混凝土碱骨料反应的简介、成因、危害以及预防措施等相关研究.docx

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1、混凝土碱骨料反响的简介、成因、危害以及预防措施等相关研究2011年4月23日目录目录1一混凝土碱骨料反响简介11、专业术语解释I2、混凝土横骨料反响简介及其破坏转征23、混凝土的碱骨料反响条件及一般抑制措施3二混凝土碱骨料反响的成因31、混凝土横舟料反响的类型及其反响机理32、影响混凝土碱骨科反响的因素5三混凝土碱骨料反响的危害7四混凝土成骨料反映的预防控制措施81、控制水泥含碱量92、限制混凝土礴含量93、采用非活性骨料94、排入矿物排合料95、防止潮湿106、格用引气剂107、挣用低减外加剂108、排用低灰I粉煤灰109、其它措施10一混凝土碱骨料反响简介1、专业术语解释1.1 碱：氧化钠

2、和氧化钾。1.2 碱活性骨料碱活性骨料一般分为两种类型。一种为含有非晶体或结晶不完整的二氧化硅的骨料，称为碱一硅酸反响活性骨料。另一种为含有具有特定结构构造的微晶白云石骨料，称为碱一碳酸盐反响活性骨料。1.3 碱骨料反响混凝土碱骨料反响（AAR）是指混凝土中的碱与骨料中能与碱反响的活性成分在混凝土硬化后吸水逐渐发生膨胀性化学反响，导致混凝土工程产生开裂破坏的现象。依碱活性骨料类型不同分碱一硅酸反响（ASR）和碱一碳酸盐反响（ACR）两类。1.4 水泥的碱含量水泥的碱含量是指水泥中所含氧化钠和氧化钾的质量百分率，以当量氧化钠表示。当量氧化钠含量为氧化钠含量与0.658倍的氧化钾含量之和。1.5

3、掺合料的有效碱含量掺合料的有效碱含量是指掺入混凝土中的掺合料中能与碱活性骨料反响的碱含量，以当量氧化钠表示。1.6 混凝土的总碱量混凝土的总碱量是指混凝土中水泥、掺合料、外加剂等原材料含碱质量的总和，以当量氧化钠表示，单位为kgr1130混凝土中碱的来源可分为混凝土内部碱来源和环境碱来源两局部。内部碱主要指来自水泥、掺合料和外加剂中的碱；外部碱主要指来自含碱环境中的碱。2、混凝土碱骨料反响简介及其破坏特征碱骨料反响（AAR）是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱（NazO或K2O）与骨料中的活性成分反响,在混凝土浇筑成型后假设干年（数年至二三十年）逐渐反响,反响生成物吸水膨胀使混凝土

4、产生内部应力,膨胀开裂。混凝土的碱骨料反响可分为:碱硅酸盐反响（ASR）和碱碳酸盐反响（ACR）。活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布,发生碱骨料反响时,混凝土内各局部均产生膨胀应力,将混凝土自身胀裂,其现场最主要的特征是外表开裂,裂纹呈网状（龟背纹）。碱-硅酸反响生成的碱-硅酸凝胶有时会顺裂缝渗到混凝土外表,新鲜的凝胶呈透明或浅黄色,外观类似于树脂状。脱水后凝胶变成白色,凝胶在流经的过程中,吸收了钙铝硫等化合物后变成茶褐色到黑色。ASR的膨胀是碱硅酸凝胶吸水引起的,因此ASR凝胶的存在是混凝土发生碱硅酸盐反响的直接证明,通过检查混凝土的芯样,可找到凝胶。ACR膨胀是存在骨料浆体界面和骨料内部的碱

5、-硅凝胶吸水膨胀引起的,ACR开裂是反响生成的方解石和水镁石,在骨料内部受空间结晶生长形成的结晶压力引起的,也就是说,骨料是膨胀源。这种破坏在混凝土芯样表现为:在混凝土中形成与骨料相连的网状裂纹,骨料有时会开裂,其裂纹会延伸到周围的浆体中去,裂纹能延伸到另一颗骨料,有时也会从另一未发生反响的骨料边缘通过。3、混凝土的碱骨料反响条件及一般抑制措施混凝土工程发生碱骨料反响破坏必须具备3个条件:一是配制混凝土时由水泥、掺合料、骨料、外加剂和水带进一定数量的碱,或者混凝土处于碱掺入的环境中;二是一定数量的碱活性骨料存在;三是潮湿环境,可以提供反响物吸水膨胀时所需的水分。使用非活性骨料无疑是防止碱骨料反

6、响最平安可靠的措施,但由于活性骨料分置广泛,受工程建筑的经济性影响,骨料的选择余地往往受到限制。对潜在危害反响疑似活性骨料的工程一般采取如下抑制措施：控制混凝土中的碱含量、选用低碱水泥、掺用低碱粉煤灰或掺用酸性矿硝、掺用低碱外加剂或矿物盐等。对有条件的工程还可借鉴其它工程的经验采取掺用酸性矿喳、掺用低碱外加剂或矿物盐。二混凝土碱骨料反响的成因1、混凝土碱骨料反响的类型及其反响机理混凝土碱骨料反响是指水泥中的碱（如Na20、K2。）与骨料中的活性矿物在混凝土硬化后逐渐发生的一种化学反响。碱骨料反响的必要条件是:水泥及其他原材料（外加剂、掺合料等）的含碱量较高;骨料中含有一定量活性氧化硅成分。水泥

7、中95%以上的主要成分是CaO,SiO2,A1.2O3,Fe2O3,另外少量的其他氧化物MgO,SO3,K2O,Na2O等,这些氧化物主要是生产过程中反响不够充分而残留在水泥中的,其成分与含量跟水泥生产的原材料和工艺水平有关。NazO水化后生成NaoH,KzO水化后生成KOHo碱骨料反响通常可分为碱硅酸反响、碱碳酸盐反响、碱硅酸盐反响3种类型。1.1 碱硅酸反响（简称ASR）碱硅酸反响是指混凝土中碱与骨料中微晶或无定形硅酸发生反响,生成碱硅酸类。碱-硅酸反响是指常温下水泥中的碱（如Na2O匕0）与骨料中的活性氧化硅之间发生的一种复相反响。首先是骨料在孔溶液外表作用下形成硅醇基,接着羟基使硅醇基

8、断开,生成的SizO-因带有负电荷而从周围的溶液中吸附碱性离子（如K+、Na+或Caz+）来平衡静电。随着OH.使更多的桥氧断开,活性氧化硅逐渐被溶解,在其周围出现因碱性离子不同而结构各异的碱-硅凝胶。反响式为：碱硅凝胶首先发生在骨料与硬化水泥浆体的界面上,包裹着骨料。当处于分散状态的碱-硅凝胶集聚到一定程度后,因渗透作用,碱硅凝胶吸收大量水分体积膨胀,在混凝土内部产生较大的膨胀压力。与此同时,碱硅凝胶吸水后会促进碱骨料反响的进行,致使混凝土内部膨胀压力进一步增大,造成混凝土外表或整体开裂,降低混凝土的强度和耐久性,严重者可使混凝土结构产生崩溃。因活性氧化硅存在于火成岩、沉积岩和变质岩等多种岩

9、石中,因此，世界各国发生的碱骨料反响绝大多数均为碱-硅酸反响。碱硅酸类呈白色凝胶固体,且具有强烈吸水膨胀的特征,体积反响前大于反响后,最大时体积可增长3倍以上,这种反响一般发生在骨料与水泥石界面处,混凝土产生不均匀膨胀引起开裂,且界面状况的改变,也影响了混凝土的结构强度。碱硅酸反响是碱骨料反响的主要形式,能与碱发生反响的含有活性氧化硅矿物的岩石品种有多种,在火成岩、沉积岩和变质岩中都有存在。自然界中含有活性氧化硅的矿物可概括为2类:是含有非晶体二氧化硅,主要指蛋白石和玻璃质二氧化硅。蛋白石是一种含水的无定形二氧化硅,是硅胶溶液在地质运动中受压、失水形成的;玻璃质二氧化硅主要是火山喷发形成的,高

10、温喷发物来不及结晶完整被冷却下来,形成玻璃质形态。地质学上认为这种非晶质体矿物属于硬化了的液体,质点分布颇似液体,因而具有较高的反响活性,作为混凝土骨料危害性较大;是具有结晶不完整的二氧化硅矿物。如隐晶质至微晶质的玉髓、鳞石英、方石英等,酸性或中性玻璃体的隐晶质火山喷出岩,如流纹岩、粗面岩、安山岩及其凝灰岩等,另外,自然界中结晶完整的石英,在地质运动中受压,造成晶格扭曲、错位等,使结晶体外界面增多,也会产生不同程度的碱活性。1.2 碱碳酸盐反响（简称ACR）碱-碳酸盐反响是指水泥石液相中的碱与石灰石骨料之间发生的化学反响,特别是黏土质石灰岩和石灰质白云石。由于此类岩石含黏土较多,液相中的碱性离

11、子能够通过包裹在细小的白云石微晶外的黏土渗入白云石颗粒外表,使其产生脱白云石反响,将其中的白云石（Mgeo3）转化为水镁石Mg（OH）J。反响产物不能通过黏土向外扩散,而是脱白云石反响翻开通道,使黏土暴露,在水镁石晶体排列的压力与粘土吸水产生膨胀压力的共同作用下,导致骨料开裂。反响式为:碱碳酸盐反响是指混凝土中的碱与具有特定结构的粘土质细粒白云质石灰岩或粘土质细粒白云岩骨料发生以下反响,进行所谓的去（脱）白云化作用。去白云化反响将持续进行,直到白云石被完全作用或碱的总量被持续发生的反响所消耗,使碱浓度降到足够低为止。碱碳酸盐反响的机理与碱硅酸反响不同,其特点是反响较快，一般在混凝土浇注后6个月

12、就有膨胀或开裂现象,反响物中很少见凝胶产物,多呈龟裂或开裂。反响的岩石周边1反响环界限不很清晰。13碱硅酸盐反响碱硅酸盐反响是指混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反响,使层状硅酸盐层间间距增大,骨料发生膨胀,致使混凝土膨胀开裂。能发生这类反响的岩石有:页状硅酸盐岩石、石英质岩石、混合性硅酸盐岩等。碱硅酸盐反响的特点是:在混凝土中膨胀的速度非常缓慢,一般经过3050a才会出现膨胀开裂现象,骨料颗粒周围少见反响环,凝胶产物也不多见。由于岩石发生碱性反响的过程缓慢,用传统的检测手段,尚不能检测出其碱活性，因此,这一方面的问题,还有待进一步的研究。2、影响混凝土碱骨料反响的因素由混凝土碱骨料

13、反响作用机理可知:混凝土碱骨料反响,其实质是发生在活性骨料与混凝土孔隙高碱性溶液之间的一种内部膨胀性反响,包括硅醵基的形成、分散状态碱硅凝胶形成与集聚、反响生成物吸水体积膨胀、混凝土开裂等过程。在这个反响过程中,其内在因素是体积膨胀性物质的生成。体积膨胀性物质的生成不仅取决于混凝土中含碱量、骨料活性的大小,还与混凝土的水灰比、外部环境条件、矿物掺合料的掺量等因素有关。2.1 混凝土中含碱量研究说明:在混凝土孔隙溶液中,只有处于游离态的钾钠离子才能与骨料中的活性成分发生碱骨料反响。在水化产物C2S2H凝胶的层状结构中存在Si2OH基团,游离态的K+、Na+可通过中和Si2OH基团而被结合在C2S

14、2H相的层间,生成碱-硅凝胶。当使用活性骨料时,碱骨料反响程度、反响速度随碱含量的增大而增大。混凝土中含碱量较低时,虽可以发生碱骨料反响,但生成的碱-硅凝胶数量少,呈分散状态,膨胀率极低,缺乏以引起混凝土结构开裂;混凝土中含碱量增大时,碱2硅凝胶数量增多并呈聚集状态,产生较大膨胀压力,导致混凝土结构开裂。混凝土含碱量与碱骨料反响膨胀率之间的变化关系如图1（混凝土含碱量为7Kgm-为6Kgm3,为5Kgm3,为4Kgm3,为3.5Kgm3,为3Kgm3）0图1混凝土含碱量与碱骨料反响膨胀率之间关系2.2 骨料的活性骨料的活性是指骨料的活性成分与水泥中的碱发生化学反响,导致混凝土膨胀开裂的性质。骨

15、料中的活性成分主要是含有活性氧化硅的矿物,如蛋白石、玉髓、磷石英、微晶石英等。活性氧化硅的特点是所有的硅氧四面体呈任意网状结构,内外表积很大,碱离子较易将其中起联结作用的硅氧键破坏使其解体,胶溶成硅胶或生成碱-硅凝胶。骨料的活性与骨料中活性氧化硅的含量、粒径大小等因素有关。在一定含碱量下,随着骨料中活性氧化硅含量的变化,混凝土碱骨料反响膨胀具有增大和减少两个过程。这是由于碱量一定的条件下,在低氧化硅含量范围内,氧化硅数量愈大,膨胀量也愈大;但在氧化硅含量较高时,活性颗粒越多,单位面积上所能作用的有效碱相应减少,降低了骨料外表的作用量和反响量,因而生成的碱硅凝胶量也相应减少,膨胀率变小。与此同时

16、,由于氢氧化钙的迁移率极低,在增加了活性骨料总外表积的情况下,提高了骨料界面处氢氧化钙与碱的局部浓度比,形成一种非膨胀的碱性硅酸钙产物。活性氧化硅的含量与碱骨料反响膨胀率之间的变化关系如图2(蛋白石,WC=0.53,Na2=4.4Kgm3)。骨料的粒径大小对混凝土碱骨料反响也有较大影响。研究说明:粒径过大(7mm)或过小(0.15mm)都可使碱骨料反响膨胀量减小,而中间粒径(0.15mm0.3mm)引起的膨胀量最大,开裂也最严重。这是因为骨料粒径较小时,碱骨料反响所产主的膨胀应力能够较均匀地分布在混凝土中,不一定产生开裂。当骨料粒径增大时,碱骨料反响所产生的膨胀应力主要集中在骨料周围,局部应力超过基体相的抗拉极限,导致混凝土开裂。图2活性氧化硅含量与碱骨料反响膨胀率之间