什么是混凝土的碱-骨料反应

碱-骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR）条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。

类型

碱-骨料反应的类型主要为以下三种

1、碱-硅反应（Alkali-Silica Reaction，简称ASR），是指混凝土中的碱与不定型二氧化硅的反应；

2、碱-硅酸盐反应（Alkali-Silicate Reaction，简称ASR），是指混凝土中的碱与某些硅酸盐矿物的反应。

3、碱-碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR），是指混凝土中的碱与某些碳酸盐矿物的反应。

碱-骨料反应时固相与液相之间的反应，起发生具备三个要素：Ⅰ碱活性骨料；Ⅱ有碱存在（K、Na等离子）；Ⅲ水。

有人试图用阻挡水分来源的方法控制碱骨料反应的发展，例如笔者见过的日本从大孤到神户的高速公路松原段陆地立交桥，桥墩和梁发生大面积碱骨料反应开裂，日本曾采取将所有裂缝注入环氧树脂，注射后又将整个梁、桥墩表面全用环氧树脂涂层封闭，企图通过阻止水分和湿空气进入的方法控制碱骨料反应的进展，结果仅仅经过一年，又多处开裂。因此世界各国都是在配制混凝土时采取措施，使混凝土工程不具备碱骨料反应的条件。

机理

碱—硅酸反应(ASR）

反应机理：Na+(K+)+SiO2+OH-→Na(K)-Si-Hgel

膨胀机理：吸水后的碱硅酸凝胶体体积远远大于反应前固体体积，最大时体积可增大3倍以上，大量凝胶体在混凝土骨料界面区的积聚、膨胀，导致混凝土沿着界面产生不均匀膨胀、开裂。

碱—碳酸盐反应(ACR）

反应机理：碱与白云石发生反应,去白云化。

(1)CaMg(CO3)2+2ROH=Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3

(2)R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3

膨胀机理：Gillott：黏土吸水膨胀，从而造成破坏作用。一方面，R+、OH-和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀，另一方面，固相反应产物的框架体积的增大以及水镁石和方解石晶体生长形成的结晶压，产生膨胀应力。

发生条件

(1) 混凝土中碱含量：过量的Na2O(Na2O+066K2O)

来自水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围环境。

低碱水泥：钠、钾含量小于06%的水泥称为低碱水泥。

发生碱骨料反应的碱含量范围：高活性的硅质骨料(如蛋白石)，大于21kg/m3；中等活性的硅质骨料，大于30kg/m3;碱—碳酸盐反应活性骨料，大于10kg/m3。

(2) 碱活性骨料

含活性二氧化硅的岩石分布很广，碱—碳酸盐反应活性的只有黏土质白云石质石灰石。充分掌握骨科碱活性的情况，建立碱活性骨料分布图。

(3) 潮湿环境

只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境中，AAR破坏才会发生；有效隔绝水的来源是防治AAR破坏的一个有效措施。

影响因素

1）混凝土碱含量

碱含量越高，碱骨料反应膨胀开裂越严重；硅质集料的活性越高，其“安全总碱含量”越低。

2）活性骨料含量与尺寸：每种活性骨料都存在一个最不利掺量范围，这与混凝土中活性SiO2/碱含量有关

3）矿物掺合料：可有效抑制碱骨料反应对混凝土的破坏。

4）环境温度与湿度：高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用。

5）其它因素：

掺入引气剂，可在一定程度上减小碱骨料反应膨胀；

骨料颗粒级配的影响：对于不同的活性二氧化硅含量，存在一个不同的最不利颗粒尺寸，此时的膨胀压力最大。

受力状态：受外约束力作用越大，膨胀开裂越小。

粗骨料适宜在大体积混凝土使用，例如基础、承台等。细骨料适宜用于钢筋密度较高的结构构件，如：梁、墙等。骨料与混凝土标号有一定的关系，C30以下低标号混凝土粗骨料强度比较高。高标号混凝土多采用中、细骨料，特别是C60以上使用离心成型技术的混凝土，使用细骨料有利于提高混凝土的密实度，减小孔隙率。

铁路混凝土用粗骨料的基本要求

1、粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石或卵石，不宜采用砂岩碎石。

2、粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4配制强度等级C50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大公称粒径（圆孔筛）不应大于25mm

3、粗骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m3，紧密空隙率宜小于40%，吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融环境条件下的混凝土应小于1%）。

4、当粗骨料为碎石时，碎石的强度用岩石抗压强度表示，且岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于15施工过程中碎石的强度可用压碎指标值进行控制，且应符合的规定。若粗骨料为卵石，卵石的强度用压碎指标值表示，且应符合规定。

5、粗骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法法进行检验，试样经5次循环后，其重量损失率应符合规定。

7、粗骨料应采用岩相法检验其矿物组成。若粗骨料含有碱—硅酸反应活性矿物，其砂浆棒膨胀率应小于010%，否则应按本标准的要求采取技术措施。不得使用具有碱—碳酸盐反应活性的骨料。

现浇箱梁、端横梁、中横梁、封锚混凝土均采用C50；桥面铺装采用沥青混凝土。

1）水泥：水泥应采用品质稳定的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，碱含量不宜大于060%，熟料中C3A含量不应大于80%。其余技术要求尚应符合GB 175-2007的规定，不应使用其它品种水泥。

2）细骨料：细骨料应采用硬质洁净的天然中粗河砂，也可使用经专门机组生产、并经试验确认的机制砂，其细度模数宜为26～32，含泥量不应大于20%，泥块含量不应大于05%，其余技术要求应符合JTG E42-2005的规定。

3）粗骨料：粗骨料应采用坚硬耐久的碎石，空隙率宜小于40%，压碎指标宜小于20%，粗骨料母岩的抗压强度与混凝土设计强度之比应不小于15，含泥量不应大于10%，泥块含量不应大于05%，针片状含量宜小于10%；粒径宜为5mm～20mm，连续级配，最大粒径不应超过25mm，且不应大于钢筋最小净距的3/4。其余技术要求应符合JTG E42-2005的规定。

4）选用的骨料应在施工前进行碱活性试验，应优先采用非活性骨料。不应使用碱-碳酸盐反应活性骨料和膨胀率大于020%的碱-硅酸反应活性骨料。当所采用骨料的碱-硅酸反应膨胀率在010%～020%时，混凝土中的总碱含量不宜大于30kg/m3(特大桥、大桥和重要桥梁不宜大于18kg/m3)，且应经碱-骨料反应抑制措施有效性试验验证合格。

5）混凝土拌和及养护用水应符合JGJ 63-2006的规定要求。混凝土拌和物(含封锚混凝土)中各种原材料引入的氯离子总量不得超过胶凝材料总量的006%。

6）混凝土矿物掺和料应采用性能稳定的粉煤灰，粉煤灰氯离子含量不宜大于002%，其余性能应符合GB/T 1596-2005中I级粉煤灰的规定。

7）外加剂应采用品质稳定、且与胶凝材料具有良好相容性的产品。减水剂宜采用高效聚羧酸高性能减水剂，性能指标应符合《混凝土外加剂》(GB 8076-2008)的规定，减水剂掺量以及与水泥的适用性应由试验确定。引气剂和膨胀剂应分别符合《混凝土外加剂》(GB 8076-2008)和《混凝土膨胀剂》(GB23439-2009)的要求。

这是因为四种物料中，砂石的密度较大，如果混凝土粘聚性不好，就是各物料间摩擦力小，水泥砂浆包裏不住骨料，那么拌合物就容易离析分层，重的骨料往下沉，轻的水往上造成严重泌水。

即使粘聚性好，混凝土构件也或多或少有轻物质在上重的在下的分层堆聚结构。这是宏观特点。

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