浅析碱―骨料反应及其抑制途径

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摘要：本文介绍了碱―骨料的反应概念，抑制碱―骨料反应的主要途径，并对影响的效果进行了分析。

关键词：碱―骨料；碱碳酸盐；ASR膨胀

自从碱―骨料的反应在上个世纪被美国的科技人员发现存在，这种反应就一直受到工程人员的关注，因为这种反应的存在严重地影响了混凝土的性能，而众所周知，混凝土是工程重要的建筑材料[1，2]。而现在我国正处于经济的高速发展期，大量的工程在建或者新建。如果不解决的碱―骨料反应带来的影响，就会影响工程的质量甚至可能造成重大的事故，造成难以挽回有经济损失和人员伤亡[3]。本文从分析碱―骨料反应概念、反应机理和抵制途径出发，来分析讨论这一问题。

1. 碱―骨料反应介绍

1.1 基本概念

碱―骨料反应（Alkali-Aggregate Reaction简称AAR）指是在混凝土配比过程当中，水泥、骨料、添加剂与搅拌水中的的碱性物质与骨料中碱活性矿物成分发生化学反应，生成膨胀物质（或吸水膨胀物质），从而使混凝土在浇筑成型若干年后，内部逐渐产生自膨胀应力，造成混凝土从内向外延伸开裂的损毁现象[4]。

1.2 反应条件

通过上述对碱―骨料反应的基本概念及，我们可以清楚的了解到，要想发生碱―反应，就必须具备以下几个反应条件，即：混凝土中碱含量必须达到一定数值，也就是含有足够含量的N a 2 O 和K 2 O；同时碱活性集料也要达到最上限；水分是反应发生的基本条件，因为水分可以吸收反应产物，从而最终导致混凝土发生体积膨，最终产生使其损伤和破裂。

1.3 反应的表面特征

碱―骨料反应的表面特征为建筑表面有许多裂纹，有类似地图或者龟背的长条状细纹装，裂缝网近似六边形，呈120度的结点分布。裂缝一直会沿着钢筋的走向分布，颜色通常为奶白色或者褐黄色，如果发生的时间比较长的就会变为深茶色进而变成漆黑色，当空气干燥时的形态是没有固定形状的粉状物。碱―骨料反应裂缝与收缩裂缝在时间和湿度上有着明显的区别。前者发生在建成后数年内出现，有会在建成二十年后出现，裂缝与环境湿度有关，湿度数值越高，那么裂缝的宽度和长度数值越高；后者出现在施工后几天这内就可能发生，而且随着环境干燥更为明显，裂缝更大。

2. 碱―骨料反应的类型

碱―骨料反应的类型有以下几种典型，具体如下所示。

2.1 碱硅酸反应

碱硅酸反应（Alkali-Silica Reaction 简称ASR）指的是混凝土中的碱与骨料中的活性氧化硅发生反应，产生碱硅酸凝胶或称碱硅胶。因碱硅胶体积大于反应前的体积，且具有强烈的吸水性，其吸水膨胀后将使混凝土内部产生膨胀应力，而碱硅胶吸水后将进一步促进碱骨料反应，使混凝土内部膨胀应力增大，导致混凝土开裂，碱骨料反应绝大多数为碱硅酸反应。

2.2碱碳酸盐反应：

碱碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction 简称ACR），它与碱硅酸反应有着明显的区别，这是由于泥质石灰质白云石中含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙反应时，很容易其中白云石（M gCO3）反应并生成水美石[ Mg（OH）2]，导致粘土被暴露出来，这种干燥紧密的粘土吸水膨胀后，应力便会在建筑的结构内部产生，产生碱―骨料反应，最后使由混凝土的构成发生裂纹。

2.3碱硅酸盐反应

碱硅酸盐反应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应，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。但是由于碱硅酸盐导致的碱―骨料反应反应速度却相对较慢，而且这种反应导致混凝土的的开裂作用相对以上两种来说不是很明显。由于这个原因，有的工程人员和研究者在对碱―骨料反应考虑当中不是很重视该类反应。

2.4 其他碱集料反应

Ⅰ高硅质砂砾石集料在砂浆或混凝土中引起地图形开裂（新鉴别之碱集料反应）；Ⅱ含粘土多的水层岩（杂砂岩、泥质板岩、千枚岩、泥质岩石等）由于碱硅酸反应（粘土是层状晶格硅酸盐）引起粘土矿物“剥落”（亦属新鉴别之碱集料反应）。不多赘述。

3. 抑制碱―骨料反应的途径和实际效果分析

由于碱集料反应被称为水泥混凝土的癌症，因此，对己存在的水泥混凝土工程，己确定发生碱集料反应而破坏的工程，几乎不可能被修复，预防和抑制碱集料反应的措施包括两大类：物理措施和化学措施，前者主要通过对混凝土表面进行防水处理、选择不含活性组分的集料和使用低碱水泥等，后者包括使用矿物掺合料和掺加化学外加剂等，虽然原理有所不同，但实际应用中往往采用几种途径综合处理。

3.1 混凝土中碱的百分含量

控制混凝土中的碱百分含量是抵制碱―骨料有效办法，纳离子当低于反应的最高上限后，碱―骨料反应就很难再发生[5]。虽然这是一条根本的办法，但是也存在着一些问题。现在的水泥制备工艺大多数为干法工艺，同时为了提高水泥的强度，必须添加高碱石灰，这都使得控制碱的含量变的非常困难。而对于海堤这类位于海边建筑来讲，由于经常受到海水的侵袭，容易产生碱局部堆积的情况，使得这种方法在现实中已经不太常用。

3.2 控制湿度

国外有的研究成果表明，将湿度控制在一定的范围内，那么碱―骨料的反应不易发生。通常来讲，当温度达到80%时，碱―骨料就不会发生了。但湿度是一个容易变化的参数，即是在沙漠地区，也会有降雨发生。当下雨或者有积雨去时，空气的湿度会超过最低值，仍然会导致碱―骨料的发生。

3.3 通过添加外物

用火山灰质掺和料及水淬矿渣抑制碱??―骨料反应。各国混凝土工程大量试验和应用实践证明，在含有硅酸质碱活性骨料的混凝土中掺用火山灰质掺和料或水淬矿渣掺和料可以对碱―骨料反应起到相当有效的缓解抑制作用，常用的这类掺和料。美国的一项研究成果证明，通过向混凝土中添加骨料粉体可以有效的抑制碱―骨料反应的发生。大量的实际经验表明，通过向水泥中添加部分的矿化物在改善环保和降低成本时，还有减缓碱―骨料反应的发生。如向水泥中添加炉渣灰、粉灰和煤灰等。如5%到10%的硅灰可以有效的抑制碱―骨料的反应，粉煤灰和煤灰在实际的效果也非常的理想，并且在各个国家的工程实际中得到了证实。

天然沸石作为水泥混凝土的掺合料，能有效的抑制水泥混凝土中的碱一骨料 反 应。其效果与硅粉及粉煤灰相当。按照水工混凝土试验方法中规定进行对比 试即使沸石水泥（含沸石3 0 %）与活性骨料同时使用，配制砂浆或混凝土，也不会发生危害性的碱―骨料反应。

天然沸石能抑制碱一骨料反应主要是通过离子交换降低了溶液中碱的浓度，消除了活性骨料与孔隙溶液中碱的反应，消除了Na4SiO4的形成，从而抑制了碱―骨料反应的发生。

3.4 掺用引气剂和引水剂。

掺用引气剂使混凝土保持4% ～ 5 %的含气量，可容纳一定数量的反应产物，从而缓解碱―骨料反应膨胀压力，但是由于孔隙率增大会对混凝土的强度造成一定的影响，因此引气剂在高强混凝土中的使用会受到限制。掺用聚羧酸高性能减水剂聚羧酸缓凝型高性能减水剂能够对碱骨料反应起到抑制作用，引气高性能减水剂对碱骨料反应的抑制作用较差，掺聚羧酸高性能减水剂对各龄期的碱骨料反应都起到了一定的抑制作用，均能将碱骨料抑制在0.1%以下。当掺量大于1.0%时，随减水剂掺量的增大试件膨胀率降低，掺量为0.75%时，抑制的效果不是很明显。当聚羧酸高性能减水剂掺量为1.5%时，对碱―骨料反应抑制的效果非常明显，14小时抑制效果达到了32.8%，掺聚羧酸缓凝型高性能减水剂的加入量为1.0%时，对碱骨料反应的抑制效应最好，达到26.8%，其它掺量效果一般掺该引气高性能减水剂后，3小时和7小时不容易膨胀，但7小时以后到28小时砂浆膨胀率开始迅速上涨，28小时试件膨胀率基本与基准试件膨胀率相当掺入该引气高性能减水剂对后期碱骨料无法起到抑制作用。

3.5 隔绝水、空气来源。

碱―骨料反应一个重要的必要条件就是混凝土工程所处的自然环境是一个潮湿环境中，对于一切不是处在潮湿环境的项目时，一个切实有效而又经济性好的防护方法，就是降低周围空气的湿度，最大限度的保证与空气与水的接触。在混凝土表面涂敷涂层以阻止外界介质特别是水和侵蚀介质向混凝土的渗透，可以有效预防混凝土的碱集料反应。这是一种物理措施，虽然有效，但保护层往往易于老化，需经常修补。这种方法也有一定的局限性，在某些地区这是很难实现的。因此，在工程实践中要适当选择。

4. 结论

碱―骨料的反应严重影响建筑工程的质量，造成了潜大的危害。在抑制碱―骨料反应的方案制订时，要根据工程的实际情况，选择最优的方案。工程技术人员应该从具体的项目条件出发，选择切实可行且经济性突出的方案，为保证项目的质量作出突出的贡献。

参考文献：

[1]孙彬. 冻融循环，硫酸盐侵蚀和碱骨料反应的混凝土损伤鉴别方法 [J].建筑科学.2011，1（2）：23-26.

[2]周莉桦. 碱骨料反应对混凝土耐久性影响研究 [J][J].工业建筑.2011，1（3）：37-39.

[3]周述光. 水胶比对碱骨料反应抑制措施的影响[J].建筑材料学报.2010，13（4）：501-504.

[4]付向红. 掺加粉煤灰预防公路工程混凝土碱-骨料反应技术经济分析[J].混凝土.2012，7（5）：45-47.

[5]翔. 石英砂岩碱骨料反应抑制措施的试验研究[J].人民长江.2013，2（7）：75-78.