水工混凝土的碱骨料反应问题
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摘要：建筑工程中的水工混凝土施工主要存在的问题有裂缝、冲磨、冻胀、碳化、空蚀、溶蚀、侵蚀和碱骨料反应等，这些问题很大程度上影响建筑工程的质量，增加工程在使用过程中的费用，造成经济损失，甚至严重影响建筑结构的正常使用，影响安全和效益，更甚者可能导致社会问题。本文通过全面的比较水工混凝土与普通混凝土差异，对这些差异在碱骨料反应方面所引起的不同行为进行了系统的分析。由此发现，碱骨料反应发生的时时候水工混凝土比普通混凝土具有更大危险。同时，本文也对碱骨料反应破坏的反应条件及其行为的影响因素做了详细探究。旨在提高施工人员对水工混凝土碱骨料的反应问题的认识水平。
关键词：水工混凝土；碱骨料反应；研究；差异；表现行为
Abstract: the construction of the main problems existing in the construction of hydraulic concrete cracks, anti-abrasion, frost heave, carbide, cavitation erosion, corrosion, erosion and alkali aggregate reaction etc., these problems largely affects the quality of the construction projects, increase the engineering cost in the process of using, causing economic losses, and even seriously affect the normal use of building structure, affect the safety and efficiency, moreover can lead to social problems. In this article, through comprehensive comparison of hydraulic concrete and ordinary concrete differences, such differences caused by different behavior in the alkali aggregate reaction system is analyzed. , alkali aggregate reaction occurred during time of hydraulic concrete with a bigger danger than ordinary concrete. At the same time, also damage to alkali aggregate reaction in this paper the influence factors of reaction conditions and its behavior in detail inquiry. Aimed at improving construction personnel on the hydraulic concrete alkali aggregate reaction problem awareness levels.
Key words: hydraulic concrete; Alkali aggregate reaction; Research; Differences; behave
中图分类号：TV544+.92文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
通常情况下，水工混凝土的质量关系到整个工程的使用状况及其后期的加固费用，对工程效益的发挥以及能否安全运行存在至关重要的影响。然而，目前建设项目中的水工混凝土经常出现质量问题。其中主要问题是：水工混凝土在工程中展现出了耐久性不够的缺点，这就在一定程度上增加了建筑物在使用过程中的加固和修理费用，而且经常造成社会资源浪费。在资源紧缺的现代社会，我们必须非常重视这类问题，所以有必要对水工混凝土的碱骨料反应问题进行研究。碱骨料反应的问题是水工混凝土施工的重要组成部分，是亟待解决的重大问题，对整体工程有非常重要的作用。
近年来，人们已逐渐意识到碱骨料反应所导致的严重后果，许多水利工程已经提高了对碱骨料反应问题的重视，开工前对碱骨料进行活性检验并采取措施预防碱骨料发生反应的工程日益增多。然而，在很多方面水工混凝土不同于普通混凝土，而是有着其自身特点。正是因为这种差异，在水工混凝土中碱骨料的反应会出现不同的行为，只不过至今少有人察觉这一方面。大多数情况下，水利工程中对预防措施的决策和对碱骨料反应的判断，都以普通混凝土的研究结果作为依据。这样很可能导致错误的认识，从而做出不当的决策。
1水工混凝土与普通混凝土的差异
从混凝土碱骨料的反应行为方面考虑，水工混凝土与普通混凝土存在以下差异：1)骨料的粒径较大：一般，水工混凝土的最大骨料粒径为150mm，而且所占的比例较高；相反，普通混凝土的最大骨料粒径基本不超过40mm。2)混凝土的强度等级低：除特殊部位以外，水工混凝土的强度等级通常较低。3)胶凝材料的用量少：考虑到水化热，水工混凝土胶凝材料的用量一般不超过200kg/m3。4)长期处在潮湿的环境中：水工建筑物的特殊性致使水工混凝土长期处于饱水的状态；对于普通混凝土而言，大部分建筑物结构都在地面以上，其干湿状态受空气湿度影响。5)对使用寿命的要求较长：一般水工建筑物投资大，建设期长，自然要求其使用寿命较长；此外，水工建筑物往往具有特殊的重要性，对耐久性的要求也较高。
经上述分析可知，水工混凝土与普通混凝土有着相当大的差异，这些差异使得碱骨料反应行为有着巨大差异。
2混凝土的碱骨料反应条件
碱骨料反应通常是指混凝土浇筑成型的很多年后水中的碱、混凝土原材料中的水泥以及外加剂等物质与骨料中的活性成分发生化学反应，此后反应的生成物吸水膨胀，导致混凝土内部的应力增加，最终造成开裂。发生碱骨料反应破坏必须要有一定条件的，主要包括以下方面：首先，配制混凝土构成中加入水泥、骨料、掺合料、外加剂和水等物质的同时假如了部分碱，或者是混凝土构件处于有碱掺入的环境中；其次，要有部分碱活性骨料存在于混凝土中；最后，潮湿的环境中可以使得反应物吸水，造成膨胀。综上所述，避免碱骨料反应破坏最稳妥的措施是利用非活性骨料，但就目前的建筑施工环境而言，活性骨料的分布十分广泛。此外，碱骨料的选择还受到建筑工程的经济因素影响。目前，对于有潜在危害反应的活性骨料工程，施工时通常会采取抑制措施，主要是控制混凝土中碱的含量或选用低碱水泥。
3碱骨料反应的影响因素
3.1 骨料粒径对碱骨料反应膨胀及开裂的影响
提及骨料粒径对碱骨料反应膨胀的影响，目前普遍认为当骨料粒径在0.15～0.80mm范围内时硅质骨料砂浆棒的膨胀值最大。当骨料的粒径继续增大时，砂浆棒的膨胀值将显著减小。存在粗骨料的情况下其膨胀还受粗骨料的限制。
(1)就骨料粒径而言，虽然随骨料粒径的增大砂浆膨胀减小，但是只有在骨料的粒径小于2.5mm 的情况下，这种影响才是显著的。在水工混凝土中，存在有较多细骨料，如若这些细骨料具有活性，仍能发生较严重的碱骨料反应并产生较大膨胀。
(2)就粗骨料对砂浆的膨胀作用而言，粗骨料约束砂浆的膨胀需要具备一定条件的。如果细骨料是非活性的，而粗骨料是活性的，那么粗骨料自由膨胀将大于砂浆自由膨胀。因此，粗骨料非但不能约束砂浆膨胀，反而需要利用砂浆来约束粗骨料的膨胀。在这种情况下，粗骨料含量越多，混凝土膨胀就会越大。水工混凝土中粗骨料含量较多，有可能带来较大危害。
(3)从混凝土的开裂来看，不同粒径骨料的膨胀和开裂是不一致的。若骨料的粒径较大，尽管试件的膨胀率减小，却更容易开裂。因此，随着骨料粒径的增大试件的膨胀率减小并不意味着安全性的提高。水工混凝土骨料的粒径较大，一旦发生碱骨料反应，导致应力集中，从而开裂的可能性仍然较大。
3.2 混凝土强度与碱骨料反应破坏的关系
通常情况下，水工混凝土的强度要求较低，且水工混凝土以90d 龄期的强度为设计标准。这表明水工混凝土中的硬化水泥石强度较低。与碱发生反应时，骨料产生膨胀，而硬化水泥石却约束着骨料膨胀。同时，硬化水泥石将受到拉应力，若超过其抗拉强度后水泥石便会开裂。水泥石抗拉强度越低，能承受的骨料膨胀值越低，从而混凝土越容易开裂。水工混凝土的强度远低于普通混凝土，所以其抵抗碱骨料反应的能力更弱。
3.3 胶凝材料用量与碱骨料反应破坏的关系
水工混凝土的胶凝材料用量很低，降低胶凝材料用量可以减少混凝土放热量，有利于温控防裂，但也要注意到它在发生碱骨料反应时表现出的特殊行为：一是为碱骨料反应提供碱，二是作为连续相的硬化水泥石对碱骨料反应膨胀有约束作用。水工混凝土所用胶凝材料远少于普通混凝土，在同等条件下，水工混凝土的膨胀大于普通混凝土；碱骨料反应发生时，硬化水泥石会承受较大的拉应力。碱骨料反应一旦发生，相对于普通混凝土而言水工混凝土更易破坏。
3.4 潮湿条件对碱骨料反应膨胀的影响
碱骨料反应发生的三个必要条件是：存在活性骨料，混凝土中含一定量的碱，混凝土中有足够的水分。在碱骨料反应中，水有着很重要的作用，水工混凝土长期处于饱水的状态。这种条件下，一旦混凝土中存有活性骨科和足量的碱，便会发生反应鹏展破坏混凝土结构。
3.5 使用寿命要求与碱骨料反应的关系
水电工程的投资额高、建设期长，加上它的特殊重要性使得水电工程的使用寿命要求较长。较长使用寿命的要求为碱骨料反应提供了足够的时间，碱骨料反应过程较缓慢，需要一个相对较长的时间来进行，慢膨胀活性骨料所需时间更长。碱骨料反应破坏通常出现在建成后十几年甚至几十年后。
4结束语
由于水工混凝土与普通混凝土的差异以及它们对碱骨料反应形成的影响一直没有引起人们的注意，对碱骨料反应的研究以及评判方法，混凝土的安全碱含量等控制指标的提出也以普通混凝土作为基础。关于能否将它们应用于与之相差甚远的水工混凝土以及如何应用，还有待于更深入的研究，以便做出科学的论断。
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