维普资讯 http://www.cqvip.com 天津建设科技２００７・增刊 京沪高速公路（－期）工程 碱一集料反应的破坏特征及预防措施 陈海涛 刘喜法２ （１．天津市高速公路投资建设发展公司，天津３００３８４；２．河北省交通建设监理咨询有限公司，石家 庄０５００９１） 摘要：文中指出了碱一集料反应的破坏特征和预防措施，对水下混凝土的施工尤其是对沿 海地区高速公路桥梁基础混凝土的设计与施工具有一定借鉴意义。 关键词：碱一集料；破坏特征；预防措施 中图分类号：ＴＵ５２８．３７文献标识码：Ｃ文章编号：１００８—３１９７｛２ｏｏ７）ｓ２—０１４７—０２ 近年来，我国在一些工程项目中使用了碱活 性集料，引起了碱一集料反应，造成了严重的经 ２分类 济损失，比较严重的有北京内燃机厂露天堆场混 根据国内外有关资料介绍，混凝土的碱一集 凝土柱、广西红北河岩滩地区一大型水电站、内 料反应大体上可以分为３种类型。 蒙通辽电厂和塔城铁铲沟热电厂冷却塔等。 ２．１碱一硅酸（Ｓｉ０２）反应 随着我国高速公路尤其是沿海高速公路建 碱与集料中活性Ｓ 发生反应，生成碱的硅 设步伐的加快，在设计和施工方面对使用碱活性 酸盐凝胶，吸水膨胀，引起混凝土膨胀和开裂。 集料引起的碱一集料反应而造成混凝土的破坏， 碱指的是水泥中所含钠和钾的氧化物，在混凝土 应引起足够的重视。 内水泥水化反应中生成强碱性的氢氧化物，Ｎａ２０ １碱一集料反应 ＋Ｈ２Ｏ一２Ｎａ０Ｈ；Ｋ２０＋Ｈ２Ｏ－－＇２ＫＯＨ。氢氧化物与 粗细集料如蛋白石、玉髓、玛瑙、鳞石英、方石英、 碱一集料反应（Ａｌｋａｌｉａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｒｅａｃｔｉｏｎ缩写 非常细小的微晶石英、具有较强波状消光的石英 ＡＡＲ），是指当水泥含碱量较高（指水泥中当量 及火山玻璃体等中的非结晶活性二氧化硅（ｓｉ０２） Ｎａ２０超过０．６％以上），混凝土又使用某些活性集 作用生成硅酸碱类（２Ｎａ０Ｈ＋Ｓｉｏ２＋Ｈ２Ｏ—Ｎａ２０・ 料时（含活性ｓ ），水泥中的碱类和集料的活性 ｓｉｏ２＋ｎ ｎ２０）。硅酸碱类呈胶体状并从周围介质 物质发生化学反应，使混凝土发生不均匀膨胀， 中吸水膨胀（体积可增大３倍），在混凝土内部产 产生裂缝，并伴有强度和弹性模量下降等不良现 生较大膨胀压和渗透压（渗压可达３～４ ＭＰａ），致 象，从而缩短建筑物使用寿命，危及工程安全，这 使混凝土发生裂缝和破坏。 种现象称为碱一集料反应。 ２．２碱一硅酸盐反应 碱与某些层状硅酸盐集料（如干枚岩、粉砂 岩、蛀石），与水泥水化生成的ＮａＯＨ和ＫＯＨ相作 收稿日期：２０ｃｒ７—０４—１６ 用后，使层状硅酸层间距离由ｌＯ（埃）增大到１２ 作者简介：陈海涛（１９７７一），男，工程师，硕士，从事高速公路 （埃），集料发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂，由 建设管理工作。 于岩石结构因素，膨胀发展缓慢，但后果较严重。 ２．３碱一碳酸盐反应 ・－－———１４７・－－——— 维普资讯 http://www.cqvip.com
京沪高速公路（二期）工程 天津建设科技２００７・增刊 水泥中碱与泥质石灰石质白云石反应。这 种白云石与一般白云石不同，它含粘土和方解石 较多，白云石颗粒细小，被粘土和方解石晶粒包 裂破坏。ＡＡＲ的最终判定是钻取混凝土芯样，观 察集料周围或内部有无裂缝、反应环和白色胶状 泌出物（干后为白粉），用ｘ射线等方法分析泌出 物有钾、钠元素。取出集料进行碱活性检验，有 时取出芯样无症状，但一二天后会出现裂缝和泌 出物。 围，碱离子通过粘土渗入白云石颗粒，使白云石 颗粒表面产生白云石反应，这种原地化学反应和 结晶压造成混凝土膨胀、开裂或者生成膨胀性氢 氧化镁物质而使混凝土产生裂缝，以网状裂纹为 特征。 以上３种类型碱一集料反应，反应机理各不相 同，但共同之处是均与水泥含碱量有关。引起碱一 集料反应的必要条件有：水泥含碱量超过安全值； 使用一定数量的活性集料；有水分；没有水分，反应 就会减小或完全停止，如混凝土构件长期处在潮湿 环境中，将会助长发生碱一集料反应。 ３碱一集料反应（从Ｒ）破坏的特征 ＡＡＲ破坏同时具有３个特征，可据此区分是 否是由碱一集料反应引起的破坏。 ３．１膨胀特征 ＡＡＲ裂缝是由膨胀引起，不同于最常见的收 缩或荷载产生的裂缝。不同条件决定着裂 缝的分布与形状：很弱的部位，如保护层或 无筋混凝土，呈现地图状裂缝；均匀的部位， 裂缝分布也较均匀；钢筋力大的常在力 平行的方向开裂。由于集料是膨胀源，可从集料 位置来研究开裂和破坏的形貌。例如，近表面的 粗集料膨胀，造成斑状剥落，裂缝与剥落面大小 与集料粒径有关，细粒活性集料不引起剥落，在 混凝土表面可见到分布均匀的白粉点。 ３．２速度特征 ＡＡＲ破坏常较其他耐久性破坏快，有的不到 ２ ａ就严重开裂，有的３～５ ａ。如混凝土密实，保 护层厚度足够，三五年内钢筋开裂，就应怀疑是 由ＡＡＲ所引起或加速的破坏。 ３．３潮湿特征 水是ＡＡＲ发生和发展的一个必要条件。同 一建筑物干湿不同的部位出现不同开裂破坏，就 应在ＡＡＲ方面找原因，尤其是潮湿部位早期就开 ・－－——１４８・－－—— ４预防措施 （１）首先应该引起对碱一集料反应的重视，碱 一集料反应往往与其他破坏作用互相影响，因而 有时由碱一集料反应引起的破坏会被归于其他 原因。如碱一集料反应引起的表面开裂必然加 剧钢筋锈蚀和冻融破坏，因而往往掩盖了碱一集 料反应的破坏作用。 （２）常常接触水或处于潮湿状态的混凝土所 用集料必须经过碱活性检验，通常采用ＡＳＴＭ法， 见《水工混凝土试验规程》（ＳＬ ３５２—２００６）。 （３）如必须采用的集料是碱活性的，就必须选 用低碱水泥（当量Ｎａ２０＜０．６％），每ｍ３混凝土水 泥用量较小，并混凝土总碱量不超过２．０～ ３．０ ｋｇ／ｍ３。对重大工程如核电站、采油平台或社 会影响大的工程应规定混凝土含碱量低于２ ｋｇ／ｍ３，当集料碱活性很高时也应采用这一规定。 对一般工程当集料碱活性不高时，可规定混凝土 含碱量低于３ ｋｇ／ｍ３，并应注意控制含碱外加剂、 早强剂及防冻剂的使用。 （４）如无低碱水泥，应内掺足够的活性混合材 料，如矿渣《３０％，粉煤灰《３０％或硅灰《７％。 （５）ＪＪ￣强养护，遵守施工规程，保证混凝土密 实度，增加混凝土保护层厚度。但仅靠增加混凝 土密实度和保护层厚度只能延缓其反应速度，并 不能从根本上解决问题。 （６）要重视建筑物排水，避免混凝土表面积水 或接缝存水。 （７）混凝土建筑物ＡＡＲ破坏，如能阻绝水源， 应立即进行封堵，这样可以阻止或延缓破坏进 程。如无法阻水，由于ＡＡＲ破坏是渐进的，不同 于脆性断裂，应有足够时间来寻求对策。
