原材料对混凝土质量优劣重要意义

一、原材料对混凝土质量优劣重要意义

混凝土，广义上泛指将一种具有胶结性质的材料和砂石以及粉细颗粒混合并成型后，经凝固硬化而粘结成为具有一定强度的实体。主要为水泥、骨料等。混凝土是当今世界上用量最大的建筑材料，年用量接近90亿吨。用量如些之大，与它的特点相关。混凝土工程质量的好坏直接影响着整个钢筋混凝土结构的整体质量，而混凝土原材料的好坏和选配是否恰当也直接影响着混凝土工程的质量。因此，确保钢筋混凝土结构质量一个重要的因素是要从混凝土原材料的质量控制做起。原材料选用不当将导致混凝土工程产生质量缺陷或裂缝，直接影响着整个工程结构的质量。混凝土因材料选用不当产生质量缺陷或裂缝，一般认为是因为混凝土材料变形受约束所引起的内应力大于材料抗拉强度的缘故。混凝土广泛应用于建筑、交通、水利等工程建设中，是工程结构的重要组成部分，其质量直接影响到整个工程的质量；因此混凝土质量优劣将直接影响到工程质量，直接对混凝土有直接影响的原材料品质是我们值得研究的方面。来源：的美女编辑们二、首先把握好原材料质量来源：

原材料是组成混凝土的基础，原材料品质的优劣直接影响到混凝土质量的好坏，因此首先要把好原材料质量关。本文来源:网

水泥的强度和体积安定性直接影响混凝土的质量。水泥的强度上下波动，混凝土的强度就会发生相应的变化；水泥的体积安定性差，就会使混凝土产生膨胀性裂缝。因此，要选择好水泥品种，根据经验，大水泥厂生产的水泥质量比较稳定可靠。来源：的美女编辑们

黄砂最关键的是细度模数和含泥量，砂子太细或含泥过多，会增加混凝土的干缩裂缝。另外，砂石中含泥量高，不仅影响混凝土的强度，而且影响抗冻性、抗渗性和耐久性。因此，混凝土最好采用中粗砂，且含泥量和有机质的含量必须满足规范要求。本文来源:网

石子主要控制好级配、针片状含量和压碎值。经调研，目前，好多混凝土厂家的石子级配都不是很好，因此，如何确保石子级配连续，且在生产中切实可行，还值得进一步探讨研究。

现在南京地区主要使用商品混凝土，选择商品混凝土厂家也是一件很重要的事情。根据体会，一定要选择信誉好的，设备比较先进的混凝土厂家，同时必须到现场对原材料进行定期和不定期的检查。三、根据工程需要认真研究混凝土原材料的配合比

混凝土配合比是指单位体积的混凝土中各组成材料的重量比例。水灰比、单位用水量和砂率是混凝土配合比设计的三个基本参数，它们与混凝土各项性能之间有着非常密切的关系。确定这三个基本参数的基本原则是：在满足混凝土强度和耐久性的基础上，确定混凝土水灰比，在满足混凝土施工要求的和易性基础上，根据粗骨料的规格确定混凝土单位用水量，砂在骨料中的数量应以填充石子空隙后略有富余的原则来确定。

四、原材料个组成部分对混凝土质量影响

1、水泥矿物组成的影响。众所周知，硅酸盐水泥主要的组成矿物有四种，它们的水化性质不同，在水泥中所占比例不同时影响对水泥整体的性质。C3S虽对早期强度贡献较大，但水化热是其他矿物水化

热的数倍。因此C3S含量较大的早强水泥容易因早期的温度收缩、自收缩和干燥收缩而开裂。目前我国混凝土尤其是C50以上强度等级的混凝土普遍使用高效减水剂和其他外加剂由于C3S水化速度最快，生成3个水化硅酸钙几乎不溶于水，而立即以胶体微粒析出，并渐渐凝聚而成为凝胶。对减水剂的吸附量也最大，它首先吸附了大量减水剂。因而C3S含量高的水泥一般与外加剂的适应性差。

2、水泥细度对混凝土的影响。在目前我国大多数水泥粉磨条件下，水泥磨得越细，其中的细颗粒越多。增加水泥的比表面积能提高水泥的水化速率，提高早期强度，但是粒径在1um以下的颗粒不到一天就完全水化，几乎对后期强度没有任何贡献。倒是对早期的水化热、混凝土的自收缩和干燥收缩有贡献——水化快的水泥颖粒水化热释放得早；因水化快消耗混凝土内部的水分较快，引起混凝土的自干燥收缩；细颗粒容易水化充分，产生更多的易于干燥收缩的凝胶和其他水化物。粗颗粒的减少，减少了稳定体积的未水化颗粒，因而影响到混凝土的长期性能。我们现有的混凝土结构。一般的设计寿命是60年，而有专家预测，由于超细水泥颗粒含量太多，50年后，我们的混凝土强度只能达到设计强度的40%.随水泥比表面积的增加，与相同高效减水剂的适应性差。为减小流动度损失需要增加更多掺量的高效减水剂。不仅增加施工费用，而且可导致混凝土中水泥用量的增加，影响混凝土的耐久性。水泥细度还会影响混凝土的抗冻性、抗裂性。

3、骨料的品种、质量与数量。设计混凝土配合比时，都要求骨料的强度大于混凝土的强度。因此一般情况下，骨料质量对混凝土强度

几乎没有什么影响。影响混凝土强度的主要是骨料中的有害物质。它影响骨料的粘结，降低混凝土的强度，硫酸盐和硫化物对水泥有腐蚀作用，它与水泥的水化物反应生成钙矾石，使水泥石体积膨胀。它除了能降低混凝土的强度外，还降低混凝土的搞冻性能。当骨料含有较多的软弱颗粒或杂质时，也会使混凝土强度下降。表面棱角多的碎石表面圆滑的卵石与水泥石的粘结国力要强。混凝土中骨料的用量与水泥之间的比例关系，也直接影响混凝土的强度，尤其对于水泥用量比较大的高强混凝土。

4、掺加粉煤灰和加剂对混凝土强度的影响。在目前使用的高等级混凝土中，为了改善混凝土的物理力学性能，提高混凝土的强度，一般采用外加剂和粉煤灰双掺的办法比较好，粉煤灰作为活性材料，主要含有大量的三氧化铝和SiO2，与水拌合后，本身不硬化，而是与气硬性相拌合，不仅在空气中硬化，而且在水继续硬化，由于矿物颗粒比较细，具有填充效应和流化效应，增加强度。通过大量的工程实践充分证明了这一点，在提高混凝土强度的同时，但也带来了混凝土的早期强度偏低的现象，28d天标准强度达不到设计要求，所以在配制高强混凝土时，要注意掺加量的比例要掌握准确，适应性如何等等，不要肓目掺加，否则影响混凝土强度

砂石质量的差异对混凝土性能及其经济性的影响

摘要：通过试验研究了不同细度模数的河砂及不同含泥量的砂石对混凝土性能的影响，并分析砂石质量的差异对混凝土经济性的影响，得出河砂细度模数及砂石含泥量不同对混凝土经济性的影响规律。根据这些规律实现混凝土配合比的优化并指导生产，以有效控制混凝土的质量。

引言

在现代建筑工程中，混凝土结构占有非常大的比例，在结构的安全、可靠度和耐久性等方面具有重要的作用，因此控制混凝土的质量至关重要[1]。在预拌混凝土的生产中，原材料的质量是不断变化的，尤其是砂石的质量波动较大，由于砂石在混凝土中起骨架作用，对混凝土的和易性、强度和耐久性都有很大的影响[2-4]。近年来随着天然砂石资源的紧缺，质量稳定、性能优良、颗粒级配良好、含泥量小的砂石越来越少，因此研究砂石对混凝土的影响对指导混凝土生产有重大作用。随着人们对混凝土技术认识的提高，颗粒级配，含泥量对混凝土的强度及经济效益的关系越来越受到重视。本文主要研究了不同细度模数和不同含泥量的河砂以及不同含泥量的碎石对混凝土工作性能的影响，并在满足混凝土工作性和抗压强度的情况下，对配合比进行经济性成本分析，研究不同颗粒级配和含泥量集料配制的混凝土的成本，以实现混凝土配合比的优化并指导生产，达到有效控制混凝土的质量。

1 原材料和试验方法

1.1原材料

（1）水泥：采用亚东水泥厂生产的P·O 42.5级水泥，其物理性能见表1。

（2）粉煤灰：采用汉川电厂的II级粉煤灰（以下简称FA），细度18.4%，烧失量6.0%，需水比103%。

（3）矿粉：采用武汉亚东水泥厂的S95矿粉（以下简称SF），比表面积4 250 cm2/g，密度2.86 g/cm3，7 d活性86%，28 d活性97%。

（4）高效减水剂：采用聚羧酸高效减水剂（以下简称PC），固含量为11.9%，减水率23.8%。

（5）河砂：采用巴河特细砂、细砂、中砂和粗砂4种不同规格的河砂（以下简称S），其物理性能见表2。

（6）碎石：采用阳新采石场生产的5~31.5 mm连续级配碎石（以下简称G），表观密度2 730 kg/m3，含泥量0.4%，泥块含量0.4%，针片状含量4.0%，压碎指标6.5%。

1.2试验方法

1.2.1河砂的影响

本试验主要比较几种不同细度模数的河砂对配制混凝土的影响，同时比较在细度模数和泥块含量一定的情况下，通过改变河砂的含泥量来配制混凝土，观察其和易性及其对生产成本的影响。采用2#河砂，经人工添加泥土（黏土质黄土，质量稳定，质地均匀，过0.075 mm筛）配成含泥量为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%的河砂来考查其对混凝土的性能和经济性影响。

1.2.2碎石的影响

在颗粒级配和泥块含量一定的情况下，通过改变碎石的含泥量来配制混凝土，观察其和易性及其对生产成本的影响。经人工添加泥土（黏土质黄土，质量稳定，质地均匀，过0.075 mm筛）配成含泥量为

0.8%、1.2%、1.6%、2.0%、2.4%、2.8%、3.2%、3.6%的碎石，所用河砂：2#河砂。

2 试验结果与分析

试验以预拌混凝土搅拌站生产用的C30混凝土配合比为基准，采用矿粉和粉煤灰双掺技术。混凝土试件在标准条件下养护，混凝土的力学性能按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试。

2.1不同细度模数和不同含泥量的河砂试验

从表3的数据可以看出，砂的细度模数对混凝土外加剂掺量影响比较大，使用2#砂时混凝土的工作性最好，且强度发展比较理想；当砂为粗砂（细度模数为3.1）时，混凝土的和易性明显变差，表现为：黏聚性、裹浆性差，流动性一般，从强度发展来看，与中砂基本相当；当砂为细砂、特细砂时，外加剂掺量大，混凝土的黏聚性好，但流动性很差，且28 d强度相对中砂偏低，若要到达中砂混凝土的强度水平势必增加粉料用量，这增加了单位立方米混凝土的成本。

2.2不同含泥量的碎石试验

由表4、5的数据可知，在水胶比一定的情况下，聚羧酸高效减水剂的掺量随着河砂含泥量的增加而增加。从混凝土的工作性能看，当含泥量大于1.0%时，其流动性变差，且随着含泥量的增加混凝土坍落度、扩展度变小，黏聚性亦变差。从强度发展看，当河砂含泥量在1.0%~3.0%之间时对混凝土强度的影响差异不是很明显，但当含泥量大于3.0%时，其强度下降较大。碎石中含泥量的不同对混凝土强度的影响较大，当碎石含泥量大于2.0%时，混凝土28d强度明显下降。

3 砂石质量对混凝土经济性的分析

以预拌混凝土搅拌站日常生产的C30混凝土为基准，在保证混凝土工作性和抗压强度的条件下，对配合比进行经济性成本分析。其原材料成本为：水泥325元/t，矿粉222元/t，粉煤灰153元/t，河砂39元/t，石41元/t，高效减水剂3 000元/t。从图1中可以看出，随着砂细度模数的增加，混凝土的单位立方米材料成本呈下降趋势，这是由于在胶凝材料用量不变的条件下，外加剂的掺量随砂的细度模数的增加而减少，从而降低了原材料的成本。

从图2、3可以看出，不同含泥量的砂、石对混凝土的成本影响较大，当砂的含泥量大于1.5%或碎石的含泥量大于1.2%时，混凝土单位立方米成本都会明显增加。

4 结论

（1）细砂、特细砂对混凝土的工作性、强度及成本影响很大，粗砂混凝土材料成本虽然较小，但其工作性不佳。对比中砂，在满足混凝土的工作性和强度的要求下，其成本比细砂、特细砂分别要低2元/m3、5元/m3。

（2）砂、石对混凝土的工作性、强度影响随含泥量的不同而有所差异。在满足工作性的要求下，外加剂的掺量随砂、石含泥量的增加而增加，从28 d强度同样可以看出，砂、石含泥量越大，其28 d强度越低。（3）从混凝土成本的经济性考虑，同时在满足混凝土的各项性能指标要求的情况下，在选择河砂时其含泥量不宜过大，应小于1.5%为宜，且砂的细度模数应控制在中砂范围内。而碎石的含泥量应控制在1.2%以内。

◆关于混凝土质量控制的几个问题

本文论述了影响混凝土质量的主要因素，混凝土强度等级与混凝土平均强度值及其标准差的关系，混凝土质量控制的中心环节。[文摘]

本文论述了影响混凝土质量的主要因素，混凝土强度等级与混凝土平均强度值及其标准差的关系，混凝土质量控制的中心环节。

[关键词] 混凝土强度等级影响因素材料管理强度测定

混凝土是由水泥、砂、石加水拌和均匀而凝固的人造石材，是混凝土结构和钢筋混凝土结构的主要组成材料。它质量的好坏，既影响结构物的安全，又影响结构物的造价，混凝土工程的施工人员必须十分重视混凝土的施工质量。那么，如何才能控制好混凝土质量？混凝土质量控制与哪些因素有关？下面就对有关因素谈点粗浅看法，以供参考。

一、混凝土强度及其主要影响因素

混凝土质量的主要指标之一是抗压强度，只有弄清了影响混凝土抗压强度的主要因素，才能采取有效措施，使其达到要求的混凝土抗压强度指标。

1．水泥标号对混凝土强度至关重要

从混凝土强度表达式fcu.o=Afce(C/W-B)可以看出：混凝土抗压强度与混凝土用水泥的强度fce成正比，按公式计算，当灰水比为定值时用625号水泥配制出的混凝土用325号水泥与制出的混凝土的抗压强度高近两倍，因此混凝土施工时切勿弄错了水泥标号，且存放三个月后的水泥一定要重新测定标号后取用，灰水比对混凝土强度有很大的影响。灰水比与混凝土强度亦成正比，在一定范围内灰水比越大，混凝土强度就越高。灰水比越小，混凝土强度就越低。因此，当灰水比不变时，企业用增加水泥用量（同时按比例增加水用量）来增加混凝土强度是错误的，此时只能增大混凝土和易性，增大混凝土的收缩和徐变这样反而对混凝土强度造成危害。综上所述，影响混凝土抗压强度的主要因素是水泥强度和灰水比，要控制好混凝土质量，最主要的就是控制好水泥质量和混凝土拌合物的灰水比这两个主要环节。

2．强度还有其它不可忽视的因素。粗骨料品对混凝土强度也有一定的影响。当石子强度相等时，碎石表面比卵石表面粗糙，它与水泥砂浆的粘结性能比卵石强，当灰水比相等或配合比相同时，两种骨料配制的混凝土，碎石混凝土的强度比卵石混凝土高，但卵石混凝土的和易性优于碎石混凝土，因此，《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55——96）的混凝土强度计算公式中反是了两种且骨料的A、B系数：

碎石混凝土：fcu.o=0.48ce(C/W-0.52)

卵石混凝土：fcu.o=0.50fce(C/W-0.61)

按上述强度公式计算，当C/W在2.77以内时，碎石混凝土强度均高于卵石混凝土强度。

舅骨料品种（河砂、海砂、山砂）对混凝土强度影响程度比粗骨料小，所以混凝土强度公式没有反映砂种系数，但砂的质量对混凝土强度有影响。因此，砂石质量必须符合混凝土用砂石质量标准（JGJ52——92及JGJ53——92）的要求。由于施工现场的砂石质量变化较大（如有害杂质含量，砂石本身颗粒坚硬程度，粗细颗粒组份的变化），对混凝土强度和混合物和易性都有直接影响，施工人员不得为了满足和易性对施工工艺的要求随意加水，从而造成灰水比的变化，致使混凝土强度发生较大波动。因此，要求对砂石质量严加控制，尽可能使其与混凝土配合比设计时的原材料质量相符以达到预期的混凝土强度这个目的。一旦砂石质量发生变化，施工时必须及时调整混凝土配合比。

水泥混凝土强度只有在一定的温湿条件下才能保证正常发展，气温低就不行，所以混凝土捣实成型后应按施工规范的规定予以养护。冬季要保温防冻害，夏季要防暴晒脱水。

混凝土搅拌要保证各种材料混合均匀，使水泥浆级均匀地包裹粗细骨料表面并填充其空隙使其联结凝聚成整体。目前研究推广的混凝土搅拌新工艺即分次搅拌还可改善混凝土结构和水泥水化条件，是提高混凝土强度的一种新措施。

二、混凝土强度等级与混凝土强度平均值及其标准差的关系

混凝土强度等级是根据混凝土强度总体分布的平均值减去1.645倍标准差确定的。这样可以保证混凝土强度标准值具有95%的保证率，低于该标准值的概率不大于5%，充分地保证了结构的安全。从这个定义推定，抽样检验的N组试件的混凝土强度平均值一定大于等于混凝土设计强度等级，而强度平均值的大小取

决于施工管理水平，即取决于标准差σ的大小。

假设三个施工单位同样生产20号混凝土。甲单位管理水平很高，统计得混凝土的标准差为2.0N/mm2，n 组混凝土强度平均值mfcu=20+1.645×2.0=23.29N/mm2；乙单位管理水平中等，统计得混凝土标准差为4.0N/mm2，n组混凝土强度平均值mfcu=20+1.645×4.0=26.58N/mm2；丙单位管理水平低劣，统计得混凝土标准差为6.0N/mm2，n组混凝土强度强度平均值mfcu=20+1.645×6.0=29.87N/mm2，也就是说，三种施工水平的单位均得按95%的保证率要求控制混凝土的平均强度，即施工质量好（标准差σo=2.0N/mm2）的混凝土强度平均值23.29N/mm2与施工质量低劣（标准差σo=6.0N/mm2）的混凝土强度平均值

29.87N/mm2具有同等的保证率。因此，施工人员必须明确，不只要使混凝土强度平均值大于混凝土强度的变异性，即要尽量使混凝土强度标准差降到最低值，这样，既保证工程质量又降低了工程造价，是真正有效的节约措施。

三、混凝土质量控制的中心环节

混凝土质量控制包含两个基本内容：1，使混凝土达到设计要求的强度等级；2，在满足设计要求的质量指标的前提下尽量降低成本。这两条要求实际上是要尽量降低混凝土强度的标准差。混凝土是非匀质性材料，强度有一定离散性，这是客观存在的，但是通过科学管理可以控制其达到较小值。因此，混凝土强度标准差能客观地反映施工单位的管理水平，管理水平越高，标准差越小。可以说，混凝土质量控制实质上是标准差的控制，那么，应从哪几方面着手才能使混凝土强度标准差降低到较小值呢？

（一）设计合理的混凝土配合比

合理的混凝土配合比必须由试验室通过试验确定。除满足强度、耐久性要求和节约原材料外，应该具有满足施工要求的和易性。所谓混凝土混合物的和易性，是指混凝土混合物在拌和、输送、浇灌、捣实、成型等一系操作过程中，在消耗一定能量条件下使混凝土达到稳定和密实的一种工作性能。以最小能耗达到最稳定、最密实的程度变是最佳的工作性能。在设计混凝土配合比时，应根据砂石材料特性和灰水比调整最佳砂率，使混合物具有施工要求的和易性，即具有较合理的混凝土配合比，才能使混凝土比较容易拌均匀，而且在施工全过程中不致产生离析泌水现象。

（二）正确按设计配合比施工

按混凝土配合比施工，第一，要及时测定现场砂、石含水率，将试验室配合比正确地换算成施工配合比；第二，材料应进行称量计量，不要用体积配合比；第三，要及时检查原材料是否与配合比设计原材料相符，否则，应及时调整配合比。

混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204——92）第4、3、1条规定，混凝土原材料按重量计的允许偏差，不得超过下列规定：

1．水泥、混合材料±2%

2．粗细骨料±3%

3．水、外加剂±2%

规范规定水和水泥的重量误差允许±2%，粗细集料的重量误差允许3±%，强调了影响混凝土强度的主要因素（灰水比），说明水和水泥的称量误差应比砂石集料小。砂石集料的含水率应在总用水量中扣除，水和水泥均应称量，水不应凭经验加，水泥不应以袋计量，才能严格控制混凝土的灰水比。

通过计算我们可以得到以下结论：水和水泥计量误差是降低混凝土强度的主要原因。例如：设原配合比每立方米混凝土用525号水泥400kg，水为20kg,水称量正误差2%则为204kg，水泥负误差2%为392kg，灰水比由400÷200=2变为392÷204=1.92，分别代入碎石混凝土强度f

cu.o=0.48fce(C/W-0.52)验算。

原配合比混凝土强度f cu。o=0.48×1.13×52.5(2-0.52)=42.14N/mm2

误称水和水泥后的强度f cu。o=0.48×1.13×52.5(1.92-0.52)=39.87N/mm2

两者相比，混凝土强度相对降低值为（42.14-39.87）/42.14=0.054,即5.4%。

依此类推，常用标号水泥配制的混凝土，水计量的正误差1—10%，不同组合时的混凝土强度降低值就会计算出不同的结果。

砂石集料负误差、混凝土制成量系数降低将造成多用水泥。假定每立方米混凝土材料总量为2450kg，其中水200kg，水泥厂400kg，则砂石总用量角为1850kg。按规范规定，砂、石集料允许负误差点%计算，少称砂石55.5kg（1850×3%），折合绝对体积20.94L(升)（砂石密度按2.65计算，则V=55.5/2.65=20.94），要用水泥浆来填充。灰水比为2时水与水泥的体积比分量为：0.61:0.39，这时将大用水泥25.32kg

（20.94×0.39×3.1=25.32kg）。若砂石正误差3%，即多称了砂石55.5kg，由于砂子吸水将降低混凝土和易性，工人会随意加水，使其达到要求的和易性而降低混凝土强度。总之，砂石应进行称量，绝对不得用体积计量，因为砂石体积不但随装料方式发生变化，而且随含水量变化而产生的显著波动，也会造成混凝土制成量系数不够而多用水泥。

（三）加强混凝土原材料管理

施工现场混凝土原材料与混凝土配合比设计用原材料相同，因为混凝土原材料的变异将造成混凝土强度的变异。施工人员应经常检查原材料质量，如果发生殿堂现象，应立即检查原因和采取措施。为了减少原材料变异对混凝土强度变异的影响，材料最好定点供应并定期或按规定检查材料的质量。

（四）进行混凝土强度的快速测定

混凝土施工程序较多，从原料准备、配料到搅拌和浇灌各个工艺都可能造成混凝土强度的变异；材料质量的变异对混凝土强度影响更大，为了保证混凝土质量，最好在浇注前就能比较准确地预报混凝土28天强度，这样才能效避免混凝土工程质量事故。目前国内试行混凝土强度快速测定法控制混凝土质量的手段比较多，如沸水法，80oC热水法、55oC温水法、水灰比分析法、成熟度法等，都能在一定程度上起到控制混凝土质量作用。但有的不能及时起到控制作用，有的方法烦杂而且使用范围受到限制，不能得到广泛推广。经上述分析，我认为促凝压蒸养法能比较及时地发现施工质量问题，它能在1、5小时内比较准确地预报混凝土28天强度，发现问题可以及时处理，建议用此作为混凝土现场施工的一种质量控制手段。

◆混凝土碱骨料反应问题及预防措施

2005年02月11日

由于我国过去水泥含碱量一般不高，加以自50年代起30余年来一直生产高混合材水泥，例如在七十年代曾大量生产使用的矿渣400号水泥，其中矿渣含量高达60-70%，有这么多的活性混合材，即使某厂水泥熟料当时含碱量稍高，砂石中有相当数量的活性成分，由于活性混合材可以起到消化缓解碱的作用，因而在八十年代以前我国一般土建工程尚未见碱骨料反应对工程损害的报告，以致许多设计、施工工程技术人员对碱骨料反应问题还比较生疏，有必要作一些基本情况的介绍。

由于我国过去水泥含碱量一般不高，加以自50年代起30余年来一直生产高混合材水泥，例如在七十年代曾大量生产使用的矿渣400号水泥，其中矿渣含量高达60-70%，有这么多的活性混合材，即使某厂水泥熟料当时含碱量稍高，砂石中有相当数量的活性成分，由于活性混合材可以起到消化缓解碱的作用，因而在八十年代以前我国一般土建工程尚未见碱骨料反应对工程损害的报告，以致许多设计、施工工程技术人员对碱骨料反应问题还比较生疏，有必要作一些基本情况的介绍。

一、什么是水泥混凝土的碱骨料反应

碱骨料反应是混凝土原材料中的水泥、外加剂、混合材和水中的碱（Na2O或K2O）与骨料中的活性成分反应，在混凝土浇筑成型后若干年（数年至二、三十年）逐渐反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内部应力，膨胀开裂，导致混凝土失去设计性能。由于活性骨料经搅拌后大体上呈均匀分布，所以一旦发生碱骨料反应，混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身膨胀，发展严重的只能拆除，无法补救，因而被称为混凝土的癌症。

二、碱骨料反应的分类和机理

1、碱硅酸反应

1940年美国加利福尼亚州公路局的斯坦敦，首先发现碱骨料反应，引起世界混凝土工程界的重视，这种反应就是碱酸反应。碱硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，碱硅凝胶固相体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力；

而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的进展，使混凝土内部膨胀应力增大，导致混凝土开裂，发展严重的会使混凝土结构崩溃。

能与碱发生反应的活性氧化硅矿物有蛋白石，玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺欠的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中，因而迄今为止，世界各国发生的碱骨料反应绝大多数为碱硅酸反应。

2、碱碳酸盐反应

1955年加拿大金斯敦城人行路面发生大面积开裂，怀疑是碱骨料反应，用美国ASTM标准的砂浆棒法和化学法试验，属于非活性骨料。后经研究，斯文森于1957年提出一种与碱硅酸反应不同的碱骨料反应—碱碳酸盐反应。

一般的碳酸岩—石灰石和白云石是非活性的，只有象加大金斯敦这种泥质石灰质白云石，才发生碱碳酸盐反应。

碱碳酸盐反应的基理与碱硅反应完全不同，在泥质石灰质白云石中含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙镁反应时，将其中白云石（MgCO3）转化为水石Mg(OH)2，水镁石晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。

碱碳酸盐反应在斯文森提出后，在美国的印地安纳，弗吉尼亚、衣华达等州和其它国家也发现有这种类型的反应，近几年在我国的山东省和山西省也发现有过这种类型的反应。

3、碱硅酸盐反应

1965年基洛物对加拿大的诺发，斯科提亚地方的混凝土膨胀开裂进行研究发现：

（1）形成膨胀岩石属于粘土质岩、千枚岩等层状硅酸盐矿物；

（2）膨胀过程较碱硅酸反应缓慢得多；

（3）能形成反应环的颗粒非常少；

（4）与膨胀量相比析出的碱硅胶过少。

又进一步研究，发现诺发·斯科提亚地方的碱性膨胀岩中，蛭石类矿物的基面间沉积物是可浸出的，在沉积物被浸出后吸水，使基面间距由10A°增大到12A°致使体积膨胀，引起混凝土内部膨胀应力；因此认为这类碱骨料反应与传统的碱硅酸反应不同，并命名为碱硅酸盐反应。对此，国际学术界有争论。我国学者唐明述对此也进行研究，他从全国各地收信了上百种矿物及岩石样品，从矿物和岩石学角度详细研究了其碱活性程度。研究表明，所有层状结构的硅酸盐矿物如叶蜡石、蛇纹岩、伊里石、绿泥石、云母、滑石、高岭石、蛭石等均不具碱活性，有少数发生碱膨胀的，经仔细研究，其中均含有玉髓、微晶石英等含活性氧化硅性氧化硅矿物，从而证明这仍属于碱硅酸反应。这一结论与基洛特起初发现的四个特点也并不矛盾。这个研究报告在第8届国际碱骨料反应学术会议上发表后，得到许多知名学者的赞同。但由于这种反应膨胀进程缓慢，用常规检验碱硅酸反应的方法无法判断其活性；因此，在进行骨料活性和碱骨料反应膨胀检验时，还必须与一般碱硅酸反类型有所区别。

三、碱骨料反应的发生原因（条件）和特征

混凝土工程发生碱骨料反应需要具有三个条件。首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高；第二是骨料中有相当数量的活性成分；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。

早在1940年，斯坦敦用加利福尼亚州骨料作砂浆棒膨胀试验时，就发现水泥含碱量愈高，碱骨料反应的膨胀量愈大，在水泥含碱量低于0.6%时，就可以避免发生碱骨料反应。后来在其他许多国家试验，由于骨料反应。后来在其他许多国家试验，由于骨料反应的活性不同，有时水泥含碱量低于0.4%氧化钠当量，也有发生碱骨料反应膨胀量大的情况；但水泥含碱量高于0.6%称为高碱水泥已为大多数国家接受。随着水泥工业出现含不同混合材的水泥以及混凝土愈来愈多地掺用各种外加剂，以及日本、英国使用海砂配制混凝土，发现混凝土各种原材料成分中的碱（Na2O、K2O），均可导致发生碱骨料对工程的损害。

有关活性骨料，经世界各国许多学者四十余年的研究归纳具有碱活性的骨料如表1所示：

表1中所列含有碱活性的岩石，除最下一行的碳酸岩外，基本上都是含活性二氧化硅的矿物。从表中所列活性成分看，一种是无定形（非晶体）二氧化硅，如蛋白石，火山玻璃；一种是结晶不完整的二氧化硅，

如玉髓、磷石英、微晶石英等，另一种是结晶完整，例如花岗岩为深成岩，其中石英结晶很完整，但由于地壳变动，受挤压力产生晶格扭曲变形，当其中应变石英含量大于30%时，就会发生碱活性。还有一种层状页硅酸盐，属于现在有争议的碱硅酸盐反应活性骨料。

最后一个条件就是潮湿多水，愈是在潮湿多水的环境条件下碱骨料反应对工程的损害发展愈快，往往在同一个混凝土工程，混凝土配制材料具务碱骨料反应的条件，在这个工程潮湿多水的部位首先发生碱骨料反应损害，在其它部位则发展缓慢。

受碱骨料反应膨胀开裂的工程从外观上看，在少钢筋约束的部位为网状裂缝，在受钢筋约束的部位多沿主筋方向开裂，在很多情况下可以看到从裂缝溢出白色或透明胶体的痕迹。在同一工程中潮湿部位发展严重也是其外观特征之一。最后判断还需要从受害的工程取芯样鉴定。

表1 各国已发现碱活性矿物岩石

岩石活性组分

火成岩花岗岩花岗闪长岩紫苏花岗岩应变石英含量>30%

浮石流纹石安山石英安岩粗面岩黑曜岩火山凝灰岩酸至中性富二氧化硅的火山玻璃体鳞岩英

玄武岩玉髓、蛋白石

变质岩片岩片麻岩应变石英含量>30%

石英岩应变石英含量>30%，燧石含量>5%

角页岩千枚岩泥板岩页硅酸盐、变石英

沉积岩砂岩应变石英、燧石含量>5%

硬砂岩页硅酸岩、应变石英

燧石（球状）（板状）微晶石英、玉髓、蛋白石

硅藻土蛋白石、微晶石英

碳酸岩泥质白云石、页硅酸岩

四、碱骨料反应的预防方法

碱骨料反应条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。有人试图用阻挡水分来源的方法控制碱骨料反应的发展，例如笔者见过的日本从大孤到神户的高速公路松原段陆地立交桥，桥墩和梁发生大面积碱骨料反应开裂，日本曾采取将所有裂缝注入环氧树脂，注射后又将整个梁、桥墩表面全用环氧树脂涂层封闭，企图通过阻止水分和湿空气进入的方法控制碱骨料反应的进展，结果仅仅经过一年，又多处开裂。因此世界各国都是在配制混凝土时采取措施，使混凝土工程不具备碱骨料反应的条件。主要有以下几种措施。

1、控制水泥含碱量

自1941年美国提出水泥含量低于0.6%氧气化钠当量（即Na2O+0.658K2O）为预防发生碱骨料反应的安全界限以来，虽然对有些地区的骨料在水泥含量低于0.4%时仍可发生碱骨料反应对工程的损害，但在一般情况下，水泥含量低于0.6%作为预防碱骨料反应的安全界限已为世界多数国家所接受，已有二十多个国家将此安全界限列入国家标准或规范。许多国家如新西兰、英国、日本等国内大部分水泥厂均生产含碱量低于0.6%的水泥。加拿大铁路局则规定，不讼是否使用活性骨料，铁路工程混凝土一律使用含碱量低于0.6%的低碱水泥。

2、控制混凝土中含碱量

由于混凝土中碱的来源不仅是从水泥，而且从混合材、外加剂、水，甚至有时从骨料（例如海砂）中来，因此控制混凝土各种原材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更重要。对此，南非曾规定每m3混凝土中总碱量不得超过2.1kg，英国提出以每m3混凝土全部原材料总碱量（Na2O当量）不超过3kg，已为许多国家所接受。

3、对骨料选择使用

如果混凝土含碱量低于3kg/m3，可以不做骨料活性检验，如果水泥含碱量高或混凝土总碱量高于3kg/m3，则应对骨料进行活性检测，如经检测为活性骨料，则不能使用，或经与非活性骨料按一定比例混合后，经试验对工程无损害时，方可按试验规定的比例混合使用。

4、掺混合材

掺某些活性混合材可缓解、抑制混凝土的碱骨料反应。根据各国试验资料，掺S——10%的硅灰可以有效的抑制碱骨料反应，据悉冰岛自1979年以来，一直在生产水泥时掺5—7.5%硅灰，以预防碱骨料反应对工程的损害。另外掺粉煤灰也很有效，粉煤灰的含碱量不同，经试验，即使含碱量高的粉煤灰，如果取代30%的水泥，也可有效地掏碱骨料反应。另外常用的抑制性混合材还有高炉矿渣，但掺量必须大于50%才能有效地抑制碱骨料反应对工程的损害，现大美、英、德诸国对高炉矿渣的推荐掺量均为50%以上。

5、隔绝水和湿空气的来源

如果在担心混凝土工程发生碱骨料反应的部位能有效地隔绝水和空气的来源，也可以取得缓和碱骨料反应对工程损害的效果。

五、我国土建工程的碱骨料反应的问题

我国水利工程从50年代起就吸取了美国派克大坝等许多土建工程因碱骨料反应破坏而拆除重建的教训，明确规定凡较大水利划等号开采骨料时都要求进取这行活性检验及专家论证，并采取掺大量混合材的水泥以及在现场掺混合材等措施，这些规定至今、仍在水利工程有关规范、标准中沿用。因此我国自50年代以来建设了许多大型水利工程，未出现过碱骨料反应对工程的损害。

另外，我国自50年代起就生产掺大量混合材料厂的水泥，例如六、七十年代大量生产使用有矿渣400号水泥，其中矿渣含量高达60-70%，水泥熟料仅占约30%，即使产量比例不大的普通硅酸盐水泥也掺有

10-15%的混合材，就可以起互通有无缓解与抑制碱骨料反应的作用，因而在八十年代以前，我国一般土建工程尚未见有碱骨料反应对工程损害的报导。

正因为如盯，我国一般土建工程的设计和施工人员对碱骨料反应问题比较生疏，即使某工程发生碱骨料反应特征的开裂缝，也往往认为是养护不好、干缩裂缝、过早加载和水泥后期安定性不好等常见问题所造成，即使有的工程损害严重被迫拆除，也不一定认为是由于碱骨料反应造成的。

自从70年代国际能源危机以来，水泥工业逐渐由湿法生产改为干法生产，我国国营大中型水泥厂到80年代陆续都已改为干法生产，使水泥含碱量增加；特别是在80年代后期，做为利用工业废料和节能措施，将加收高碱窑灰掺入水泥中作为一项先进措施在全国推广，使我国国产水泥含碱量大大增加，1984年又制订不掺混合材的纯硅酸盐水泥标准，这种纯硅酸式盐盐水泥到1989年产量已超额过100万吨。用这种水泥如果骨料活性不作检测，这就为许多工程带来在建成若干年后发生碱骨料反应损害的隐患。据悉，我国某些大厂如冀东、大同、琉璃河、郑州等水泥熟料含碱量均高，约为1%左右，有的还超过1.3%。更值得注意的是我国自七十年代后期以来即以疏酸钠作为水泥混凝土早强剂，而防冰剂则多采用硝酸钠、亚硝酸钠、碳酸钾等，这些盐类中的可溶性钾，钠离子将大大增加混凝土的总碱量，增加碱骨料反应对工程损害的潜在危害。

据了解，我国某机场混凝土跑道已发现碱骨料反应开裂，某大型城市公路立交桥建成刚5年，其潮湿部位开裂已经取样证实为碱骨料反应。由于近几年来我国水泥外加剂等情况的发展变化，混凝土碱骨料反应问题已构成我国土建工程的一大潜在危害，希望我国的建筑、市政、交通等有关混凝土工程的设计、施工工程技术人员对此问题给予应有的重视，采取可能做到的各种措施，预防碱骨料反应对工程的损害。