浅谈混凝土碱骨料反应及其预防措施！

【摘  要】本文从混凝土碱骨料反应的危害性入手，介绍了混凝土碱骨料反应的概念、类型、机理、发生条件等基本知识，提出了预防混凝土碱骨料反应的几点措施。

【关键词】混凝土、碱骨料反应、类型、预防措施、外加剂、掺合料

1前言

耐久性是混凝土的重要性能指标，关系到混凝土工程的使用寿命和使用安全。碱—骨料反应起因于混凝土中的砂、石骨料与系统中的碱发生破坏性的膨胀反应，导致混凝土结构的开裂失效。而且，由于该反应破坏持续时间长，具有不可修复性，因而国际上许多科学家称之为混凝土的“癌症”。自上世纪40年代被发现该破坏因素以来，已造成大量工程破坏，损失巨大。我国80年代至90年代初的一系列工程，由于碱—骨料反应的破坏，也造成了严重损失，如北京、天津、西安临潼、新疆塔城、辽宁锦西、山西太原、河南平顶山、山东潍坊等地的混凝土工程，危害涉及的工程包括桥梁、轨枕、机场跑道、电杆以及一些工业与民用建筑。

由此可见，碱骨料反应已成为危害我国混凝土工程耐久性的一个主要原因，必须引起高度重视。我们应当充分认识了解碱—骨料反应，研究预防或抑制碱—骨料反应的措施，并制定相应的技术规程，防止新建混凝土工程发生碱—骨料反应的破坏。

2混凝土碱骨料反应简介

2.1混凝土碱骨料反应概念

混凝土碱骨料反应（Alkali-Aggregate Reaction）简称AAR。它是指混凝土中的碱（Na2O及K2O）与骨料中的活性成分，在潮湿条件下缓慢发生的膨胀性化学反应。

碱骨料反应会引起混凝土开裂破坏，严重影响了混凝土使用的耐久性。

2.2混凝土碱骨料反应类型

混凝土碱骨料反应按骨料活性矿物和反应膨胀机理的不同，国内外学者一致认同一下3种类型：

①碱—硅酸反应

碱—硅酸反应（简称ASR）是指混凝土中的碱在混凝土孔隙水的存在下，与骨料中活性二氧化硅发生反应，生成碱—硅酸凝胶，吸水膨胀，引起混凝土开裂，其反应式为：

2ROH + nSiO2 → R2O·nSiO2·H2O

式中R为K或Na。

骨料中的活性二氧化硅包括无定形、结晶度差、受应力大的二氧化硅和玻璃体，如蛋白石、玉髓、玛瑙、磷石英、方石英、隐晶石英、微晶石英和玻璃质石英等。

含有活性二氧化硅矿物的岩石种类较多，并且在全世界范围内分布非常广泛。因此，这种类型的碱骨料反应发生最多，所开展的研究工作也多是针对这类反应。

②碱—碳酸盐反应

碱—碳酸盐反应是指混凝土中的碱与活性碳酸盐骨料所含的白云石晶体发生的反应，产生膨胀，并导致混凝土开裂破坏。碱与白云石晶体间的反应称为去白云石化反应，可用下式表示：

CaMg(CO3)2 + 2ROH → Mg(OH)2 + CaCO3 + R2CO3

R2CO3 + Ca(OH)2 → 2ROH + CaCO3

反应生成的ROH再进行去白云石化反应，直到消耗尽为止。

具有碱活性的碳酸盐岩石只占碳酸盐岩的较少部分。活性碳酸盐岩石都含有尺寸小于50μm的白云石晶体，基质由细小方解石和粘土等杂质组成，包括白云岩、泥质白云岩、泥质灰质白云岩、泥质白云质灰岩等。

③ 碱—硅酸盐反应

碱—硅酸盐反应（也称ASR）是指碱与岩石中某些层状硅酸盐矿物如蛭石、伊利石、黑云母、绿泥石等发生反应，使层间距增大，导致岩石膨胀。含层状硅酸盐矿物的岩石主要是泥板岩、千枚岩、硬砂岩和粉砂岩等。

2.3混凝土碱骨料反应发生的条件

不论哪一种类型的碱骨料反应必须具备三个条件，才会对混凝土工程造成破坏，这三个条件中缺少其中任何一个，AAR破坏的几率就大为减小。

发生AAR的3个必要条件：

①混凝土中的碱含量（Na2O+0.658K2O）高。主要是配制混凝土时由水泥、骨料（如海砂）、外加剂和拌合水带进混凝土中一定数量的碱，或者混凝土处于有碱环境中渗入其中的碱。

②使用的骨料具有碱活性。采用了一定含量的能与碱发生反应的活性骨料。

③混凝土暴露在水中或潮湿环境中。提供碱—骨料反应时生成物吸水膨胀所需的水分。

3预防混凝土碱骨料反应的主要措施

目前，防止混凝土碱骨料反应的主要措施有：

（1）控制混凝土中的总碱量。

包括从水泥、掺合料、外加剂、水，甚至从骨料（海砂）中带入的碱量。因此各国对混凝土中的总碱量都有所限制，要求混凝土中的总碱量不大于3.0kg/m3。

主要是控制水泥含碱量，可以使用低碱水泥（当量Na2O＜0.6%），也可以限制水泥的用量。另一方面控制外加剂带入的碱量，尤其是减水剂、防冻剂、膨胀剂、速凝剂等含碱量较高的外加剂。

（2）使用非活性骨料。

这对防止AAR而言是最安全可靠的措施，加强骨料的碱活性检测是预防的关键。对有碱活性的骨料尽量不选用，尤其是处于潮湿环境下的混凝土工程、露天混凝土工程、接触化冰盐混凝土工程等更应选择无活性骨料。

（3）隔绝水和湿空气来源。

在有可能发生碱—骨料反应的部位应有效地隔绝水和湿空气的侵入。

（4）采用矿物外加剂或化学外加剂。

矿物外加剂如硅灰、矿粉、粉煤灰等，这些矿物外加剂可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应，但其掺量需通过试验确定。一般硅灰掺量在5-10%，粉煤灰掺量在30%以上，矿渣粉掺量需在50%以上。除此之外，沸石、烧粘土、偏高岭土等对抑制碱-集料反应引起的膨胀也有一定的效果。化学外加剂如锂盐和钡盐等，加入水泥重量1%的碳酸锂（Li2CO3）或氯化锂（LiCl），或者2%~6%的碳酸钡（BaCO3）、硫酸钡或氯化钡（BaCl2）均能显著有效地抑制混凝土碱骨料反应。                  刘福战（1976年---），男，大学本科，高级工程师。