对预防混凝土碱集料反应的几点思考

对预防混凝土碱集料反应的几点思考摘要：AAR的预防是一项系统工程，各项预防措施相互关联、制约。本文通过 对AAR的定义、类型等方面的介绍，结合理论与实际提出有效预防碱-集料反应的几项措施，并指出在实施预防措施过程中的一些注意点。关键字： 碱- 集料反应、预防措施、含碱量关于碱-集料反应及其预防工作，已愈来愈得到有关方面重视，对AAR的预 防，已呈现由过去几十年针对个别重点工程，走向面对普遍的一般工程的趋势。AAR的预防是一项系统工程，各项预防措施相互关联、制约，在制定AAR的预防措施时，应充分考虑预防措施各个方面的利弊关系， 考虑各项预防措施提供单位 （ 当量 ）保险系数的成本。1、回顾历史长期以来碱一集料反应（Alkali Aggregate Reaction ，简你AAR下同）造 成大量混凝土建筑物的破环，损失惊人！最早发现的AAR破坏是在美国西部加州 的公路建筑。 1919-1920 年建造的皇城桥， 不到三年墩帽上普遍出现地图状裂缝， 不久又在混凝上路面和护岸上发现更严重的开裂。 经过专家的大量研究， 指出上 述破坏是由水泥中过量的碱与集料中某些硅质组分反应发生膨胀所致， 取名碱 集料反应；并提出如限制水泥中含碱量（当量NqO低于0.6%）就能够防止AAR的 危害。这一卓越成果，在各国受到很大注意。2、AAR的定义及类型碱活性集料是指能与水泥中碱发生化学反应，引起混凝上膨胀、开裂，甚 至破坏的集料。这种化学反应称碱 -集料反应，有三种类型：（1）碱-硅酸反应 碱与集料中活性 Si0 2发生反应，生成碱的硅酸盐凝胶， 吸水肿胀，引起混凝土膨胀、开裂。集料中活性 Si02包括无定形、结晶度差、 受应力大的Si02以及玻璃休。如蛋白石、玉髓、玛瑙、鳞石英、方石英、非常细小的微晶石英、具有较强波状消光的石英及火山玻璃体等。含活性Si02的岩石较普遍，世界各地发现这类碱 -集料反应的破坏事例众多。（2）碱-碳酸盐反应 碱与泥质石灰石质白云石反应。 这种白云石与一般白云 石不同，含粘土和方解石较多，白云石颗粒细小，被粘土和方解石晶粒包围。碱 离子能通过粘土渗入白云石颗粒， 使白云石颗粒表面产生反白云石化反应， 因这 种原地化学反应和结晶压造成混凝土膨胀、开裂。(3) 碱- 硅酸盐反应 碱与某些层状硅酸盐集料反应，使层状硅酸盐层问距 离由 10埃增大到 12 埃，集料发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂。这类反应系加 拿大学者提出，现反对者较多。根据研究，认为仍为活性 Si02 与碱反应引起的 膨胀。但由于岩石结构因素，使膨胀发展较慢。3、AAR发生的条件AAR勺发生必须同时具备三个条件： 混凝土中含有较多的碱 ; 混凝土中含有碱活性集料 ; 水分。 混凝土的碱含量较低，使用惰性集料，或使混凝土与水分隔绝都不会发生AAR即只要去掉上述三个条件的任一个，即可达到预防碱集料反应的目的。4、AAR破坏的特征AAR破坏同时具有下列三个特征，可以据以区分其他原因引起的破坏。(1) 膨胀特征 AAR 裂缝是由膨胀引起，不同于最常见的收缩或荷载产生的 裂缝。不同限制条件决定着裂缝的分布与形貌。 限制很弱的部位如保护层或无筋 混凝土呈现地图状裂缝， 限制力均匀的部位， 裂缝分布也较均匀， 钢筋限制力大 的常与限制力平行方向开裂。AAR虽烈的护岸墙、辅地砌块竟能高出邻近的正常 混凝土。(2) 速度特征 AAR 破坏常较其他耐久性破坏为快，有时还快很多。已有事 例证明，破坏有的不到二年就严重开裂，有的 3-5 年。如果混凝土密实，保护层 足够，三五年内钢筋锈蚀开裂，就应怀疑是由AAR所引起和加速的冻融、盐蚀等 破坏亦然。(3) 潮湿特征水是AAF发生和发展的一个必要条件。同一建筑物干湿不同 的部位出现不同开裂破坏，就应向 AAR找原因，尤其潮湿部位早期就开裂破坏。 例如北京某立交桥建成不到5年，混凝土标号C30的桥座横梁位于桥面板接缝下 的漏水潮湿部位，发生严重剥落，积聚较多白色浸出物，钢筋锈露，附近有棕色 沉积物，近处有地图状表面裂缝；但同一梁的干燥部分，混凝土完好。根据当地 条件决非冻融，也不应是碳化、化冻盐等引起钢筋锈蚀。对上述三个特征进行全面考虑，便于找到破坏的真正原因。如果AAR确是破 坏的主因或导因，在处理事故时，必须从如何阻止AAR的发展入手，否则徒劳无 功。更应提请大家注意的是， 我国在水泥生产与混凝土工程方面正在发生一系列 变化，使AAR破坏的危险性大大增加。这些变化是：混凝土平均标号提高；制 作高标号混凝土和加快施工常采用高强度水泥和快硬水泥； 水泥生产工艺向干法 改变；外加剂及其他添加料引入碱分的可能性在增加， 尤其冬季掺加含钠盐的快 硬防冻剂；集料的劣化。5、AAR的几项预防措施5.1 、提高混凝土密实性无论是碱硅反应、碱碳酸盐反应 , 还是硫酸盐侵蚀 , 水在其中起到至关重要 的作用；混凝土越密实 , 抗渗能力越强 , 环境介质也越难侵入。因此 , 必须保证足 够的水泥用量或适当降低水灰比。实际生产中 , 在保证最小水泥用量的前提下 , 更倾向于控制水灰比 , 以控制混凝土的密实性。 同时, 在混凝土中掺入适量的引气 剂,使混凝土内部的透水孔道隔断 , 从而使其抗渗性和抗硫酸盐侵蚀的性能加强。5.2 、限定混凝土中碱含量要限定混凝土中的碱含量，关键是要降低水泥中的碱含量，其主要有两个途径，一是降低熟料的碱含量，二是加入碱含量低于熟料的混合材， “冲淡”水 泥中的碱。混合材中碱与熟料中碱在 AAR中的作用是不同的，前者发生反应的碱 仅相当于其总碱量的一部分，在研究AAR时，熟料中碱与混合材中碱应当区别对 待。据英国的经验，粉煤灰中碱以其总量的 1/6 计，矿渣以 1/2 计。掺加混合材 对AAR的抑制作用，除“冲淡”水泥中碱含量外，主要是混合材本身对 AARM有 抑制作用。5.3 、对集料进行严格的碱活性鉴定常常接触水或潮湿的混凝土所用集料， 必须经过碱活性检验。 通常采用 ASTM 法见我国水工混凝土试验规程 (SD105-82) ，也可采用压蒸快速试验，对碱 - 硅酸 反应所得结果与ASTM法接近。5.4 、掺加混合材料用碱活性集料微粉充当混合材取代部分水泥 , 可有效地抑制碱硅酸反应膨胀 , 且其抑制效果随加入量的增加而提高,随碱含量提高而减少。当 NaOA 3.0%时, 大约 50%以上的微粉即可将砂浆的膨胀率抑制在 0.1%以下；当 2.0%Na2O3.0% 时,约35%-40%5微粉亦可达到同样的效果； 而当NaCK 2.0%时，更少的微粉即可 达到同样的要求。 微粉对膨胀的抑制作用在长期的养护过程中也相当稳定。 在混 凝土拌和物中掺加粒化高炉矿渣或硅粉后 , 熟料水化时析出的 Ca(OH)2 能与矿渣 中的活性氧化硅或氧化铝结合 , 生成低碱度的水化产物 , 使水化硫铝酸钙在 CaO 浓度较低的液相中结晶 , 膨胀变缓 , 从而有效提高其抗硫酸盐侵蚀能力。5.5 、使用化学外加剂碱集料反应是一种化学反应 , 其过程可以通过掺加化学外加剂予以抑制。研 究表明 , 含碱金属锂的盐类如硝酸锂、氢氧化锂以及氟硅酸钠、磷酸盐、部分硝 酸盐等对碱集料反应具有一定抑制作用。 通过高压注入方式使外加剂溶液渗透到 混凝土内部可以治理已经发生碱集料反应的混凝土结构 , 外加剂也可以在拌制混 凝土时加入。目前 , 这一技术措施的应用受两方面因素制约 : 一方面 , 这些外加剂 价格昂贵,在较大程度上提高了混凝土的生产成本 ;另一方面,外加剂对碱集料反 应的抑制效果与活性集料的种类有关 , 且其长期抑制效果尚有待进一步研究证 实。6、AAR预防过程中的注意点在实施AAR勺预防措施的过程中，要对有关AAR的基本情况进行综合调查， 以便达到预期效果，这些基本情况主要包括 :(1) 以往工程发生AAF破坏的情况；(2) 我国碱活性集料的分布及活性、含量大小；(3) 水泥厂原料中的碱含量，所能采取的降低碱含量的措施及所能降低 的幅度。在调查的基础上，对各项预防 AAR的措施进行包括预防效果(保险系数) 和经济代价在内的定量分析， 在定量分析的基础上， 由水泥的生产、 使用部门与 科研机构共同研究AAR的预防措施，共同制订相应的标准、规范，并注意水泥生 产、使用部门的标准、规范间的配合与衔接， 同时充分考虑预防措施的经济因素。7、结语碱集料反应问题十分复杂 , 对工程的危害极大 ,因此, 预防碱集料反应破坏 是一项长期的技术工作 , 需要工程技术界从对南通的社会、经济发展以及建设工 程质量负责的高度 , 通过相关管理部门和科研、设计、施工各方面的共同努力完 成。参考文献1 铁成 混凝土 1991,5:3-9 ；2 唐明述 硅酸盐学报 1990,18(4):365-373 ；3 沈欣 水泥 1988,4:13-15 ；4 吕忆农 唐明述 我国的碱活性集料与碱 - 集料反应 南京化工学院学报 1992 ， 11(2) ： 321-314