗入桥梁及下水管道中的碱等。
浅谈混凝土中碱—集料反应的分析与控制碱集料反应(ARR)是混凝土内部碱与集料中某些组份之间的反应,是混凝土安全性受到影响的主要因素之一,所以要求我们应该加强集料碱活性的研究测试工作,使碱集料反应在工程中得到有效抑制,延长工程的使用寿命。
文章从碱活性检测及其影响因素,预防措施,反应机理等方面进行了分析。
标签:碱集料;水泥混凝土;分析前言混凝土在使用期间,会由于环境中的水、气体及其所含侵蚀介质的侵入,产生物理和化学反应而逐渐破坏。
混凝土耐久性实质就是抵抗这种破坏的作用力,为了防止和避免因为碱——集料反应造成工程破坏的损失,采取相应的防治措施是非常必要的。
由于我国过去的水泥含碱量一般不高,一般土建工程在以往的工程建设中没有发现碱骨料反应对工程损害的情况报告。
结果许多设计、施工工程技术人员对碱集料反应问题没有引起重视;再加上近年来,我国水泥含碱量的增加、水泥用量的逐步提高,以及含碱外加剂的大面积使用,增加了碱——集料反应破坏的可能性,因此对混凝土用砂石料碱性问题,必须引起足够的重视。
1 碱——集料反应的类别1.1碱——硅酸反应碱——硅反应简称ASR,是指碱与集料中活性二氧化硅反应,之后产生碱——硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶,它具有强烈的吸水性,吸水后膨胀才生混凝土内部膨胀应力,结果导致混凝土产生开裂现象,发展严重的会导致混凝土结构崩溃,对安全造成影响。
1.2 碱——碳酸盐反应碱——碳酸盐反应简称ACR,是指碱与集料中活性-碳酸盐反应。
2 碱集料反应的发生原因分析2.1 水泥、混合材、外加剂等原材料和拌和水水中较高的含碱量,或者混凝土处于有碱渗入的环境中。
2.2 集料中含有一定数量的碱活性成分。
2.3 潮湿环境,可以供应反应物吸水膨胀时所需的水分。
3 碱——集料试验方法碱——集料反应试验方法目前国外以美国ASTM有关集料试验方法具有权威性。
交通部《公路工程集料试验规程》(JTJ058-2000)编制了三个方法:“岩相法”、“砂浆长度法”和“抑制骨料碱活性效能检验”。
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 concretekeywords: 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。
碱集料反应对混凝土耐久性的影响与防治混凝土是建筑工程中常用的一种材料,具有强度高、经久耐用、施工简单等特点,是目前最为广泛使用的建筑材料之一。
然而,在使用过程中,混凝土的耐久性却受到了一些不利因素的影响,其中之一就是碱集料反应。
碱集料反应是指混凝土中的碱与反应性集料之间发生化学反应,导致混凝土内部形成的物质膨胀、开裂、甚至崩坍的一种现象。
该反应是由于在混凝土中加入的碱性物质(如水泥、粉煤灰等)与反应性集料(如火山灰、玄武岩、石英砂等)之间发生的一种化学反应,导致产生的水化物膨胀,从而引起混凝土结构的破坏。
1. 引起混凝土开裂和脆性破坏。
由于碱集料反应所产生的物质膨胀,会导致混凝土内部形成的裂缝、开裂等病害,从而影响混凝土的力学性能和使用寿命。
2. 降低混凝土的抗压强度和抗拉强度。
碱集料反应所引起的开裂和破坏会削弱混凝土的抗压强度和抗拉强度,从而影响混凝土结构的承载能力和安全性。
3. 影响混凝土中的钢筋锈蚀。
由于碱集料反应导致的破坏和开裂,会使混凝土中的钢筋裸露在外,从而容易被雨水、潮气等腐蚀性介质腐蚀,进而引起钢筋锈蚀,加速混凝土结构的破坏。
1.在混凝土中调整碱性物质的含量和类型。
应根据不同地区的用材情况和工程要求,选择合适的水泥、粉煤灰等碱性物质,控制它们的含量和类型,降低碱性环境对混凝土中反应性集料的刺激。
2.选择低碱反应性集料。
应根据不同地区的用材情况和混凝土结构的要求,选择低碱、不易发生反应的集料,例如石英砂、玻璃骨料、轻质粘土等。
3.在混凝土中加入防碱剂。
可以在混凝土中加入防碱剂,以中和碱性环境,降低碱集料反应的风险。
4.选择适当的混凝土配合比。
应根据不同地区的用材情况和混凝土结构的要求,选择适当的混凝土配合比,使混凝土具有较好的抗碱性能和耐久性。
5.进行混凝土表面防水处理。
可以在混凝土表面进行防水处理,以减少混凝土内部的水分,并控制混凝土内部的化学反应。
综上所述,碱集料反应对混凝土耐久性的影响是十分明显的,必须采取相应的措施进行防治。
混凝土的碱集料反应通常称作‘碱-骨料反应’,分为碱-硅酸反应(alkali-silica reaction,ASR)和碱-碳酸盐反应(alkali-carbonate reaction, ACR)两种类型。
其中,ACR发生率不高,且发生机理还没有达成共识,所以一般碱-骨料反应多是指碱-硅酸反应(ASR)。
全球普遍存在发生ASR的可能性。
ASR发生机理:骨料含有碱活性的硅质矿物(常温活性二氧化硅),在混凝土硬化后,缓慢地与水泥石孔隙溶液中的钠、钾离子反应,产生碱-硅凝胶,凝胶吸水会产生膨胀,膨胀压力达到一定程度会使混凝土开裂。
ASR破坏一般是在混凝土浇筑二、三年后,乃至十几年后发生。
碱-骨料反应中的碱是指钠和钾,以当量氧化钠计算(当量氧化钠=氧化钠+0.658x氧化钾)。
碱-骨料反应发生和产生破坏作用的三个必要条件为:1)混凝土使用的骨料含有碱活性矿物,即属于碱活性骨料;2)混凝土含有过量的当量氧化钠,一般超过3.0kg/m³;3)环境潮湿,能提供碱-硅凝胶膨胀的水源。
碱-骨料反应被称作‘混凝土癌症’,一旦发生就难以控制,严重影响混凝土结构的耐久性。
因此,需要预先防止发生。
防止的方法主要从三个方面着手:1)使用非活性骨料。
可对骨料专门进行碱活性测试,或根据以往的调查结果选用骨料。
2)控制混凝土的总含碱量(当量Na2O)低于3.0kg/m³。
碱的来源包括水泥、外加剂、拌合水和骨料,其中水泥和外加剂是主要来源。
3)胶凝材料中使用6%以上硅灰,或25%以上粉煤灰,或40%以上磨细矿渣(矿粉)。
这些矿物掺合料含有的氧化硅,比骨料中氧化硅活性更高,能够预先将钾、钠固结在早期反应生成的硅酸钙凝胶中,从而防止后期有过量钾、钠与骨料反应。
总之,碱-骨料反应是可以预防的。
对于重要、重大工程,如大坝、大桥等等,往往还多种措施同时采用,确保万无一失。
混凝土碱-集料反应综述【摘要】本文介绍了混凝土碱-集料反应的种类,讨论了碱-集料反应的必要条件和反应机理,并概括了碱-集料反应的破坏特征和当前混凝土工程中碱-集料反应的抑制技术措施。
【关键词】碱-集料反应;反应机理;破坏特征;预防措施耐久性决定着混凝土结构的使用寿命。
在通常情况下,混凝土结构是耐久的,但是在有害介质的侵蚀和恶劣的环境下,许多混凝土结构表现出因耐久性不足而过早失效甚至彻底损坏的现象,如碱-集料反应是造成混凝土结构破坏失效的重要原因之一。
随着我国重点工程持续大规模地发展,预防碱-集料反应破坏、延长工程的寿命已成为普遍关注、需迫切解决的问题。
一碱-集料反应的概念当水泥碱含量较高时,在有水存在的条件下,水泥中的碱与混凝土集料中的某些活性集料发生反应,使混凝土发生不均匀膨胀,导致混凝土出现裂缝,强度和弹性模量下降等威胁到工程的安全使用。
这就是碱-集料反应。
二碱-集料反应的种类和特点1.碱-硅酸(集料)反应指活性集料如蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英、流纹岩、安山岩及凝灰岩等与碱起反应而造成的膨胀破坏。
这种反应简称为“碱-硅”反应。
它有三个明显特点:混凝土表面产生杂乱的网状裂缝;活性集料周围出现反应环;在裂缝及附近孔隙中,有硅酸钠(钾)凝胶,当其失水后可硬化或粉化。
2.碱-碳酸盐反应集料中某些微晶或隐晶的碳酸盐岩石,如某些方解石质的白云岩和白云石的石灰岩等与水泥中的碱和水起反应,产生体积膨胀破坏。
三碱-集料反应的必要条件1.混凝土中必须有相当数量的碱。
混凝土中碱的来源可以是配制混凝土时形成的,即水泥、外加剂、掺合料、集料及拌合水中所含的可溶性碱;也可以是混凝土工程建成后从周围环境侵入的碱。
即使配制混凝土时含碱量较低,只要环境中外来的碱增加到一定程度,同样可使混凝土工程造成碱-集料反应破坏。
水泥中的总碱量以等当量Na2O计,即:R2O=Na2O+0.658×K2O2.混凝土中必须有相当数量的、能与碱发生反应的活性集料。
在碱-硅酸盐反应中,由于每种活性集料与碱反应对混凝土的危害都有其自身规律。
即混凝土在一定含碱量条件下,每种碱活性集料都有其造成混凝土内部膨胀压力最大的最不利比率,当混凝土含碱量变化时这一最不利比率也发生变化。
因而碱活性集料在混凝土中的危害是一个比较复杂的问题,必须通过试验才能确定。
3.混凝土工程的使用环境必须有足够的湿度。
在干燥状态下不会发生碱-集料反应,只有当空气中相对湿度大于80%或与水直接接触时,混凝土才会发生碱-集料反应破坏。
四碱-集料反应的机理1.碱-硅酸(集料)反应机理。
在使用高碱水泥或碱含量较高的混凝土中,碱与活性集料中的硅酸发生的反应,生成硅酸碱类:2NaOH+SiO2+nH2O→Na2O·SiO2·nH2O硅酸碱类呈胶体状,并从周围介质中吸水膨胀,体积可增大3倍,当其膨胀受到水泥石的限制而发生较大的膨胀压力和渗透压力时,就会使混凝土产生裂缝和崩坏。
2.碱-碳酸盐反应机理。
一般认为,碱-碳酸盐反应是岩石中的白云石与碱溶液间的化学反应,反应产物是方解石、水镁石和碳酸碱。
在混凝土中,生成的碳酸碱会与水泥水化产生的氢氧化钙反应,生成碳酸钙并使碱再生,使反应持续进行。
该反应膨胀的驱动力为反应生成的方解石和水镁石晶体在受限空间生长产生的结晶压力。
碱-碳酸盐反应式为:CaMg(CO3)2+2ROH→Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3R2CO3+Ca(OH)2→2ROH+CaCO3式中:R——代表钾和钠,是水泥中的碱分。
经计算,白云石变成水镁石,其体积增加239%,足以造成混凝土的破坏。
五碱-集料反应破坏的特征混凝土一旦发生碱-集料反应破坏,就会表现出碱-集料反应的特征,在外观上主要是表面裂缝、变形和渗出物;内部特征主要有内部凝胶、反应环、活性集料、碱含量等。
工程发生碱-集料反应出现裂纹后,会加速混凝土的其它破坏。
如空气、水、二氧化碳等侵入。
会使混凝土碳化加快,当钢筋周边的混凝土碳化后,则将引起钢筋锈蚀,而钢筋锈蚀体积膨胀约3倍,又会使裂缝扩大;若在寒冷受冻地区,混凝土出现裂缝后又会使冻融破坏加速,这样就造成了工程混凝土发生综合破坏。
但只要发生了碱-集料反应破坏,就会留下碱-集料反应的内部和外部特征,通过对工程混凝土进行检测和分析,找出下述特征,还是可以帮助我们确定是否发生了碱-集料反应破坏以及破坏的程度等。
1.时间性受碱-集料反应影响的混凝土需要几年或更长的时间才会出现开裂破坏。
由于碱-集料反应是混凝土孔隙液中的可溶性碱与集料中的活性成分之间逐渐发生的一种化学反应,反应有渗透、溶解、发生化学反应、吸水膨胀等几个阶段,因此不可能在浇注后的很短的时间内表现出开裂,据国内外发现碱-集料反应工程破坏的报导,一般需要几年或更长的时间。
例如:最早发现碱-集料反应的美国加利福尼亚州玉城桥建于1919~1920年,在建成后第三年发现桥墩顶部发生开裂,此后裂缝逐渐向下部发展;美国派克坝建于1938年,1940年发现大坝混凝土严重开裂;英国泽岛大坝建成10年后因发生“碱-硅”反应膨胀开裂。
因而,在工程破坏诊断时应注意调查工程施工时间、季节等。
2.表面开裂碱-集料反应破坏最重要的现场特征之一是混凝土表面的开裂。
如果混凝土没有施加预应力,裂纹呈网状(龟背纹),每条裂纹长度约数厘米。
开始时,裂纹从网点三分岔成三条放射状裂纹,起因于混凝土表面下的反应集料颗粒周围的凝胶或集料内部产物的吸水膨胀。
当其他集料颗粒发生反应时,产生更多的裂纹,最终这些裂纹相互连接,形成网状。
随着反应的继续进行,新产生的裂纹将原来的多边形分割成小的多边形,此外,已存在的裂纹变宽、变长。
如果预应力混凝土构件遭受严重的碱-集料反应破坏,其膨胀力将垂直于约束力方向,在预应力作用的区域,裂纹将主要沿预应力方向发展,形成平行于钢筋的裂纹,在非预应力作用的区域或预应力作用较小的区域,混凝土表现出网状开裂。
在碱-集料反应膨胀很大时,也会在预应力区域形成一些较细的网状裂纹。
如果反应没有完全结束,裂纹宽度将持续增加。
3.膨胀碱-集料反应破坏是由膨胀引起的,通过检查工程接头或相邻混凝土单元的位移可以提供混凝土是否发生膨胀的信息。
碱-集料反应膨胀可使混凝土结构工程发生整体变形、移位等现象,如某些长度大的构筑物的伸缩缝被顶在一起甚至被破坏,有的桥梁支点因膨胀增长而错位,有的大坝因膨胀导致坝体升高,有些横向结构在两端限制的条件下因膨胀而发生弯曲、扭翘等现象。
总之,混凝土工程发生变形、移位、弯曲、扭翘等现象,是混凝土工程发生膨胀的特征,结合其它特征再确定该膨胀是否是碱-集料反应引起的膨胀。
4.渗出凝胶碱-硅酸反应生成的碱-硅酸凝胶有时会从裂缝中流到混凝土的表面,新鲜的凝胶是透明的或者呈浅黄色,外观类似于树脂状。
脱水后,凝胶变成白色。
是否有凝胶渗出,取决于碱-硅酸反应进行的程度和集料种类,反应程度较轻或者集料中碱活性组分分为分散分布的微晶质至隐晶质石英等矿物(如硬砂岩)时,一般难以观察到明显的凝胶渗出。
当集料只具有碱-碳酸盐反应活性时,混凝土中没有类似于碱-硅酸凝胶的物质生成,因此混凝土表面也不会有凝胶渗出。
5.内部凝胶“碱-硅”反应的膨胀是由生成的碱-硅酸凝胶吸水引起的,因此碱-硅酸凝胶的存在是混凝土发生了碱-硅酸反应的直接证明。
通过检查混凝土芯样的原始表面、切割面、光片和薄片,可在空洞、裂纹、集料—浆体界面区等处找到凝胶,因凝胶流动性较大,有时可在远离反应集料的地方找到凝胶。
6.反应环有些集料在与碱发生反应后,会在集料的周边形成一个深色的薄层,称为反应环,有时活性集料会有一部分被作用掉。
但也有些集料发生碱-集料反应后不形成反应环,因此不能将反应环的存在与否用来直接判定是否存在碱-集料反应破坏。
但如果鉴定反应环的确是碱-集料反应的产物后,可作为发生了碱-集料反应的证据之一。
7.活性集料活性集料是混凝土遭受碱-集料反应破坏的必要条件。
通过检查混凝土芯样薄片,可以确定粗集料的岩石类型、不同岩石的数量、形状、尺寸、具有潜在活性的岩石类型及其活性矿物类型,可以确定细集料的主要组成、各种颗粒的数量、是否具有潜在碱活性及活性矿物所占的比例。
8.混凝土碱含量碱含量高是混凝土发生碱-集料反应的重要条件。
一般认为,对于高活性的硅质集料(如蛋白石),混凝土碱含量大于2.1㎏/m3时将发生碱-集料反应破坏;对于中等活性的硅质集料,混凝土碱含量大于3.0㎏/m3将发生碱-集料反应破坏;当集料具有碱-碳酸盐反应活性时,混凝土的碱含量只需大于1.0㎏/m3就有可能发生碱-集料反应破坏。
以上从八个方面阐述了发生碱-集料反应的混凝土内部和外部特征,在工程诊断时,抓住这八个特征,进行认真观察和试验,有助于诊断工程是否发生了碱-集料反应破坏六碱-硅酸反应(ASR)抑制措施ASR作为导致混凝土耐久性下降的重要原因之一,半个世纪以来,已在全球范围内造成巨大损失。
混凝土ASR防治措施的研究是ASR研究的重点和热点之一。
因碱-碳酸盐反应(ACR)破坏事例远不及碱-硅酸反应普遍,国际上对ACR及其防治措施的研究亦相应较少。
目前防止ASR的措施主要有:⑴使用非活性集料;⑵控制混凝土碱含量;⑶控制湿度;⑷使用混合材或化学外加剂。
使用非活性集料对防止ASR而言是最安全可靠的措施,但由于活性集料特别是硅质活性集料分布广泛,且集料资源亦非“取之不尽”的可再生资源,随着资源的不断消耗和受工程造价等因素影响,集料的可选择余地愈来愈受到限制。
另外,目前对评定集料的碱活性特别是慢膨胀集料的潜在碱活性尚无绝对可靠的方法,正确判定集料的碱活性也并非易事。
控制混凝土碱含量主要是基于当混凝土碱含量低于一定值时(通常认为3㎏/m3Na2O)混凝土孔溶液中K+、Na+和OH-浓度便低于某临界值,ASR便难于发生或反应程度较轻,不足以使混凝土开裂破坏。
在早期发生AAR破坏严重的国家,如美国、英国、日本、新西兰等曾广泛采用碱含量低于(0.6%Na2O)的水泥以降低混凝土中的碱含量,并在一定程度上缓解了ASR问题。
但研究表明,由于混凝土中碱能随水分的迁移而迁移富集,此措施并不总是有效。
有研究表明,相对湿度降低,可以降低ASR膨胀,但实际混凝土所处的湿度条件是不易人为控制的,而且干湿循环、通电等因素还可以导致混凝土中碱的迁移,并在局部富集,从而加剧AAR。
一些初步的研究结果表明,使用某些化学外加剂能有效抑制ASR膨胀,但其长期有效性未得到实际工程的证实,抑制机理也不清楚。
现有的化学外加剂价格昂贵也使其推广应用受到极大限制。
综上所述,在实践中采用上述措施均存在一定的局限,而大量的研究表明,使用某些混合材置换部分水泥,不仅能够延缓或抑制AAR,而且对混凝土的其它性能也有一定的改善作用,同时对节约资源、保护环境也有重要意义。