碱集料反应及混凝土耐久性研究

引言混凝土发生碱集料反应要满足三个条件：骨料具有碱活性、混凝土体系中碱含量较高、所处环境较为潮湿。

目前西部地区，如青海、西藏、新疆等地的骨料经检测均发现有活性骨料的存在。

在优质砂石资源日渐稀少的西北，使用活性集料在所难免，如何采用活性骨料配制混凝土是大势所趋。

目前对有可能引起混凝土发生碱集料反应进行抑制的研究，主要通过采用掺入矿物外加剂（粉煤灰、矿粉、硅灰等）、化学外加剂（减水剂、引气剂等）和盐类外加剂（锂盐外加剂、钙盐外加剂等）进行碱集料反应的抑制。

如何选用这些外加剂抑制混凝土碱集料反应，需要了解各类抑制剂的特点、适用范围、存在问题等，也为将来碱集料反应抑制剂的的发展提供研究方向。

碱集料反应抑制剂的研究与应用进展刘飞强1　于　方2　肖尹文31. 广州市中心区交通项目管理中心 广东 广州 5100302. 中交四航工程研究院有限公司 水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室 广东 广州 5102303. 河海大学力学与材料学院 江苏 南京 210098摘 要：综述了目前国内外关于碱集料反应抑制剂的研究与应用进展。

在调研国内外碱集料反应抑制剂类型及室内研究的基础上，对比了碱集料反应抑制剂的特点及适用范围。

调研了碱集料反应抑制剂在国内外工程中的应用现状，总结了目前碱集料反应抑制剂应用中存在的一些问题，为后续进行碱集料反应抑制剂的研究与应用提供一些方向指导。

关键词：碱集料反应；抑制剂；矿物外加剂；化学外加剂收稿日期：2019-8-231 碱集料反应抑制剂研究现状1.1 矿物外加剂大量室内试验和工程经验可以证明，矿物掺合料一定程度上可以抑制碱硅酸反应（ASR），但对碱碳酸盐反应（ACR ）引起的膨胀破坏抑制效果较差。

目前大多数工程都采用外掺粉煤灰、矿粉和硅灰的方式来抑制碱集料反应，这可能是从成本方面考虑，也可能是被一些客观条件所限制。

除了上述几种掺合料外，有研究证实钢渣、稻壳灰、石灰石粉等也可以抑制碱集料反应。

耐久性的概念与主要影响因素1. 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合于使用，而不需进行维修加固。

混凝土结构的设计使用年限根据结构的重要性按现行的有关国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》 (GB 50068) 的规定确定。

我国规定的设计使用年限分为 50 年和 100 年。

混凝土结构广泛用于各类工程结构中，如果因耐久性不足而失效，或为了继续正常使用而进行相当规模的维修、加固或改造，则将要付出高昂的代价。

保证混凝土结构能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足耐久性的要求，是一个十分迫切和重要的问题。

在设计混凝土结构时，除了进行承载力计算、变形和裂缝验算外，还必须进行耐久性设计。

混凝土结构的耐久性设计主要根据结构的环境类别和设计使用年限进行，同时还要考虑对混凝土材料的基本要求。

在我国，采用满足耐久性规定的方法进行耐久性设计，实质上是针对影响耐久性能的主要因素提出相应的对策。

2. 影响耐久性能的主要因素内部因素主要有：混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等；外部因素主要有：环境条件，包括温度、湿度、C02含量、侵蚀性介质等。

出现耐久性能下降的问题，往往是内、外部因素综合作用的结果。

此外，设计不周、施工质量差或使用中维修不当等也会影响耐久性能。

埋在混凝土中的钢筋，由于混凝土中的高碱性，会在钢筋表面形成氧化膜，它能有效地保护钢筋。

然而，大气中的 CO 2 或其他酸性气体，将使混凝土中性化而降低其碱度，这就是混凝土的碳化。

当混凝土保护层被碳化至钢筋表面时，将破坏钢筋表面的氧化膜。

此外，当混凝土构件的裂缝宽度超过一定限值时，将会加速混凝土的碳化，使钢筋表面的氧化膜更易遭到破坏。

钢筋表面氧化膜的破坏是使钢筋锈蚀的必要条件。

这时，如果含氧水份侵人，钢筋就会锈蚀。

因此，含氧水份侵人是钢筋锈蚀的充分条件。

钢筋锈蚀严重时，体积膨胀，导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，并使保护层剥落，从而使钢筋截面削弱，截面承载力降低，最终将使结构构件破坏或失效。

第23卷　第4期2001年8月重庆建筑大学学报Journal of Chongqing J ianzh u Univ ersityVol.23　No.4Aug.2001文章编号:1006-7329(2001)04-0097-07碱集料反应及其预防措施吴岳新1,　杨长辉2(1.湖南省岳阳市路桥公司,湖南岳阳　414100;2.重庆大学B区　材料系,重庆　400045)摘要:论述了碱集料反应的特点及其对混凝土工程的危害,概述了国内外有关碱集料反应的标准及试验方法,分析了预防碱集料反应的主要技术措施,并结合重庆地区资源和环境条件,提出了预防碱集料反应的建议。

关键词:碱集料反应;膨胀;矿物掺合料;抑制中图分类号:T U528.1文献标识码:A1　碱集料反应及其危害碱集料反应(Alkali-Ag grega te Reactio n,简称AAR)是指混凝土中的碱(K2O、Na2O)与活性集料之间发生的化学反应。

碱集料反应包括两种主要类型:碱硅酸反应(Alkali-Silica Reaction,简称ASR)和碱碳酸反应(Alkali-Carbona te Reaction,简称ACR),其中,碱硅酸反应较为普遍,因而也是研究最多的碱集料反应类型(本文除特别说明外主要讨论碱硅酸反应)。

与混凝土中胶凝材料的水化反应过程不同,碱集料反应的结果不是提高和改善混凝土的结构,而是在混凝土中产生膨胀应力,至一定程度后引起混凝土开裂或混凝土结构破坏。

碱集料反应是混凝土的重要耐久性指标之一,由于具有反应过程缓慢、影响因素十分复杂、引起混凝土开裂的时间难预测且一旦发生破坏几乎无法修补等特点,素有混凝土“癌症”之称。

早期发现的碱集料反应膨胀破坏主要集中在水工工程中,但随着时间的推移,碱集料反应破坏逐渐扩展到了混凝土路面、桥梁、隧道涵洞、铁路轨枕、机场跑道等工程领域,日本、美国、南非、加拿大、英国等尤其突出,造成了巨大的经济损失。

参考文献院
[1] 宫健,徐照巍,齐为忠.碱集料反应对混凝土耐久性的影响[J].黑龙江水 利科技,2005,33(1):58.
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[3] 蔡永模.提高水泥混凝土路面耐久性的探讨[J].广西交通科技,2003,28 (6):93-94,111.
在混凝土凝结硬化以后，环境中的水会加剧碱集料反应 的发生。对于可能发生碱集料反应的混凝土结构或部位，可以 采取措施隔绝湿气和水，保证混凝土所处环境的干燥，以防止 碱集料反应的发生。 3.4 加入活性掺合料
活性掺合料（粉煤灰、硅灰、矿渣等）可以部分取代高碱度 水泥[3]。这些活性掺合料能够吸收溶液中的钠离子和钾离子， 使反应生成的产物在早期能够均匀地分布于混凝土中，避免 聚集于集料颗粒周围，因此可以缓解或者避免膨胀破坏的出 现。酸性氧化物（二氧化硅等）含量越高的矿物掺合料对于防 止碱集料反应的效果越好。 3.5 掺入外加剂
碱集料反应是指水泥、外加剂等混凝土组成材料及所处 环境中的碱，与具有碱活性的集料在潮湿的环境中缓慢发生 并且会导致混凝土开裂破坏的一种膨胀反应。它对于混凝土 具有极强的破坏性，严重影响混凝土的耐久性。
1 碱集料反应的类型
1.1 碱要硅酸反应 碱—硅酸反应是分布最广泛的碱集料反应。该反应是
指 混 凝 土 内 的 碱（氧 化 钠 和 氧 化 钾）与 集 料 中 的 活 性 二 氧 化 硅 反 应 ，生 成 复 杂 的 碱 — 硅 酸 凝 胶。碱 — 硅 酸 凝 胶 从 周 围 的 介 质 中 不 断 吸 收 水 分 ，导 致 体 积 膨 胀 ，内 应 力 增 大 ，造 成 混 凝土的开裂[1]。 1.2 碱要碳酸盐反应
在混凝土中加入引气剂或者引气减水剂，可以在混凝土 中生成大量分散的微小气泡，一旦有碱集料反应发生时，反应 生成的胶体就可以渗入或者被挤入这些气泡中，降低膨胀应 力造成的破坏。