堿含量對混凝土影響.doc

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1、較高堿含量水泥所配制混凝土堿集料反應(yīng)的預(yù)防措施.concrete365.　中國混凝土與水泥制品網(wǎng)　　[2005-4-30]　　???摘要：本文論述了混凝土堿集料反應(yīng)破壞的原因、機理及影響因素方面的最新研究成果，提出了混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)所必須具備的三個必要條件。針對我國水泥生產(chǎn)中堿含量不易降低到有關(guān)規(guī)定的現(xiàn)狀，提出了為防止工程中所配制混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)破壞所應(yīng)采取的幾個有效措施。???關(guān)鍵詞：水泥?堿含量?混凝土?堿集料反應(yīng)?預(yù)防措施????一、前言????混凝土耐久性的不足和早期劣化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著結(jié)構(gòu)物的安全性和使用壽命。混凝土早期劣化的原因很多，如荷載超過設(shè)計許用承重、

2、化學(xué)侵蝕、凍融循環(huán)、部配筋銹蝕和堿集料反應(yīng)等。堿集料反應(yīng)發(fā)生在混凝土部，導(dǎo)致混凝土體積異常膨脹，產(chǎn)生裂縫，更加加劇了其它因素所引起的混凝土劣化過程。國外許多著名學(xué)者都認(rèn)為[1-4]，盡快弄清混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)破壞的機理，尋求預(yù)防和徹底解決堿集料反應(yīng)破壞的有效方法是當(dāng)務(wù)之急！???對于堿集料反應(yīng)的預(yù)防來說，嚴(yán)格控制所使用水泥的堿含量（即Na+和K+含量）是非常重要的，這一點也已在我國有關(guān)規(guī)[5，6]中規(guī)定。但是，目前我國水泥堿含量較高的現(xiàn)象普遍存在，且混凝土部的堿不僅僅只來自于水泥，還有可能來自于含堿外加劑、含鹽集料以及滲透進(jìn)入混凝土部的外界鹽類介質(zhì)等；混凝土中的膠凝材料除了水

3、泥之外可能還有摻合料，而摻合料的摻加又有助于降低發(fā)生堿集料反應(yīng)的可能性[7]。筆者認(rèn)為，就當(dāng)前混凝土材料的發(fā)展和應(yīng)用水平來說，不具體考慮混凝土的原材料和性質(zhì)，單純通過限定水泥堿含量的措施來預(yù)防工程中的堿集料反應(yīng)尚有不妥之處，應(yīng)當(dāng)同時提出多種預(yù)防措施供實際工程參考。???本文將討論混凝土堿集料反應(yīng)的危害、發(fā)生機理及控制措施，并重點針對用堿含量相對較高的水泥所配制的混凝土提出預(yù)防堿集料反應(yīng)的有效措施。????二、混凝土堿集料反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)與研究進(jìn)展????20世紀(jì)30年代，美國西部地區(qū)的堤壩、公路、橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生異常膨脹，產(chǎn)生裂縫，當(dāng)時，尚未尋找出具體的原因。1940年，T.E.

4、Stanton[8]首次將這種混凝土異常膨脹并產(chǎn)生開裂的原因歸結(jié)為是由于堿含量較高的水泥與某種頁巖或蛋白石集料之間發(fā)生反應(yīng)所引起的，他把加利福尼亞州的KingCity大橋的橋墩損傷的結(jié)構(gòu)物所使用的集料制成砂漿試件，測定變形率后，發(fā)現(xiàn)膨脹率很大，他認(rèn)為是由于堿含量高的水泥析出的KOH、NaOH與含有活性SO2的集料發(fā)生了反應(yīng)。???其后，世界上許多國家相繼認(rèn)識到了堿集料反應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的危害，并對混凝土堿集料反應(yīng)的危害以及原理進(jìn)行了深入研究，制定了堿集料反應(yīng)可能性的檢驗方法，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。我國對混凝土堿集料反應(yīng)理論的研究水平也在唐明述院士等[2，4]的領(lǐng)導(dǎo)下

5、跨入世界前列。???必須指出的是，由于水泥與集料之間的作用相當(dāng)復(fù)雜，各地集料的品種、礦物組成千差萬別，實際工程中各種劣化因素所引起的混凝土耐久性下降現(xiàn)象互相交織，這些都對混凝土堿集料反應(yīng)機理的研究以及混凝土結(jié)構(gòu)劣化原因的界定產(chǎn)生了一定影響。然而，為防患于未然，必須從混凝土原材料的選擇和配合比的設(shè)計方面提出切實可行的措施，才能有效預(yù)防堿集料反應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞作用。????三、混凝土發(fā)生堿集料反應(yīng)破壞的原因????混凝土的堿集料反應(yīng)是混凝土材料水泥中的堿(KOH、NaOH)與集料中的活性成分之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)物呈膠體狀態(tài)，不僅減弱了集料與水泥石之間的界面粘結(jié)強度，而且遇水

6、后發(fā)生膨脹，使混凝土部產(chǎn)生較大的應(yīng)力而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)體開裂。????3.1?堿集料反應(yīng)的類型?????一般認(rèn)為，堿集料反應(yīng)有三種類型，即：1）堿-硅反應(yīng)；2）堿-碳酸鹽反應(yīng)；3）堿-硅酸鹽反應(yīng)。下面分別進(jìn)行簡要介紹。???3.1.1?堿-硅反應(yīng)???堿-硅反應(yīng)是集料中的反應(yīng)性微晶氧化硅與混凝土孔溶液中的堿之間發(fā)生的反應(yīng)。此反應(yīng)在常溫下即可進(jìn)行，產(chǎn)物為堿-硅凝膠體，它吸水膨脹，引起膨脹壓而使混凝土結(jié)構(gòu)體開裂(無序的網(wǎng)狀裂紋)；與堿發(fā)生反應(yīng)的集料表面有凝膠環(huán)存在；混凝土部也會產(chǎn)生大量裂縫；混凝土部孔縫中存在硅酸鹽凝膠，凝膠失水后硬化或粉化。??????研究表明，堿-硅反應(yīng)的速度隨S

7、iO2的穩(wěn)定程度、比表面積、溫度以及液相中OH-濃度而不同，堿的濃度對堿集料反應(yīng)與否起很大作用。???3.1.2??堿-碳酸鹽反應(yīng)???堿-碳酸鹽反應(yīng)發(fā)生在水泥石液相中的堿與石灰石集料之間。與堿-硅反應(yīng)不同的是，盡管堿-碳酸鹽反應(yīng)表現(xiàn)為混凝土體外產(chǎn)生開裂，但集料表面不產(chǎn)生凝膠體。???3.1.3??堿-硅酸反應(yīng)???這是一種特殊的堿集料反應(yīng)，集料表面也不存在反應(yīng)環(huán)，但是會引起混凝土體外開裂。????3.2??堿集料反應(yīng)所引起的混凝土破壞型式???前已述及，混凝土部發(fā)生堿集料反應(yīng)后的宏觀現(xiàn)象為