混凝土碱骨料反应共32页文档
碱骨料反应
混凝土碱骨料反应（Alkali-aggregate reaction, AAR）是指骨料中特定内部成分在一定条件下与混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂等中的碱物质进一步发生化学反应，导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏的现象，严重的会使混凝土结构崩溃，是影响混凝土耐久性的重要因素之一；混凝土碱骨料反应根据反应机制可分为碱硅酸盐反应和碱碳酸盐反应。
发生条件(1) 混凝土中碱含量：过量的Na2O(Na2O+0.66K2O)来自水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围环境。
低碱水泥：钠、钾含量小于0.6%的水泥称为低碱水泥。
发生碱骨料反应的碱含量范围：高活性的硅质骨料(如蛋白石)，大于2.1kg/m3；中等活性的硅质骨料，大于3.0kg/m3;碱—碳酸盐反应活性骨料，大于1.0kg/m3。
(2) 碱活性骨料含活性二氧化硅的岩石分布很广，碱—碳酸盐反应活性的只有黏土质白云石质石灰石。
充分掌握骨科碱活性的情况，建立碱活性骨料分布图。
(3) 潮湿环境现有的现场资料充分证明，绝大部分混凝土构筑物在季节性气候变化的暴露条件下，其内部的相对湿度足以维持膨胀性AAR，因此在沙漠地带的大多数公路、大坝以及干燥气候条件下的桥面和柱也可能保持内部湿度而断续发生膨胀反应。
同时，在控制环境条件下，室内的大型混凝土构件也能长期维持适当的相对湿度。
因此虽然水是碱-骨料反应发生的必要条件之一，但是并没有好的方法预防这一点。
影响因素1）混凝土碱含量碱含量越高，碱骨料反应膨胀开裂越严重；硅质集料的活性越高，其“安全总碱含量”越低。
2）活性骨料含量与尺寸：每种活性骨料都存在一个最不利掺量范围，这与混凝土中活性SiO2/碱含量有关3）矿物掺合料：可有效抑制碱骨料反应对混凝土的破坏。
4）环境温度与湿度：高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用。
5）其它因素：掺入引气剂，可在一定程度上减小碱骨料反应膨胀；骨料颗粒级配的影响：对于不同的活性二氧化硅含量，存在一个不同的最不利颗粒尺寸，此时的膨胀压力最大。
碱骨料反应
➢ 另一方面，去白云石化反应生成的水镁石和方解石晶体颗粒细小，这些 颗粒间存在大量孔隙，使固相反应产物的框架体积大于反应物白云石的 体积，在限制条件下，固相反应产物的框架体积的增大以及水镁石和方 解石晶体生长形成的结晶压，产生膨胀应力。
只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境中， AAR破坏才会发生；有效隔绝水的来源是防治AAR破坏的一个有 效措施。
2、影响因素
➢碱含量越高，碱骨料反 应膨胀开裂越严重；
(1) 混凝土中碱含量： ➢硅质集料的活性越高，
其“安全总碱含量”越低；
➢ACR的安 全总碱量远 低于ASR， 更难预防。
(2) 活性骨料含量：
每种活性骨料都存在一个最不利掺量范围，这与混凝土 中活性SiO2/碱含量有关．
原始SiO2/Na2O与溶胶中SiO2/Na2O 当SiO2/Na2O的摩尔比为4.75时，溶胶中 SiO2/Na2O的摩尔比达到最大值4.5，此时溶胶 中的SiO2含量最高、胶粒尺寸小，具有最强的 吸水膨胀性，破坏能力最强。
碱—硅酸盐反应的实质仍属碱-硅酸反应。
二、碱一骨料反应发生条件与影响因素
1、发生条件
＊混凝土中含有充足的碱(Na2O与K2O)； ＊骨料中含有碱活性矿物； ＊潮湿环境。
(1) 混凝土中碱含量：当量Na2O(Na2O+0.66K2O) ➢ 来自水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围
环境。 ➢ 低碱水泥：钠、钾含量小于0.6%的水泥称为低碱水泥。
法国北部调查了1970 年后建成的860 座桥,受AAR 破坏者为123 座,占14 %；
混凝土碱骨料反应问题及预防措施
混凝土碱骨料反应问题及预防措施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。
混凝土碱骨料反应
蛋白石
玉髓
＊取决于骨料中2的结晶程度和混凝土中碱含量
反应机理：
膨胀机理： 吸水后的碱硅酸凝胶体体积远远大于反应前固体体积， 最大时体积可增长3倍以上，大量凝胶体在混凝土骨料界面 区的积聚、膨胀，导致混凝土沿着界面产生不均匀膨胀、 开裂。
2、碱—碳酸盐反应
定义：某些骨料中的碳酸盐矿物与碱发生的化 学反应引起混凝土的地图状开裂。
指白云石与石灰石含量大
致相等，粘土的质量含量 约为5%一20%，白云石颗 粒粒径约在50μm以下且被 微晶方解石和黏土包围。
指孔溶液中的、、，来自水 泥、外加剂、环境等。
反应机理：碱与白云石发生反应, 去白云化()。 (3)2 + 2 ()2 + 3 + R23 R23()2=23
去白云石化反应是一个固相体积减小过程，膨胀破坏如何产生?
(4) 环境温度与湿度： 高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用。
砂浆先干燥蒸发一定水后再湿热养护膨胀率
不同温度下砂浆棒膨胀随时间的增长情况
混凝土碱骨料反应主要影响因素
混凝土碱含量，增加 碱活性骨料，最不利含量范围 矿物掺合料，增加掺量 环境条件，高温、高湿 掺减水剂、引气剂
混凝土桥梁中,有165 座已确信受 的破坏,有303 座被怀疑为 所破 坏；
丹麦早在50年代调查全国431 座混凝土建筑物,其中3/4 的建筑物 遭受了不同程度的 破坏;
法国北部调查了1970 年后建成的860 座桥,受 破坏者为123 座,占 14 %；
中国在1990年后相继发现了立交桥、机场、大型预应力混凝土铁 路桥梁和轨枕、工业及民用建筑因 而破坏。
另一方面，去白云石化反应生成的水镁石和方解石晶体颗 粒细小，这些颗粒间存在大量孔隙，使固相反应产物的框 架体积大于反应物白云石的体积，在限制条件下，固相反 应产物的框架体积的增大以及水镁石和方解石晶体生长形
碱骨料反应对混凝土的影响与防控
碱骨料反应对混凝土的影响与防控混凝土是一种常用的建筑材料，其质量直接关系到建筑物的安全性和耐久性。
而碱骨料反应（ASR）是一种常见的混凝土病害，可能导致混凝土的开裂和损坏。
本文将探讨碱骨料反应对混凝土的影响，并介绍一些防控方法。
一、碱骨料反应的定义和机理碱骨料反应是指混凝土中的碱金属离子与骨料中的硅酸盐矿物质发生化学反应，形成胶状物质导致混凝土体积膨胀的现象。
这种反应主要发生在碱含量较高、骨料中含有易受碱激发矿物质（如粘土矿物和玻璃体）的情况下。
碱骨料反应主要包括两个阶段的反应：起始反应和稳定阶段。
起始反应通常在混凝土硬化后3个月左右开始，此时混凝土内部的胶凝材料发生膨胀，引起混凝土的开裂。
随后的稳定阶段，反应速率减缓，但膨胀仍在持续，进一步加剧混凝土的开裂程度。
二、碱骨料反应对混凝土的影响1. 引起混凝土开裂：碱骨料反应导致混凝土中发生胶凝物的生成，从而引起体积膨胀和应力的积累。
这些应力会导致混凝土开裂，破坏混凝土的完整性和力学性能。
2. 降低混凝土的耐久性：由于混凝土开裂，水和有害物质可以渗透到混凝土内部，进一步加剧混凝土的损伤。
这些渗透物质可以与混凝土内部的碱矿物质反应，形成溶解的胶状产物，破坏混凝土的骨架结构，降低混凝土的耐久性。
3. 影响混凝土的外观和性能：碱骨料反应还会使混凝土表面产生裂缝和鼓泡现象，降低混凝土的外观质量。
此外，反应产生的胶状物质还可以导致混凝土的变形、变色等性能问题。
三、碱骨料反应的防控方法针对碱骨料反应对混凝土的负面影响，我们可以采取以下防控方法：1. 选择合适的骨料：选择低碱含量的骨料，或者经过处理去除碱性物质的骨料，可以有效减少碱骨料反应的发生。
2. 控制混凝土中的碱含量：通过调整混凝土配方中的碱含量，使其控制在合理范围内，避免过高的碱含量导致反应的发生。
3. 使用添加剂：添加剂可以抑制碱骨料反应的发生。
常用的添加剂有碱活性矿物掺合料、硅酸盐水泥和矽灰等。
4. 增加养护措施：加强混凝土养护，避免混凝土在早期脱水过快，从而减缓碱骨料反应的进行。
混凝土中碱-骨料反应原理及防控
混凝土中碱-骨料反应原理及防控一、混凝土中碱-骨料反应的概念和表现混凝土中碱-骨料反应是指水泥混凝土中的碱性化学物质与含有高硅酸盐的骨料发生反应，导致混凝土的体积膨胀和裂缝形成，严重影响混凝土的力学性能和耐久性能。
碱-骨料反应是一种极具破坏性的化学反应，主要表现为混凝土表面出现龟裂、脱落、开裂、剥落等现象，也会引起混凝土的膨胀和变形，影响混凝土的承载能力和使用寿命。
二、混凝土中碱-骨料反应的原理碱-骨料反应的本质是水泥中的碱性化学物质和骨料中的硅酸盐发生化学反应，形成一种新的胶凝物质——碱硅酸盐凝胶。
这种胶凝物质会不断地吸收水分，导致混凝土的体积膨胀，并在混凝土内部形成一个类似于海绵的结构，从而引起混凝土的开裂和脱落。
碱-骨料反应的反应式如下：Na2O·nSiO2 + H2O → NaOH + Na2O·2SiO2·nH2O其中，Na2O·nSiO2代表硅酸盐，H2O代表水分，NaOH代表氢氧化钠，Na2O·2SiO2·nH2O代表碱硅酸盐凝胶。
三、混凝土中碱-骨料反应的影响因素1.水泥中的碱含量水泥中的碱含量是影响碱-骨料反应的主要因素之一。
当水泥中的碱含量过高时，会增加混凝土中碱性物质的含量，从而加剧混凝土的膨胀和龟裂。
2.骨料中的硅酸盐含量骨料中的硅酸盐含量也是影响碱-骨料反应的重要因素。
当骨料中的硅酸盐含量过高时，会增加混凝土中碱性物质的反应面积，从而加剧混凝土的膨胀和裂缝。
3.混凝土中的水分含量混凝土中的水分含量也会影响碱-骨料反应。
当混凝土中的水分含量过高时，会加速碱硅酸盐凝胶的形成速度，从而加剧混凝土的膨胀和开裂。
4.环境条件环境条件也会影响碱-骨料反应。
例如，高温、高湿等条件会加速碱硅酸盐凝胶的形成速度，从而加剧混凝土的膨胀和开裂。
四、混凝土中碱-骨料反应的防控措施1.降低水泥中的碱含量降低水泥中的碱含量是防止碱-骨料反应的有效措施之一。
浅析混凝土碱骨料反应及预防措施
８００ ） ３０２
常被 称 为 混凝 土 的 “ 症 ” 笔 者 阐 述 了碱 骨 料 反 应 的 分 类 、 癌 ， 机 理 以及 发 生 的 条 件 ，从 控 制 原 材 料 的碱 含 量 、 骨 料 的 选
中 图分 类 号 ：Ｔ ５ ２ Ｕ ０
文 献 标 识 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１７ ４ １ （０ １ １— ０ ６— ２ ６２— ０ ｌ ２ １ ）０ ０ １ ０
０ 前
言
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 后将引起 混凝上 内部 产生膨胀 应 力 ，而碱
的措 施 。
关 键 词 ：混 凝 土 、 骨 料 反 应 、 物 掺 合 料 、 防 措施 碱 矿 预
这 种 反 应就 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 。
２ ＯＨ ＋Ｓ Ｏ２＋ｎ Ｏ— — Ｎａ Ｏ ・ ｉ ・ Ｈ２ Ｎａ ｉ Ｈ２ ２ Ｓ Ｏ２ ｎ Ｏ
导致体积膨胀 的水分 。
东 济 南 、吉 林 长 春 和 北 京 通 县 的 机 场 跑 道 等 等 也有 不 同 程 度 开 裂 。近 年 来 ，部 分 学 者 对 新 疆 地 区 的 集 料 研 究 表 明 ， 新疆大部分地区的集料存 在高 的碱活性 ，新疆 地区 的碱
骨料控制形势非常严 峻。
碱 一 碳酸盐反应 与碱 一硅酸反 应完全 不 同，因泥质 石 灰 质 白 云石 中含 粘 上 和 方 解 石 较 多 ，碱 与 这 种 碳 酸 钙 反 应
碱骨料反应
碱骨料反应造成混凝土开裂的机理
碱骨料反应的危害
碱骨料反应的结果不是提高和改善混凝土的结构，而是在 混凝土中产生膨胀应力，至一定程度后引起混凝土开裂或 混凝土结构破坏。碱骨料反应是混凝土的重要耐久性指标 之一，由于具有反应过程缓慢、影响因素十分复杂、引起 混凝土开裂的时间难预测且一旦发生破坏几乎无法修补等 特点，素有混凝土“癌症”之称。
环境控制
只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境中， AAR破坏才会发生。
有效隔绝水的来源是防治AAR破坏的一个有效措施。
高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用，隔绝水和 湿空气的来源。
如果在混凝土工程易发生碱骨料反应的部位能有效地隔绝 水和空气的来源，也可以有效抑制混凝土碱骨料反应。
国家对混凝土碱含量的规定
防止碱-硅酸反应破坏混凝土碱含量的限制或措施
环境条件
混凝土最大含碱量（kg/m3）
一般工程结构 重要工程结构 特殊工程结构
干燥环境
潮湿环境 含碱环境
不限制
3.5 3.0
不限制
3.0
3.0
2.1
用非活性材料
注 1.处于含碱环境中的一般工程结构在限制混凝土碱含量的同时，应对混凝土表面 做防碱涂层，否则应换用非活性材料。 2.大体积混凝土结构（如大坝等）的水泥碱含量应符合有关行业标准规范。
碱-骨料反应原理
碱骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR)是指混凝 土中的碱(K2O、Na2O)与活性骨料（燧石、蛋白石、安山岩等等） 之间发生的化学反应。
水泥中95 %以上的主要成分是CaO ，SiO2 ，Al2O3 ，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应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. Na2O 水化后生成NaOH ， K2O 水化后生成KOH。而NaOH和K2O是强碱，能与活性比它们 弱的元素发生置换反应。
混凝土的碱-骨料反应
#0* 的膨胀机理与 #(* 是完全不同的 " 大量
的研究证明 !#0* 是孔溶液中的碱 ,96/8&6% 与骨料 中 的 白 云 石 .0&=>?03"@4/ 之 间 的 反 应 ! 其 反 应 方 程式如下 #
#(* %& 碱 ! 碳酸盐反应 $#$%&$’!0&12-.&,+ *+&)! ,’-./ 简称 #0*% 和碱 ! 硅酸盐反应 $#$%&$’!(’$’)& *+&),’-. %’ ##* 破坏往往是以上 " 种类型协同作 用的结果 ! 正确评价 " 者在混凝土耐久性破坏的作 用就显得尤为必要 " ##* 膨胀破坏的特征是产生
混凝土碱骨料反应的机理及预防方法
碱骨料反应的预防方法发布: 2011-1-13 16:33 | 编辑: 小平 |【水泥人网】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。