主講人：陳陳海華橋梁工程預(yù)預(yù)防措施之之混凝土堿堿骨料反應(yīng)應(yīng)1.1混凝凝土堿骨料料反應(yīng)簡(jiǎn)介介堿骨料反應(yīng)應(yīng)開(kāi)始是在在30年代代美國(guó)西部部地區(qū)的堤堤壩、公路路、橋梁等等混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)物發(fā)生生異常膨脹脹，產(chǎn)生裂裂縫而發(fā)現(xiàn)現(xiàn)的。進(jìn)入入70年代代后，不斷斷從歐洲、、南非等地地傳來(lái)堿骨骨料反應(yīng)引引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)損傷報(bào)告告，堿骨料料反應(yīng)作為為個(gè)世界性性的普遍問(wèn)問(wèn)題被提了了出來(lái)。。由于堿骨骨料反應(yīng)一一般是在混混凝土成型型后的若干干年后逐漸漸發(fā)生,其其結(jié)果造成成混凝土耐耐久性下降降,嚴(yán)重時(shí)時(shí)還會(huì)使混混凝土喪失失使用價(jià)值值,且由于于反應(yīng)是發(fā)發(fā)生在整個(gè)個(gè)混凝土中中,因此,這種反應(yīng)應(yīng)造成的破破壞既難以以預(yù)防,又又難于阻止止,更不易易修補(bǔ)和挽挽救,故被被稱為混凝凝土的“癌癌癥”。1.2混凝凝土堿骨料料反應(yīng)概念念堿骨料反應(yīng)應(yīng)（AlkaliAggregateReaction簡(jiǎn)簡(jiǎn)寫(xiě)作AAR）是指指混凝土中中的堿性物物質(zhì)與骨料料中的活性性成分發(fā)生生化學(xué)反應(yīng)應(yīng)，引起混混凝土內(nèi)部部自膨脹應(yīng)應(yīng)力而開(kāi)裂裂的現(xiàn)象。。1.3混凝凝土堿骨料料反應(yīng)危害害堿骨料反應(yīng)應(yīng)導(dǎo)致混凝凝土破壞特特征均表現(xiàn)為混凝土土膨脹開(kāi)裂裂,大量微微裂縫的產(chǎn)產(chǎn)生不僅降低混混凝土的力力學(xué)性能,更重要的的是加速了水、、腐蝕離子子滲入混凝凝土內(nèi)部,從而誘發(fā)堿骨骨料反應(yīng)、、鋼筋銹蝕蝕、凍融破破壞協(xié)同效應(yīng)應(yīng),嚴(yán)重影影響了混凝凝土工程耐耐久性能。再有有堿骨料反反應(yīng)是在混混凝土堿活活性骨料周圍圍緩慢、長(zhǎng)長(zhǎng)期發(fā)生的的,不僅無(wú)無(wú)法阻止其其破壞繼續(xù)續(xù)發(fā)展,且且破壞后不不宜修復(fù),因此被稱稱為混凝土土的“癌癥癥”。1.3.1破壞特征征（1）時(shí)間間性受堿骨料反反應(yīng)影響的的混凝土需需要幾年或或更長(zhǎng)時(shí)間間才會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)開(kāi)裂破壞壞。（2）表面面開(kāi)裂如果混凝土土沒(méi)有施加加預(yù)應(yīng)力，，裂縫呈網(wǎng)網(wǎng)狀，每條條裂縫長(zhǎng)約約數(shù)厘米。。在預(yù)應(yīng)力力作用區(qū)域域裂縫將主主要沿預(yù)應(yīng)應(yīng)力方向發(fā)發(fā)展，形成成平行于鋼鋼筋的裂縫縫。（3）膨脹脹（4）滲出出凝膠Si-ONa（5）內(nèi)部部凝膠堿骨料反應(yīng)應(yīng)后的膨脹脹是由反應(yīng)應(yīng)生成堿-硅酸凝膠膠吸水引起起的，因此此凝膠的存存在是發(fā)生生了堿-硅硅酸反應(yīng)最最直接的證證明。（6）反應(yīng)應(yīng)環(huán)有些骨料在在與堿發(fā)生生反應(yīng)以后后，會(huì)在骨骨料周圍形形成一個(gè)深深色的薄圈圈，稱為反反應(yīng)環(huán)。（7）內(nèi)部部裂紋當(dāng)堿骨料反反應(yīng)引起超超量膨脹時(shí)時(shí)，會(huì)在混混凝土中心心形成內(nèi)部部裂紋，裂裂紋常常充充滿凝膠。?；炷帘┍┞睹嫦拗浦屏藘?nèi)部混混凝土的膨膨脹，因此此導(dǎo)致了面面層的拉應(yīng)應(yīng)力。如果果反應(yīng)程度度足夠大，，在此情況況下就會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生大的裂裂紋。1.4堿骨骨料反應(yīng)發(fā)發(fā)生條件及及分類和機(jī)機(jī)理（1）堿骨骨料反應(yīng)發(fā)發(fā)生條件發(fā)生堿骨料料反應(yīng)需要要具有三個(gè)個(gè)條件①混凝土的的原材料水水泥、混合合材、外加加劑和水中中含堿量高高。②骨料中有有相當(dāng)數(shù)量量的活性成成分；③潮濕環(huán)境境，有充分分的水分或或濕空氣供供應(yīng)。（2）堿骨骨料反應(yīng)的的分類和機(jī)機(jī)理按照活性材材料及其產(chǎn)產(chǎn)生破壞時(shí)時(shí)的反應(yīng)機(jī)機(jī)理不同，，一般將堿堿－集料反反應(yīng)分為三三種：①堿－硅酸酸反應(yīng)（Alkali-SilicaReaction）,即即最早的AAR或經(jīng)經(jīng)典的堿骨骨料反應(yīng)。。具體是指指混凝土中中的堿與骨骨料中微晶晶或無(wú)定型型硅酸發(fā)生生反應(yīng)，生生成堿硅酸酸類2NaOH+SiO2+nH2O→→Na2O·SiO2·(n+1)H2O堿硅酸類會(huì)會(huì)在混凝土土表面形成凝膠（（如圖），，干燥后為白色的的沉淀物，，具有強(qiáng)烈吸水膨膨脹的特性性，此類反應(yīng)一般般發(fā)生在骨骨料與水泥石界面面處，致使使混凝土產(chǎn)生不均均勻膨脹引引起開(kāi)裂。。②堿－硅酸酸鹽反應(yīng)（（Alkali-SilicateReaction，ASR）,活性性骨料是結(jié)結(jié)晶良好的的硅酸鹽巖巖石。堿－－硅酸鹽反反應(yīng)是指混混凝土中的的堿與骨料料中的某些些層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)的硅酸鹽鹽發(fā)生反應(yīng)應(yīng)，使層狀狀硅酸鹽層層間距增大大，集料發(fā)發(fā)生膨脹致致使混凝土土開(kāi)裂。③堿－碳酸酸鹽反應(yīng)（（Alkali-CarbonateReaction，ACR）,其其活性骨料料是指某些些碳酸鹽巖巖石。堿－－碳酸鹽反反應(yīng)是指混混凝土中的的堿與具有有特定結(jié)構(gòu)構(gòu)的黏土質(zhì)質(zhì)細(xì)粒白云云質(zhì)石灰?guī)r巖或黏土質(zhì)質(zhì)細(xì)粒白云云巖集料發(fā)發(fā)生下列反反應(yīng)，進(jìn)行行的所謂去去（脫）白白云化作用用CaMg(CO3)2+2NaOH→→Mg(OH)2+CaCO3+Na2CO3Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3這種反應(yīng)持持續(xù)進(jìn)行，，直至白云云石被完全全作用或堿堿濃度降到到足夠低為為止，其特特點(diǎn)是反應(yīng)應(yīng)較快，而而且反應(yīng)少少見(jiàn)凝膠產(chǎn)產(chǎn)物，多呈呈龜裂或開(kāi)開(kāi)裂。1.5堿-骨料反應(yīng)應(yīng)的檢測(cè)與與評(píng)價(jià)方法法堿骨料反應(yīng)應(yīng)具有很長(zhǎng)長(zhǎng)的潛伏期期，盡早確確定含巖石石骨料是否否具有堿活活性具有非非常重要的的意義。大大體上分為為三類：一一是通過(guò)巖巖相鑒定檢檢驗(yàn)骨料中中是否有活活性組分的的巖相法；；二是以骨骨料與堿作作用后所產(chǎn)產(chǎn)生的膨脹脹率大小作作為判斷的的依據(jù)；三三是依骨料料在堿液中中的反應(yīng)程程度作為判判據(jù)的化學(xué)學(xué)法。下面面介紹通用用的堿骨料料反應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方法。（1）巖相相法該方法借助助光學(xué)顯微微鏡，X射射線衍射分分析等巖相相分析方法法，鑒定骨骨料的巖石石種類，礦礦物組成及及各組分含含量，并以以此判斷骨骨料的堿活活性。該方方法的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是速度快快，可直接接觀察到骨骨料中的活活性組分。。巖相鑒定定法對(duì)其后后選擇合適適的檢測(cè)方方法有重要要的指導(dǎo)作作用，一直直作為骨料料堿活性的的鑒定首選選。缺點(diǎn)是是得不到活活性成分含含量與膨脹脹率的定量量關(guān)系，并并且此法需需要相當(dāng)熟熟練地技術(shù)術(shù)。（2）混凝凝土棱柱體體法試件尺寸為為75mm*75mm*（275-405mm），試件件成型后用用塑料膜覆覆蓋，放于于23度，，100%相對(duì)濕度度條件下預(yù)預(yù)養(yǎng)護(hù)24h，脫模模測(cè)其初長(zhǎng)長(zhǎng)。然后38度，100%相相對(duì)濕度下下養(yǎng)護(hù)，測(cè)測(cè)定1,2,4,8,13,26,39,52周各齡期期的膨脹率率。若半年年超過(guò)0.03%或或三個(gè)月膨膨脹率超過(guò)過(guò)0.02%，1年年膨脹率超超過(guò)0.04%，則則骨料為活活性骨料。。該法既能用用于硅質(zhì)骨骨料，又可可鑒定碳酸酸鹽骨料。。另外，由由于它可以以使用粗骨骨料，因而而更接近混混凝土實(shí)際際。但膨脹脹結(jié)果受水水泥細(xì)度，，水灰比和和養(yǎng)護(hù)條件件（溫度，，濕度）及及配合比影影響。(3)砂漿漿棒法取試件尺寸寸為25mm*25mm*385mm。成型后后1d脫模模，測(cè)其初初始長(zhǎng)度，，然后在38度，100%相相對(duì)濕度下下養(yǎng)護(hù)，并并測(cè)定不同同齡期試件件長(zhǎng)度變化化。若3個(gè)個(gè)月膨脹率率小于0.05%，，6個(gè)月小小于0.1%，則為為非活性骨骨料。該方方法僅適用用于一些高高活性的快快膨脹的巖巖石和礦物物，對(duì)慢膨膨脹的骨料料則不能快快速的提出出鑒定成果果。（4）快速速砂漿棒法法由于砂漿棒棒法周期長(zhǎng)長(zhǎng)，時(shí)間上上不能滿足足大多數(shù)工工程需要，，而且存在在漏判例子子，尤其是是不能鑒定定出許多慢慢膨脹骨料料的活性，，所以提出出該法。試件原材料料及制備程程序和（3）法一樣樣，只是采采用了不同同的養(yǎng)護(hù)制制度。用試試件浸泡在在80度的的1mol/l的NaOH溶溶液中，測(cè)測(cè)其12d的膨脹值值作為評(píng)定定骨料潛在在活性的依依據(jù)。規(guī)定定依據(jù)：膨膨脹率小于于0.1%為非活性性，膨脹率率大于0.2%為活活性。該法法過(guò)于嚴(yán)格格，某些被被證明是無(wú)無(wú)害的骨料料可能被判判為有害。。1.6堿-骨料反應(yīng)應(yīng)的主要因因素（1）水泥泥的含堿量量堿骨料反應(yīng)應(yīng)引起的膨膨脹值與水水泥中的Na2O的含量緊緊密相關(guān)；；混凝土總總堿含量規(guī)規(guī)定不大于于3.0Kg/m3,另外規(guī)定水水泥中堿含含量小于0.6%。。（2)混凝凝土的水灰灰比在通常的水水灰比范圍圍內(nèi)，隨著著水灰比減減小，堿骨骨料反應(yīng)得得膨脹值有有增大的趨趨勢(shì)，在水水灰比為0.4時(shí)膨膨脹量最大大。（3）反應(yīng)應(yīng)骨料的特特性其中包括骨骨料的礦物物成分，粒粒度和集量量有關(guān)。隨著反應(yīng)性性骨料含量量的增加，，混凝土的的反應(yīng)膨脹脹量加大；；粒度過(guò)大大過(guò)小都能能使反應(yīng)膨膨脹量減小小，中間粒粒度（0.15~0.6mm）的骨料料引起的反反應(yīng)膨脹量量最大，因因?yàn)榇藭r(shí)反反應(yīng)性骨料料的總表面面積最大；；反應(yīng)性骨骨料孔隙率率對(duì)其反應(yīng)應(yīng)膨脹量也也有影響。。（4）混凝凝土的孔隙隙率混凝土的空空隙也能減減緩堿骨料料反應(yīng)時(shí)膠膠體吸水產(chǎn)產(chǎn)生的膨脹脹壓力，因因而隨孔隙隙率增加，，反應(yīng)膨脹脹量減小，，特別是細(xì)細(xì)孔減緩效效果最好。。因此，加加入引氣劑劑能減緩堿堿骨料反應(yīng)應(yīng)的膨脹。。（5）環(huán)境境溫濕度的的影響混凝土的堿堿骨料反應(yīng)應(yīng)離不開(kāi)水水，因此環(huán)環(huán)境濕度對(duì)對(duì)其有明顯顯影響。雖雖然說(shuō)在低低濕度條件件混凝土空空隙中的堿堿溶液濃度度增大會(huì)促促進(jìn)堿骨料料反應(yīng)，但但如果環(huán)境境相對(duì)濕度度低于85%，外界界不供給混混凝土水分分，就不會(huì)會(huì)發(fā)生混凝凝土中反應(yīng)應(yīng)膠體的吸吸水膨脹，，它的最不不利相對(duì)濕濕度為90%-95%。。每種反應(yīng)性性骨料都有有一個(gè)溫度度限值。在在該溫度以以下，隨溫溫度增高膨膨脹量增大大，當(dāng)超過(guò)過(guò)該溫度限限值時(shí)，反反應(yīng)膨脹量量明顯下降降，最不利利溫度在37.8-40度之之間。四、堿骨料料反應(yīng)的預(yù)預(yù)防措施1、控制制水泥堿含含量，優(yōu)先先選用堿含含量小于0.6％的的低堿水泥泥。一般情情況下，把把水泥堿含含量低于0.6％氧氧化鈉當(dāng)量量（即Na2O+0.658K2O））作為預(yù)防防堿骨料反反應(yīng)的安全全界限。當(dāng)當(dāng)然，低堿堿水泥本身身并不能控控制堿－集集料反應(yīng)。。2、確定定最小水泥泥用量。在在滿足工程程要求的強(qiáng)強(qiáng)度及耐久久性前提下下選擇合適適的水泥用用量。3、控制制混凝土中中總含堿量量?；炷镣林袎A的來(lái)來(lái)源不僅有有水泥，還還包括混合合材、外加加劑、水以以及骨料等等，因此控控制混凝土土中各種原原材料總堿堿量比單純純控制水泥泥含堿量更更為科學(xué)，，目前已為為許多國(guó)家家所接受。。如我國(guó)建建設(shè)的南水水北調(diào)中線線工程，對(duì)對(duì)具有堿活活性或疑似似堿活性的的集料，規(guī)規(guī)定干燥環(huán)環(huán)境下的ⅠⅠ、Ⅱ、ⅢⅢ類工程，，其混凝土土中總堿量量不得大于于3.0Kg/m3；潮濕濕環(huán)境下的的Ⅰ類工程程混凝土總總堿量不大大于3.0Kg/m3，ⅡⅡ、Ⅲ類不不大于2.5Kg/m3。4、避免使使用活性骨骨料。如果果混凝土的的含堿量低低于3.0Kg/m3，可可以不做骨骨料堿活性性檢驗(yàn)，否否則應(yīng)對(duì)骨骨料進(jìn)行堿堿活性檢