骨料碱活性反应的预防与抑制措施

混凝土的碱骨料反应抑制措施及实际应用温祖国(广东水电二局股份有限公司　广东增城　515400) 【摘　要】碱骨料反应(AAR)是造成混凝土结构破坏失效的重要原因之一,随着我国重大水利水电工程的持续大规模发展,延长工程寿命已成为迫切需要解决的问题。

阐述混凝土骨料的碱活性对混凝土结构的危害及抑制措施,并结合中易水倒虹吸工程实例介绍水工混凝土预防AAR破坏采取的有效抑制措施。

表1个。

【关键词】混凝土　碱骨料反应　抑制措施1　混凝土的碱骨料反应简介111　混凝土的碱骨料反应破坏特征碱骨料反应(AAR)是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱(Na2O或K2O)与骨料中的活性成分反应,在混凝土浇筑成型后若干年(数年至二三十年)逐渐反应,反应生成物吸水膨胀使混凝土产生内部应力,膨胀开裂。

混凝土的碱骨料反应可分为:碱硅酸盐反应(ASR)和碱碳酸盐反应(ACR)。

活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布,发生碱骨料反应时,混凝土内各部分均产生膨胀应力,将混凝土自身胀裂,其现场最主要的特征是表面开裂,裂纹呈网状(龟背纹)。

碱—硅酸反应生成的碱—硅酸凝胶有时会顺裂缝渗到混凝土表面,新鲜的凝胶呈透明或浅黄色,外观类似于树脂状。

脱水后凝胶变成白色,凝胶在流经的过程中,吸收了钙铝硫等化合物后变成茶褐色到黑色。

ASR的膨胀是碱硅酸凝胶吸水引起的,因此ASR凝胶的存在是混凝土发生碱硅酸盐反应的直接证明,通过检查混凝土的芯样,可找到凝胶。

ACR 膨胀是存在骨料浆体界面和骨料内部的碱—硅凝胶吸水膨胀引起的,ACR开裂是反应生成的方解石和水镁石,在骨料内部受空间结晶生长形成的结晶压力引起的,也就是说,骨料是膨胀源。

这种破坏在混凝土芯样表现为:在混凝土中形成与骨料相连的网状裂纹,骨料有时会开裂,其裂纹会延伸到周围的浆体中去,裂纹能延伸到另一颗骨料,有时也会从另一未发生反应的骨料边缘通过。

112　混凝土的碱骨料反应条件及一般抑制措施混凝土工程发生碱骨料反应破坏必须具备3个条件:一是配制混凝土时由水泥、掺合料、骨料、外加剂和水带进一定数量的碱,或者混凝土处于碱掺入的环境中;二是一定数量的碱活性骨料存在;三是潮湿环境,可以提供反应物吸水膨胀时所需的水分。

骨料碱活性反应的预防与抑制措施包括两大类：物理措施和化学措施。

前者主要为预防措施，是通过对混凝土表面进行防水处理、选择不含活性组分的骨料、使用低碱水泥和控制混凝土中的总碱量等；后者包括使用矿物掺合料和掺加外加剂等，属抑制措施。

这些措施虽然原理有所不同，但实际应用中往往采用综合处理。

1.使用非活性骨料活性骨料是碱活性反应的基本组分，如果骨料不具有碱活性，碱活反应自然不会发生。

使用非碱活性骨料可以根治碱活反应，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，使用非碱活性骨料需要付出昂贵的代价。

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，可以有效防止碱骨料活性反应破坏的发生。

通常所说的低碱水泥是指其碱含量低于水泥重量0.6%的水泥。

3.限制混凝土的总碱量一定量碱是混凝土发生碱活性反应的必要条件之一，因此，限制混凝土中碱的总量可以预防碱活性反应。

该措施与使用低碱水泥的目标一致，但它将混凝土中各组分所带入的总碱量作出规定，控制条件更严格，技术上也更合理。

4.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想混凝土的渗透，可以有效预防混凝土的碱骨料活性反应。

该措施虽然有效，但保护层往往易于老化，需经常修补。

5.骨料碱活性反应抑制措施主要通过在混凝土中添加掺合料和外加剂的办法来抑制骨料的碱硅反应，原理是将有硅反应活性成分的掺合料或外加剂加入混凝土中，使活性微粒或组分散布于混凝土体系的各个部位，将产生碱化学反应集中的有限局部（即较大的活性骨料颗粒），化解成无限多的活性中心，每个中心都参与反应而消耗碱离子，能量分散而不能集中，从而抑制了碱骨料反应。

抑制混凝土碱骨料活性反应，是项十分复杂的课题，只有综合考虑，采取综合措施才能使混凝土碱骨料活性反应降到最低，从而增加混凝土的耐久性。

混凝土碱骨料反应问题及预防措施由于我国过去水泥含碱量一般不高，加以自50年代起30余年来一直生产高混合材水泥，例如在七十年代曾大量生产使用的矿渣400号水泥，其中矿渣含量高达60-70%，有这么多的活性混合材，即使某厂水泥熟料当时含碱量稍高，砂石中有相当数量的活性成分，由于活性混合材可以起到消化缓解碱的作用，因而在八十年代以前我国一般土建工程尚未见碱骨料反应对工程损害的报告，以致许多设计、施工工程技术人员对碱骨料反应问题还比较生疏，有必要作一些基本情况的介绍。

一、什么是水泥混凝土的碱骨料反应碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱（Na2O或K2O）与骨料中的活性成分反应，在混凝土浇筑成型后若干年（数年至二、三十年）逐渐反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去设计性能。

由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布，所以一旦发生碱骨料反应，混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身膨胀，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。

二、碱骨料反应的分类和机理1、碱硅酸反应1940年美国加利福尼亚州公路局的斯坦敦，首先发现碱骨料反应，引起世界混凝土工程界的重视，这种反应就是碱酸反应。

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，碱硅凝胶固相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进展，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。

能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石，玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中，因而迄今为止，世界各国发生的碱骨料反应绝大多数为碱硅酸反应。

2、碱碳酸盐反应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。

混凝土中碱骨料反应的控制方法混凝土是建筑结构中不可或缺的材料。

而在混凝土的生产过程中，使用的原材料中可能会出现碱性物质，如碱性水泥、碱性石灰等。

这些物质会与混凝土中的一些骨料反应，导致混凝土产生碱骨料反应（ASR），这会对混凝土的性能产生影响，如降低混凝土的强度、导致混凝土开裂等。

因此，控制混凝土中碱骨料反应是非常重要的。

本文将介绍混凝土中碱骨料反应的控制方法。

一、了解碱骨料反应在混凝土中，当碱性物质与硅酸盐类骨料反应时，会产生碱骨料反应。

这种反应会导致混凝土中的二氧化硅凝胶膨胀，从而导致混凝土开裂。

碱骨料反应是混凝土耐久性问题的主要原因之一。

二、选用低碱性水泥选用低碱性水泥是控制碱骨料反应的关键之一。

低碱性水泥的碱含量较低，可以减少混凝土中碱性物质的含量，从而减少碱骨料反应的发生。

目前市场上有很多低碱性水泥可供选择。

当然，选用低碱性水泥并不能完全避免碱骨料反应的发生，还需要采取其他控制措施。

三、选择适宜的骨料选择适宜的骨料也是控制碱骨料反应的关键之一。

一般来说，碱骨料反应与骨料的硅酸盐含量有关。

因此，在选择骨料时，要优先选择硅酸盐含量较低的骨料，如花岗岩、玄武岩等。

同时，还要注意骨料的形状和大小等因素，以确保混凝土的均匀性和强度。

四、控制混凝土中的碱性物质含量除了选用低碱性水泥和适宜的骨料外，还可以通过控制混凝土中的碱性物质含量来控制碱骨料反应的发生。

具体来说，可以采用以下方法：1. 降低混凝土中的碱性物质含量：可以在混凝土中添加一些酸性物质，如硫酸、磷酸等，来降低混凝土中的碱性物质含量。

2. 采用掺合料：掺合料可以降低混凝土中的碱性物质含量，从而减少碱骨料反应的发生。

常用的掺合料有粉煤灰、硅灰、石灰石粉等。

3. 控制混凝土中的水泥用量：适当控制混凝土中的水泥用量也可以控制混凝土中的碱性物质含量。

五、使用化学剂控制碱骨料反应除了以上控制方法外，还可以使用一些化学剂来控制碱骨料反应。

这些化学剂可以减缓碱骨料反应的进程，从而延长混凝土的使用寿命。

混凝土中碱骨料反应的控制方法研究混凝土中碱骨料反应是一种常见的问题，它会导致混凝土的结构性能受损，从而影响建筑物的使用寿命和安全性。

因此，控制混凝土中碱骨料反应是非常重要的。

本文将从控制碱骨料反应的原因、控制方法的分类和具体控制方法三个方面进行研究。

一、控制碱骨料反应的原因碱骨料反应是由于混凝土中的水泥石中的碱性离子与骨料中的硅酸盐矿物质发生反应而引起的。

这些反应会导致混凝土的体积膨胀和裂缝形成，从而影响混凝土的性能和寿命。

碱骨料反应的主要原因是混凝土中的碱性物质和骨料中的硅酸盐矿物质之间的反应。

二、控制方法的分类控制碱骨料反应的方法可以分为四类：控制水泥中的碱性物质、选择低碱性骨料、添加控制剂和表面处理。

1. 控制水泥中的碱性物质控制水泥中的碱性物质是一种有效的控制碱骨料反应的方法。

这可以通过选择低碱性水泥、降低水泥用量或添加控制剂等方式实现。

例如，使用混合水泥或添加硅酸盐等控制剂可以有效地降低水泥中的碱性物质含量。

2. 选择低碱性骨料选择低碱性骨料也是一种有效的控制碱骨料反应的方法。

低碱性骨料可以减少混凝土中的碱性物质含量，从而降低碱骨料反应的可能性。

低碱性骨料可以通过筛选或添加控制剂等方式实现。

3. 添加控制剂添加控制剂是一种常用的控制碱骨料反应的方法。

控制剂可以防止碱性物质与骨料发生反应，从而降低碱骨料反应的可能性。

添加控制剂的种类包括硅酸盐、铝酸盐、钙盐等。

这些控制剂可以减少混凝土中的碱性物质含量，从而有效地控制碱骨料反应。

4. 表面处理表面处理是一种有效的控制碱骨料反应的方法。

通过表面处理可以形成一层保护层，减少混凝土中的碱性物质与骨料发生反应。

表面处理的种类包括石灰乳浆、硅酸盐涂料、聚合物涂料等。

三、具体控制方法1. 选择低碱性水泥选择低碱性水泥是一种有效的控制碱骨料反应的方法。

一些低碱性水泥可以有效地降低碱性物质的含量，从而减少碱骨料反应的可能性。

例如，使用混合水泥可以减少水泥中的碱性物质含量。

混凝土的碱骨料反应及其应对措施摘要：本文主要介绍混凝土碱骨料反应的现象、成因和条件，同时还具体阐述了反应的过程。

由此得出碱骨料反应对混凝土构件具有严重的危害，并针对它的成因和条件等提出了几条有效的预防措施。

关键词：碱骨料反应（AAR），碱活性骨料，碱-硅酸反应（ASR），碱-碳酸盐反应（ACR），活性，含碱量。

一混凝土碱骨料反应简介及其破坏特征碱骨料全称为碱活性骨料，一般分为两种类型。

一种为含有非晶体或结晶不完整的二氧化硅骨料，称为碱－硅酸反应活性骨料。

另一种为含有具有特定构造的微晶白云石骨料，称为碱－碳酸盐反应活性骨料。

混凝土碱骨料反应（AAR）是指混凝土中的碱与骨料中能与碱反应的活性成分，在混凝土硬化后吸水的过程中，逐渐发生膨胀性化学反应，导致混凝土构件产生开裂破坏的现象。

由上可知依碱活性骨料类型不同分为碱－硅酸反应（ASR）和碱－碳酸盐反应（ACR）两类反应。

一般活性骨料经搅拌后均匀分布在混凝土中,发生碱骨料反应时,混凝土内各部分均产生膨胀应力,将混凝土自身胀裂,其现场最主要的特征是表面开裂,裂纹呈网状(龟背纹)。

碱-硅酸反应生成的碱-硅酸凝胶有时会顺裂缝渗到混凝土表面,新鲜的凝胶呈透明或浅黄色,外观类似于树脂状。

脱水后凝胶变成白色,凝胶在流经的过程中,吸收了钙铝硫等化合物后变成茶褐色，最后变为黑色。

碱－碳酸盐反应膨胀是存在骨料浆体界面和骨料内部的碱-硅凝胶吸水膨胀引起的,ACR开裂是反应生成的方解石和水镁石,在骨料内部受空间结晶生长形成的结晶压力引起的,也就是说,骨料是膨胀源。

这种破坏在混凝土芯样表现为:在混凝土中形成与骨料相连的网状裂纹,骨料有时会开裂,其裂纹会延伸到周围的浆体中去,裂纹能延伸到另一颗骨料,有时也会从另一未发生反应的骨料边缘通过。

二混凝土碱骨料反应的成因2.1 碱硅酸反应(简称ASR)碱硅酸反应是指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。

碱-硅酸反应是指常温下水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅之间发生的一种复相反应。

浅谈抑制碱骨料反应的措施摘要：近几年来，云南省高速公路建设规模较大，桥梁与隧道所占比例也比前几年有所提高。

经调查显示，我国已建工程中有部分大桥或隧道因为产生碱骨料反应导致开裂、倒塌等严重后果，因此必须尽快研究抑制碱骨料反应的措施，保证混凝土工程的耐久性。

本文主要从某条高速公路用不同配比的混凝土出发，进行多项对比试验，最终得出抑制碱骨料反应的优化措施。

关键词：碱骨料、粉煤灰、矿粉、膨胀率、抑制措施混凝土碱骨料反应是指混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合料及拌和水中的碱与骨料中的碱活性成分发生的化学反应。

发生这种化学反应的条件有三个，一是混凝土的原材料水泥、混合料、外加剂和水中含碱量高；二是骨料中有相当数量的活性成分；三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。

这种反应可能持续几十年的时间，反应的产物在混凝土内部产生膨胀应力并最终导致混凝土开裂破坏，一旦发生这种情况就无法补救，因此碱骨料反应被称为混凝土的“癌症”。

但我们可以采取一些预防措施阻止其发生或将其危害程度降到最低。

由于目前高速公路用C50及以上混凝土多采用河砂，因此本文主要对河砂、河砂+粉煤灰+矿粉、河砂+粉煤灰、河砂+矿粉这四种掺合料下的碱骨料反应进行比较，采用四个配合比进行碱骨料试验。

有些学者可能会问，为什么是采用粉煤灰和矿粉来进行对比试验，而不是采用其他外掺料，因为采用粉煤灰和矿粉替代等量的水泥，不仅可以节约生产成本，另外还可以降低水泥水化热，增加混凝土和易性和后期强度。

一、原材料（一）河砂依据国家标准《建设用砂》中快速碱—硅酸反应的试验方法，将工程实际用河砂过4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm的方孔筛。

（二）粉煤灰试验所用粉煤灰为宜宾能顺的粉煤灰，其性能指标见表1。

表1 粉煤灰性能指标（三）矿粉试验所用矿粉为六盘水的矿粉，其性能指标见表2。

表2 矿粉性能指标（四）其他原材料试验所用水泥采用基准水泥（含碱量低于0.6%），水就地取用试验室用水。

混凝土碱骨料反应问题及预防措施由于我国过去水泥含碱量一般不高，加以自50年代起30余年来一直生产高混合材水泥，例如在七十年代曾大量生产使用的矿渣400号水泥，其中矿渣含量高达60-70%，有这么多的活性混合材，即使某厂水泥熟料当时含碱量稍高，砂石中有相当数量的活性成分，由于活性混合材可以起到消化缓解碱的作用，因而在八十年代以前我国一般土建工程尚未见碱骨料反应对工程损害的报告，以致许多设计、施工工程技术人员对碱骨料反应问题还比较生疏，有必要作一些基本情况的介绍。

一、什么是水泥混凝土的碱骨料反应碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱（Na2O或K2O）与骨料中的活性成分反应，在混凝土浇筑成型后若干年（数年至二、三十年）逐渐反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去设计性能。

由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布，所以一旦发生碱骨料反应，混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身膨胀，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。

二、碱骨料反应的分类和机理1、碱硅酸反应1940年美国加利福尼亚州公路局的斯坦敦，首先发现碱骨料反应，引起世界混凝土工程界的重视，这种反应就是碱酸反应。

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，碱硅凝胶固相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进展，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。

能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石，玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中，因而迄今为止，世界各国发生的碱骨料反应绝大多数为碱硅酸反应。

2、碱碳酸盐反应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。

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。