碱—集料反应及其控制方法

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1、一座桥何以只有二十年寿命？拆除前的西直门桥1979~1999建成于1984年9月25日，水泥用量约300~400kg/m3，该桥1984年建成后在80年代末已发现开裂，其后继续发展。盖梁及桥台开裂特别严重，裂缝宽度最大已达1.4cm.北京三元立交桥原因：（1）使用的是北京地区具有碱活性的砾石，粒径为0.5~2cm；（2）在冬季施工时曾掺入5%NaNO2和3%Na2SO4(以水泥质量计)作为防冻剂及早强剂，致使部分混凝土的碱含量高达15kg/m3。1982～1984年由北京的构件厂共生产跨度为24~

2、32m的预应力混凝土铁路桥梁188孔用于山东兖石(兖州至石臼所)线上，水泥用量约500kg/m3，水灰比为0.3，强度非常高。顺筋开裂端部开裂山东兖石线预应力混凝土铁路桥1991年共调查183孔，其中无裂缝者仅6孔，裂缝宽度大于0.2mm，一般在0.2～0.4mm之间，最大者达0.7mm。原因：（1）采用高碱(1.1%~1.3%)纯硅酸盐水泥，水泥用量约500kg/m3，混凝土的碱含量约6.5kg/m3；（2）集料活性。混凝土的耐久性抗碱集料反应性能抗硫酸盐侵蚀性能抗冻融循环破坏性能抗钢筋锈蚀性能

3、抗(水、气)渗透性能抗碱集料反应性能1990年以前我国未发现AAR的工程破坏实例，因此人们认为这是国外的问题，我国并不存在，但事实并非如此，原因有二：（1）我国生产大量高碱水泥,特别是60年代后生产了大量高碱纯硅酸盐水泥。碱含量最高可达1.3%，特别是在黄河以北，由于粘土(有时是石灰石)含碱量高，致使北方地区水泥含碱量多在0.8%～1.0%以上。（2）在70至80年代为了加速施工和便于冬季施工，常采用NaNO2和Na2SO4为防冻剂和早强剂，前者掺量可达5%，后者可达3%(以水泥质量计)。因此当采

4、用高碱水泥时，混凝土中碱含量可达15～20kg/m3，这远远高于3kg/m3安全碱含量的限值。客观上为AAR反应创造了条件。碱集料反应的概念碱集料反应是指混凝土中的碱与集料中的某些活性组分发生反应并产生异常膨胀的现象，简称为AAR。碱集料反应分为碱硅酸反应（ASR）和碱碳酸盐反应（ACR）两类。集料碱活性集料分为活性和非活性两类。当集料中含有硅质组分或白云石时，混凝土中的碱都将与其发生化学反应，如果化学反应进行得非常缓慢，混凝土不会因此产生异常膨胀，如反应快速进行，混凝土在短期内就有膨胀破坏的可能

5、。硅质集料硅质集料是指含有一定量SiO2矿物的岩浆岩、沉积岩和变质岩，SiO2可以多种形式存在，蛋白石、玉髓、微晶质石英、隐晶质石英、次生石英、应变石英、中酸性火山玻璃体、中酸性人工玻璃体、鳞石英和方石英；对于ASR：集料的碱活性分为高活性、一般活性和低活性。蛋白石集料属于高活性集料。集料中硅质组分与碱发生ASR。ASR破坏机理碱与活性SiO2反应，生成碱硅凝胶，凝胶吸水肿胀导致混凝土膨胀或开裂。AlkaliSilicaReaction（ASR）碳酸盐集料是以方解石、白云石或碳酸镁等碳酸盐组分为主

6、的岩石，主要为沉积岩。集料中这些组分与碱发生ACR。岩石中有时也含有一些二氧化硅矿物，如微晶质石英、隐晶质石英等，此时岩石可称为硅质碳酸盐集料。则ACR与ASR会同时发生。对于ACR：集料的活性可分为一般活性和低活性。碳酸盐集料ACR破坏机理碱与集料中的微晶白云石反应生成水镁石和方解石，在白云石表面和周围水泥石之间的受限空间内结晶生长，使集料膨胀，进而使混凝土膨胀开裂。AlkaliCarbonateReaction（ASR）1、AAR定义及分类；2、集料碱活性的检验方法；3、AAR反应条件与判别；

7、4、碱集料反应预防措施。√集料活性的检测方法岩相法、化学法、砂浆棒法和混凝土柱法，其中砂浆棒法和混凝土柱法根据所需时间的长短又分为快速试验方法和常规实验方法。岩相法（结合XRD分析）是建议采用的首选方法。对于ASR，通常采用砂浆棒法（快速法）进行检测；对于ACR，通常采用快速混凝土小棒法。砂浆棒法将集料破碎至一定的尺寸与高碱水泥拌和制成砂浆试件，在37.8℃和100%相对湿度条件下，测定砂浆棒的经时膨胀。认为3个月内膨胀率大于等于0.05%的具有潜在的有害活性，6个月内膨胀率大于等于0.1%的是有

8、害集料。（1）混凝土的原材料水泥、掺合料、外加剂或水中含碱量高（如果集料为一般活性，碱含量大于3kg/m3；当集料具有高的ASR反应活性时，碱含量大于2.1kg/m3；当集料具有一般的ACR反应活性时，碱含量大于1.0kg/m3）；（2）集料中有相当数量的活性成分（ASR或/和ACR）；（3）潮湿环境，有充分的水分或湿空气的供应（内部湿度低于80%时，AAR会停止；内部湿度低于75%时，AAR无法进行）。碱集料反应的条件混凝土中AAR的过程缓慢，决定了问题的复杂性，它的特征出现一般