水工溷凝土的碱骨料反应问题

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1、碱骨料反应所导致的严重后果已逐渐被人们所认识。近年来，许多水利工程已经开始重视碱骨料反应问题，越来越多的工程在开工前对骨料进行碱活性检验，并采取积极措施预防碱骨料反应的发生。但是，水工混凝土有其自身的特点，在许多方面不同于普通混凝土。正是由于这种差异，碱骨料反应在水工混凝土中也将表现出不同的行为。在这一方面，至今还没有被人们所察觉。在大多数水利工程中，对碱骨料反应的判断，对一些预防措施的决策，一般都是依据普通混凝土的一些研究结果。用普通混凝土的研究结果来分析水工混凝土碱骨料反应问题，很可能导致一些错误的

2、认识，并作出一些错误的决策。对此，应该引起足够的重视。本文首先分析水工混凝土与普通混凝土的差异，并进一步分析这些方面对混凝土碱骨料反应行为的影响。旨在对水工混凝土的碱骨料反应问题有更清楚的认识。1、水工混凝土与普通混凝土的差异从混凝土的碱骨料反应行为考虑，水工混凝土与普通混凝土至少存在以下5个方面的差异：骨料粒径较大。水工混凝土最大骨料粒径一般为150mm，而且所占的比例较高，80～150mm骨料大约占骨料总量的30％以上。而普通混凝土最大骨料粒径一般不超过40mm，一些水泥制品的骨料粒径甚至不超过20

3、mm。混凝土强度等级较低。除了一些特殊部位外，水工混凝土的强度等级一般较低。特别是重力坝，混凝土强度等级更低。以三峡主体工程为例，大坝内部混凝土90d龄期的设计强度仅为15MPa，大坝外部混凝土90d龄期的设计强度仅为20MPa，水位变化区外部混凝土90d龄期的设计强度仅为25MPa。而普通混凝土28d龄期的设计强度一般为30～40MPa。60MPa以上的高强混凝土也已经较普遍地被采用。道路混凝土28d龄期的设计强度一般也在30MPa以上。胶凝材料用量较少。由于考虑到水化热，除了特殊部位外，水工混凝土的

4、胶凝材料用量通常较低，一般不超过200kg/m3。而普通混凝土胶凝材料用量都在300kg/m3以上，甚至超过400kg/m3。长期处于潮湿环境中。由于水工建筑物的特殊性，水工混凝土一般长期处于饱水状态。即便是在水上部份，由于水工建筑物体积特别大，内部的水份难以扩散蒸发，仅仅由于胶凝材料的水化而消耗掉一部分拌合水，这是非常有限的。而且由于毛细管作用，下部的水也会扩散上来。而对于普通混凝土，由于大部分建筑物都处于地面以上，它们的干湿状态受环境控制。在一些干燥地区，混凝土可能较长时间地处于干燥状态。即便在一

5、些多雨潮湿地区，混凝土也很难保持在饱水状态下。寿命要求较长。水工建筑物一般投资较大，建设期较长，因此，一般要求有较长的使用寿命。同时，由于水工建筑物的特殊重要性，通常对耐久性要求较高。三峡工程从1993年破土动工，到2009年结束，需花费17年的建设期。仅工程建设投资就高达500多亿元。而且三峡大坝一旦出现问题，将会殃及长江下游的七省一市，其后果是不堪设想的。在这些方面，其它混凝土工程是无法与水电工程相比的。因此，水电工程所要求的使用寿命一般较长。三峡工程的使用寿命要求长达数百年。而建工、道路等部门对混

6、凝土使用寿命的要求一般为100年。特别是道路混凝土，使用寿命仅要求40年。因为即便混凝土不发生碱骨料反应，路面经20～30年的磨损，局部冲击，基础不均匀沉陷等因素，也需重建。从上述分析可以看出，在这5个方面，水工混凝土与普通混凝土有相当大的差异，这也将导致碱骨料反应行为的较大差异。2、骨料粒径对碱骨料反应膨胀及开裂的影响在骨料粒径对碱骨料反应膨胀的影响方面，目前普遍认为[1，2]，对于硅质骨料，当骨料粒径为0.15～0.80mm时砂浆棒的膨胀值最大。当骨料粒径增大时，砂浆棒的膨胀值显著减小。还发现，当有

7、粗骨料存在时，砂浆棒的膨胀将受到粗骨料的限制。从这些研究来看，似乎可以认为水工混凝土比普通混凝土更当粗骨料粒径较小时，碱骨料反应所产主的膨胀应力能够较均匀地分布在试件中，因而不一定产生开裂。但当骨料粒径较大时，碱骨料反应所产生的膨胀应力则较强地集中在骨料周围，局部应力可能超过基体相的抗拉极限，因而产生开裂。水工混凝土的骨料粒径是较大的，一旦发生碱骨料反应，这种应力集中也将较强，因而开裂的可能性也较大。从上述分析可以看出，在水工混凝土中骨料粒径较大，而且数量较多。尽管这些大骨料与碱的反应较慢，而且在适当的

8、条件下可以约束砂浆的膨胀，但这并不意味着水工混凝土比其它混凝土更式中：εp为粒子相的自由膨胀；εm为基体相的自由膨胀；Ep为粒子相的弹性模量；Em为基体相的弹性模量；k为粒子相体积因子，k=V1/3p；Vp为粒子相体积分数；R1为基体相的抗拉强度。由此可以看出，水泥石的抗拉强度越低，所能承受的骨料膨胀值越低，这表明混凝土越容易开裂。水工混凝土强度远低于普通混凝土，意味着水工混凝土抵抗碱骨料反应膨胀的能力较弱，对此不可掉以轻心。混凝土棱柱体方