混凝土碱骨料反应

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1、混凝土碱骨料反混凝土碱骨料反应1940年年,Stanton发现发现California, Bradley的公路的公路AAR破坏破坏 碱骨料反应碱骨料反应(Alkali-aggregate Reaction，AAR)：混凝土中的混凝土中的混凝土中的混凝土中的碱碱碱碱(Na(Na+ +、KK+ +、OHOH- -) )与具有碱活性的骨料发生的一种膨胀性化与具有碱活性的骨料发生的一种膨胀性化与具有碱活性的骨料发生的一种膨胀性化与具有碱活性的骨料发生的一种膨胀性化学反应学反应学反应学反应，混凝土的混凝土的混凝土的混凝土的“ “癌症癌症癌症癌症” ”。国内外概况国内外概况l l自自自自StantonSt

2、anton之后，美国其它州也相继发现之后，美国其它州也相继发现之后，美国其它州也相继发现之后，美国其它州也相继发现AARAAR破坏，目前美国有破坏，目前美国有破坏，目前美国有破坏，目前美国有半数以上州发生了半数以上州发生了半数以上州发生了半数以上州发生了AARAAR破坏；破坏；破坏；破坏；l l加拿大加拿大加拿大加拿大19531953年发现首例年发现首例年发现首例年发现首例AARAAR破坏事例，目前几乎遍及各省地区；破坏事例，目前几乎遍及各省地区；破坏事例，目前几乎遍及各省地区；破坏事例，目前几乎遍及各省地区；l l英国自英国自英国自英国自1975 1975 年发现首例年发现首例年发现首例年发

3、现首例AAR AAR 破坏事例，近期调查表明在破坏事例，近期调查表明在破坏事例，近期调查表明在破坏事例，近期调查表明在6000 6000 座座座座钢筋混凝土桥梁中钢筋混凝土桥梁中钢筋混凝土桥梁中钢筋混凝土桥梁中, ,有有有有165 165 座已确信受座已确信受座已确信受座已确信受AAR AAR 的破坏的破坏的破坏的破坏, ,有有有有303 303 座被怀座被怀座被怀座被怀疑为疑为疑为疑为AAR AAR 所破坏；所破坏；所破坏；所破坏；l l丹麦早在丹麦早在丹麦早在丹麦早在5050年代调查全国年代调查全国年代调查全国年代调查全国431 431 座混凝土建筑物座混凝土建筑物座混凝土建筑物座混凝土建

4、筑物, ,其中其中其中其中3/4 3/4 的建筑物的建筑物的建筑物的建筑物遭受了不同程度的遭受了不同程度的遭受了不同程度的遭受了不同程度的AAR AAR 破坏破坏破坏破坏; ;l l法国北部调查了法国北部调查了法国北部调查了法国北部调查了1970 1970 年后建成的年后建成的年后建成的年后建成的860 860 座桥座桥座桥座桥, ,受受受受AAR AAR 破坏者为破坏者为破坏者为破坏者为123 123 座座座座, ,占占占占14 %14 %；l l中国在中国在中国在中国在19901990年后相继发现了立交桥、机场、大型预应力混凝土铁年后相继发现了立交桥、机场、大型预应力混凝土铁年后相继发现了

5、立交桥、机场、大型预应力混凝土铁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、工业及民用建筑因路桥梁和轨枕、工业及民用建筑因路桥梁和轨枕、工业及民用建筑因路桥梁和轨枕、工业及民用建筑因AAR AAR 而破坏。而破坏。而破坏。而破坏。AAR AAR 已成为混凝土工程的全球性灾害问题。已成为混凝土工程的全球性灾害问题。已成为混凝土工程的全球性灾害问题。已成为混凝土工程的全球性灾害问题。 指指无定形二氧化硅、无定形二氧化硅、隐晶质、微晶质隐晶质、微晶质和和玻璃质二氧化硅。玻璃质二氧化硅。如如:蛋白石、玉髓蛋白石、玉髓、隧石、受应力变型隧石、受应力变型的石英。的石英。一、碱一骨料反应机理

6、一、碱一骨料反应机理1、碱硅酸反应 定义：骨料中的定义：骨料中的活性二氧化硅活性二氧化硅活性二氧化硅活性二氧化硅与与碱碱碱碱发生化学反应生成膨胀发生化学反应生成膨胀性碱硅胶，导致混凝土膨胀性开裂。性碱硅胶，导致混凝土膨胀性开裂。指指孔溶液中的孔溶液中的Na+、K+、OH-，来自水泥、外加剂、环境等。来自水泥、外加剂、环境等。 取决于骨料中取决于骨料中取决于骨料中取决于骨料中SiOSiO2 2的结晶程度和混凝土中碱含量的结晶程度和混凝土中碱含量的结晶程度和混凝土中碱含量的结晶程度和混凝土中碱含量蛋白石蛋白石玉髓玉髓l反应机理：反应机理：l 膨胀机理：膨胀机理： 吸水后的碱硅酸凝胶体体积远远大于反

7、应前固体体积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，最大时体积可增长时体积可增长3倍以上，大量凝胶体在混凝土骨料界面区的积聚、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。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l定义：定义：某些骨料中的碳酸盐矿物某些骨料中的碳酸盐矿物某些骨料中的碳酸盐矿物某些骨料中的碳酸盐矿物与与碱碱碱碱发生的化学反应引起发生的化学反应引起混凝土的地图状开裂。混凝土的地图状开裂。指指白云石与石灰石含量大致白云石与石灰石含量大致相等，粘土的质量含量约为相等，粘土的质量含量约为5%一一20%，白云石

8、颗粒粒径，白云石颗粒粒径约在约在50m以下且被微晶方解以下且被微晶方解石和黏土包围。石和黏土包围。 指指孔溶液中的孔溶液中的Na+、K+、OH-，来自水泥、外加剂、环境，来自水泥、外加剂、环境等。等。 l反应机理：反应机理：碱与白云石发生反应碱与白云石发生反应, 去白云化去白云化(dedolomitization)。CaMg(CO3)2 + 2ROH =Mg(OH)2 + CaCO3 + R2CO3R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3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? l膨胀机理：膨胀机理：ppGillot

9、tGillott认为：白云石晶体中包裹有干燥的黏土，去白云石化反应使菱形认为：白云石晶体中包裹有干燥的黏土，去白云石化反应使菱形白云石晶体遭受破坏，使黏土暴露出来，白云石晶体遭受破坏，使黏土暴露出来，黏土吸水膨胀，从而造成破坏黏土吸水膨胀，从而造成破坏黏土吸水膨胀，从而造成破坏黏土吸水膨胀，从而造成破坏作用。作用。作用。作用。pp唐明述院士唐明述院士唐明述院士唐明述院士认为：活性碳酸盐岩石的显微结构特征是：微晶方解石和网认为：活性碳酸盐岩石的显微结构特征是：微晶方解石和网络状分布的粘土构成了这种岩心的基质，菱形白云石晶体彼此孤立地分络状分布的粘土构成了这种岩心的基质，菱形白云石晶体彼此孤立地分

10、布于其中。布于其中。一方面，一方面，+ +、OHOH- -和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀，这些离子之，这些离子之所以会挤入受限空间发生反应，主要是由于去白云化反应为自由能降低所以会挤入受限空间发生反应，主要是由于去白云化反应为自由能降低的过程，的过程，G= - 12.18 kJ /mol 。 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颗粒间存在大量

11、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，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固相反应产物的框架体积的增大以及水镁石和方固相反应产物的框架体积的增大以及水镁石和方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，产生膨胀应力解石晶体生长形成的结晶压，产生膨胀应力解石晶体生长形成的结晶压，产生膨胀应力解石晶体生长形成的结晶压，产生膨胀应力。3、碱、碱硅酸盐反应硅酸盐反应 定义：定义：碱与某些层状硅酸盐骨料反应，使层状硅酸盐层间碱与某些层状硅酸盐骨料反应，使层状硅酸盐层间距离增大，骨料发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂。距离增大，骨

12、料发生膨胀，造成混凝土膨胀、开裂。n 蛇纹石、伊里石、绿泥石、滑心、白云母、黑云母、铁蛇纹石、伊里石、绿泥石、滑心、白云母、黑云母、铁锂云母、高岭石、微晶高岭石等层状结构的硅酸盐矿物；锂云母、高岭石、微晶高岭石等层状结构的硅酸盐矿物；n 很多人反对将这种碱很多人反对将这种碱骨料反应划分为新的一类；骨料反应划分为新的一类；n 唐明述院士研究表明：这些层状结构硅酸盐矿物自身不唐明述院士研究表明：这些层状结构硅酸盐矿物自身不具有碱活性，产生膨胀反应的是其中含有微晶石英或玉髓。具有碱活性，产生膨胀反应的是其中含有微晶石英或玉髓。碱碱硅酸盐反应的实质仍属碱硅酸盐反应的实质仍属碱-硅酸反应。硅酸反应。二、

13、碱一骨料反应发生条件与影响因素二、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混凝土中含有充足的碱(Na2O与与K2O)；骨料中含有碱活性矿物；骨料中含有碱活性矿物；潮湿环境。潮湿环境。 (1) 混凝土中碱含量：当量混凝土中碱含量：当量Na2O(Na2O+0.66K2O) 来自来自水泥水泥水泥水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围环境。环境。低碱水泥低碱水泥低碱水泥低碱水泥：钠、钾含量小于：钠、钾含量小于0.6%的水泥称为低碱水泥。的水泥称为低碱水泥。 发生碱骨料反应的碱含量范围：发生碱骨料反应的碱含量范围：l 高活性的硅质骨

14、料高活性的硅质骨料(如蛋白石如蛋白石)，大于，大于2.1kg/m3;l 中等活性的硅质骨料，大于中等活性的硅质骨料，大于3.0kg/m3;l 碱碱碳酸盐反应活性骨料，大于碳酸盐反应活性骨料，大于1.0kg/m3。 我国标准我国标准CECS53:93混凝土碱含量限制标准混凝土碱含量限制标准中，提出中，提出了防止碱了防止碱硅酸反应的碱含量限值。硅酸反应的碱含量限值。(2) 碱活性骨料碱活性骨料含活性二氧化硅的岩石分布很广，含活性二氧化硅的岩石分布很广，碱碱碳酸盐反应活性的只碳酸盐反应活性的只有有黏土质白云石质石灰石黏土质白云石质石灰石。充分掌握骨科碱活性的情况，。充分掌握骨科碱活性的情况，建立碱建

15、立碱活性骨料分布图活性骨料分布图。火火成成岩岩花花岗岗岩岩应变应变石英含量石英含量30花花岗闪长岗闪长岩岩紫紫苏苏花花岗岗岩岩浮石浮石酸至中性富二氧酸至中性富二氧化硅的火山化硅的火山玻璃体、玻璃体、鳞鳞石英石英流流纹纹石石安山石安山石英安岩英安岩粗面岩粗面岩珍珠岩珍珠岩黑耀岩黑耀岩火山凝灰岩火山凝灰岩低硅玄武岩低硅玄武岩玉髓、蛋白石玉髓、蛋白石变变质质岩岩片岩片岩应变应变石英含量石英含量30片麻岩片麻岩石英岩石英岩应变应变石英含量石英含量30 ，隧，隧石含量石含量5角角页页岩岩页页硅酸硅酸盐盐、变变石英石英干枚岩干枚岩泥板岩泥板岩沉沉积积岩岩砂岩砂岩应变应变石英、隧石含量石英、隧石含量5硬砂岩

16、硬砂岩页页硅酸岩、硅酸岩、应变应变石英石英隧石隧石微晶石英、玉髓、蛋白石微晶石英、玉髓、蛋白石硅藻土硅藻土蛋白石、微晶石英蛋白石、微晶石英碳酸岩碳酸岩泥泥质质白云石、白云石、页页硅酸岩硅酸岩各各国国已已发发现现碱碱活活性性矿矿物物(3) 潮湿环境潮湿环境只有在空气只有在空气相对湿度大于相对湿度大于80%，或直接接触水的环境，或直接接触水的环境中，中，AAR破坏才会发生；破坏才会发生；有效隔绝水的来源有效隔绝水的来源是防治是防治AAR破坏的一个有破坏的一个有效措施。效措施。2、影响因素(1) 混凝土中碱含量混凝土中碱含量：碱含量越高，碱骨料反碱含量越高，碱骨料反应膨胀开裂越严重；应膨胀开裂越严重

17、；硅质集料的活性越高，硅质集料的活性越高，其其“安全总碱含量安全总碱含量”越低；越低；ACR的安的安全总碱量远全总碱量远低于低于ASR，更难预防。更难预防。(2) 活性骨料含量：活性骨料含量：每种活性骨料都存在一个最不利掺量范围，每种活性骨料都存在一个最不利掺量范围，这与混凝土这与混凝土中中活性活性SiO2/碱含量碱含量有关有关 原始原始SiO2/Na2O与溶胶中与溶胶中SiO2/Na2O当当SiO2/Na2O的摩尔比为的摩尔比为4.75时时，溶胶中，溶胶中SiO2/Na2O的摩尔比达到最大值的摩尔比达到最大值4.5，此时溶胶，此时溶胶中的中的SiO2含量最高、胶粒尺寸小，具有最强的含量最高、

18、胶粒尺寸小，具有最强的吸水膨胀性，破坏能力最强。吸水膨胀性，破坏能力最强。 (3) 矿物掺合料：矿物掺合料：可有效抑制碱骨料反应对混凝土的破坏。可有效抑制碱骨料反应对混凝土的破坏。掺硅灰掺硅灰掺粉煤灰掺粉煤灰p火山灰作用降低水泥石中的大量火山灰作用降低水泥石中的大量Ca(OH)2；p生成大量低生成大量低Ca/Si比水化产物，对比水化产物，对碱的物理稀释和吸附；碱的物理稀释和吸附；p物理填充和火山灰反应使水泥石物理填充和火山灰反应使水泥石结构更加致密。结构更加致密。 (4) 环境温度与湿度：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。高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用。不同温

19、度下砂浆棒膨胀随时间的增长情况不同温度下砂浆棒膨胀随时间的增长情况砂浆先干燥蒸发一定水后再湿热养护膨胀率砂浆先干燥蒸发一定水后再湿热养护膨胀率混凝土碱骨料反应主要影响因素混凝土碱骨料反应主要影响因素混凝土碱含量，增加混凝土碱含量，增加碱活性骨料，最不利含量范围碱活性骨料，最不利含量范围矿物掺合料，增加掺量矿物掺合料，增加掺量环境条件，高温、高湿环境条件，高温、高湿掺减水剂、引气剂掺减水剂、引气剂三、碱一骨料反应破坏特征三、碱一骨料反应破坏特征 1) 时间特征:510年内发生破坏年内发生破坏, 比比其它耐久性破坏的速度快其它耐久性破坏的速度快其它耐久性破坏的速度快其它耐久性破坏的速度快。工程名称

20、工程名称建设时间建设时间发现明显碱骨料破坏发现明显碱骨料破坏破坏年限破坏年限英国西南部普利茅斯城，英国西南部普利茅斯城，老沼泽磨坊桥老沼泽磨坊桥1969-1970年年70年代未，明显裂缝年代未，明显裂缝10年左右年左右加拿大康沃尔城，某公路加拿大康沃尔城，某公路1979年年1986年，整个路面呈蛛年，整个路面呈蛛网状开裂网状开裂7年年加拿大，博赫尔洛依斯水电站加拿大，博赫尔洛依斯水电站1928 年开始年开始1940 年，发现电站坝体年，发现电站坝体因裂缝而渗漏因裂缝而渗漏12年年英国普利茅斯，停车场英国普利茅斯，停车场1970 年年1980 年，决定修补年，决定修补10年年香港，某水处理厂香港

21、，某水处理厂1980-1982年年1991年，明显开裂年，明显开裂9-12年年香港，香港，North Point 公立学校公立学校1987年年1999年，明显开裂年，明显开裂12年年香港某水处理厂香港某水处理厂2) 膨胀特征:膨胀开裂发生在整个结构物中，使结构物发生整膨胀开裂发生在整个结构物中，使结构物发生整体位移或变形，如膨胀错位、弯曲、扭翘等。体位移或变形，如膨胀错位、弯曲、扭翘等。3)开裂特征:p内部骨料周围膨胀受压，内部骨料周围膨胀受压，表面混凝土受拉开裂表面混凝土受拉开裂表面混凝土受拉开裂表面混凝土受拉开裂。p对于不受约束和荷载或对于不受约束和荷载或约束和荷载较小的部位约束和荷载较小

22、的部位约束和荷载较小的部位约束和荷载较小的部位，般形般形成成网状裂缝网状裂缝网状裂缝网状裂缝（表面保护层呈地图状裂缝）。（表面保护层呈地图状裂缝）。p对于对于钢筋限制力较大钢筋限制力较大钢筋限制力较大钢筋限制力较大的区域，裂缝常常的区域，裂缝常常平行于钢筋方向平行于钢筋方向平行于钢筋方向平行于钢筋方向；在在外部压应力作用外部压应力作用外部压应力作用外部压应力作用下，裂缝也会下，裂缝也会平行于压应力方向平行于压应力方向平行于压应力方向平行于压应力方向。p碱碱-骨料反应在开裂的同时，骨料反应在开裂的同时，经常出现局部膨胀经常出现局部膨胀经常出现局部膨胀经常出现局部膨胀，使裂，使裂缝两侧的混凝土出现

23、高低错位和不平整。缝两侧的混凝土出现高低错位和不平整。混凝土表面网状裂缝混凝土表面网状裂缝4)凝胶析出特征:发生发生碱碱碱碱硅酸反应硅酸反应硅酸反应硅酸反应的混凝土表面经常可以看到的混凝土表面经常可以看到有透明有透明有透明有透明或淡黄色凝胶析出或淡黄色凝胶析出或淡黄色凝胶析出或淡黄色凝胶析出；碱碱碱碱碳酸盐反应碳酸盐反应碳酸盐反应碳酸盐反应中未生成凝胶，混凝中未生成凝胶，混凝土表面土表面无凝胶析出无凝胶析出无凝胶析出无凝胶析出。5)内部特征: 在骨料间产生网状的内部裂缝，在钢筋等约束或外压在骨料间产生网状的内部裂缝，在钢筋等约束或外压应力作用下，应力作用下，裂缝会平行于压应力方向成列分布裂缝会

24、平行于压应力方向成列分布，与外部，与外部裂缝相连；某些骨料周围形成一些裂缝相连；某些骨料周围形成一些深色的反应环深色的反应环；混凝土；混凝土内部空隙、裂缝、骨料内部空隙、裂缝、骨料浆体界面浆体界面发现凝胶发现凝胶。 6)潮湿特征:越潮湿的部位反应越强烈越潮湿的部位反应越强烈越潮湿的部位反应越强烈越潮湿的部位反应越强烈，膨胀和开裂破坏越明显；对于，膨胀和开裂破坏越明显；对于碱碱硅酸反应引起的破坏，越潮湿的部位其凝胶析出等特征也硅酸反应引起的破坏，越潮湿的部位其凝胶析出等特征也越明显。越明显。混凝土工程碱骨料破坏特征混凝土工程碱骨料破坏特征时间范围：时间范围：510年年体积变形：整体膨胀体积变形：

25、整体膨胀表面裂缝：网状开裂表面裂缝：网状开裂表面析出物：透明或淡黄色凝胶表面析出物：透明或淡黄色凝胶内部特征：沿界面开裂，骨料周围反应环内部特征：沿界面开裂，骨料周围反应环外界条件：潮湿环境外界条件：潮湿环境四、碱骨料反应检测方法四、碱骨料反应检测方法骨料的碱活性检测是防止新建混凝土骨料的碱活性检测是防止新建混凝土AAR破破坏的重要手段。坏的重要手段。检测方法检测方法美国美国ASTM欧洲欧洲RILEM英国英国加拿大加拿大CSA中国中国岩相法岩相法C295AAR-1BS 812：Part 104-水工砼试验水工砼试验规程规程(SD105 -82) 化学法化学法C289-砂浆棒法砂浆棒法C227

26、-快速砂浆棒快速砂浆棒法法C1260AAR-2DD 249:1999A23.2-25A混凝土棱柱混凝土棱柱体法体法 Cl293AAR-3BS 812：Part 123A23 .214A-蒸压法蒸压法AAR-4(混凝土混凝土)-CECS48 93 (砂浆砂浆)1) 岩相法岩相法(ASTM C295)： 基于基于光性矿物学理论光性矿物学理论，把骨料磨制成薄片，在，把骨料磨制成薄片，在偏光显微偏光显微镜下鉴定岩相种类、矿物组成及其含量，矿物结晶程度和结镜下鉴定岩相种类、矿物组成及其含量，矿物结晶程度和结构等构等来判断骨料是否为活性；还可借助于扫描电镜，来判断骨料是否为活性；还可借助于扫描电镜，X-衍

27、衍射分析、差热分析、红外光谱分析等手段射分析、差热分析、红外光谱分析等手段 。 主要特点：主要特点：pp操作简单，试验速度快；操作简单，试验速度快；操作简单，试验速度快；操作简单，试验速度快；pp适用范围广，可直接观察到集料中的活性组分；适用范围广，可直接观察到集料中的活性组分；适用范围广，可直接观察到集料中的活性组分；适用范围广，可直接观察到集料中的活性组分；pp得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系；得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系；得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系；得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系；pp需要有相当熟练的技术。需要有相当熟练的技术。需要有相当熟练的技术。需要有相当

28、熟练的技术。 应用方面：作为集料碱活性鉴定的首选方法，其鉴定结果应用方面：作为集料碱活性鉴定的首选方法，其鉴定结果应用方面：作为集料碱活性鉴定的首选方法，其鉴定结果应用方面：作为集料碱活性鉴定的首选方法，其鉴定结果对进一步选择合适的检测方法具有重要指导作用对进一步选择合适的检测方法具有重要指导作用对进一步选择合适的检测方法具有重要指导作用对进一步选择合适的检测方法具有重要指导作用l高碱波特兰水泥：碱含量大于0.8%，或外加1.79mol/L NaOH溶液调整；l骨料：级配满足下表要求；l灰砂比：质量比l:2.25；l砂浆流动度：105 mm-120 mm：l试体尺寸：25mm 25mm 285

29、mm。2) 砂浆棒法砂浆棒法 (ASTM C227)： 直接测量砂浆长度以反映集料与碱作用所产生的膨直接测量砂浆长度以反映集料与碱作用所产生的膨胀率大小，是检测骨料碱活性的经典方法。胀率大小，是检测骨料碱活性的经典方法。筛孔尺寸/mm质量百分比(%)筛孔尺寸/mm质量百分比(%)52.5100.630.315252.51.25250.3150.16151.250.63251d1m2m3m6m9m12mDemould (L0)L1L2L3LLLCure at (382) and RH95% Initial 1 m 2m 3m 6m 9m 12m 评定标准：评定标准：评定标准：评定标准： 3 3个

30、月膨胀率小于个月膨胀率小于个月膨胀率小于个月膨胀率小于0 .05%0 .05%或或或或6 6个月小于个月小于个月小于个月小于0 .1%0 .1%，非活性集料。，非活性集料。，非活性集料。，非活性集料。 主要特点：主要特点：pp提出时间较早、技术成熟，可直接观测到膨胀值大小；提出时间较早、技术成熟，可直接观测到膨胀值大小；提出时间较早、技术成熟，可直接观测到膨胀值大小；提出时间较早、技术成熟，可直接观测到膨胀值大小；pp试验周期较长，时间上不能满足很多情况下工程需要；试验周期较长，时间上不能满足很多情况下工程需要；试验周期较长，时间上不能满足很多情况下工程需要；试验周期较长，时间上不能满足很多情

31、况下工程需要；pp适用于活性较高、反应较快的骨料，对于反应较慢的活适用于活性较高、反应较快的骨料，对于反应较慢的活适用于活性较高、反应较快的骨料，对于反应较慢的活适用于活性较高、反应较快的骨料，对于反应较慢的活性骨料或活性较低的骨料往往导致误判（英国、日本）；性骨料或活性较低的骨料往往导致误判（英国、日本）；性骨料或活性较低的骨料往往导致误判（英国、日本）；性骨料或活性较低的骨料往往导致误判（英国、日本）；pp检测结果受水泥碱含量、水灰比、养护容器的湿度控制检测结果受水泥碱含量、水灰比、养护容器的湿度控制检测结果受水泥碱含量、水灰比、养护容器的湿度控制检测结果受水泥碱含量、水灰比、养护容器的湿

32、度控制精度等影响较大，不适于碱碳酸活性骨料。精度等影响较大，不适于碱碳酸活性骨料。精度等影响较大，不适于碱碳酸活性骨料。精度等影响较大，不适于碱碳酸活性骨料。应用方面：遭到国际许多专家质疑，在欧洲、加拿大等国已应用方面：遭到国际许多专家质疑，在欧洲、加拿大等国已应用方面：遭到国际许多专家质疑，在欧洲、加拿大等国已应用方面：遭到国际许多专家质疑，在欧洲、加拿大等国已淘汰，国内各行业标准还沿用。淘汰，国内各行业标准还沿用。淘汰，国内各行业标准还沿用。淘汰，国内各行业标准还沿用。l原材料、灰砂比、试件尺寸、制作过程与原材料、灰砂比、试件尺寸、制作过程与原材料、灰砂比、试件尺寸、制作过程与原材料、灰砂

33、比、试件尺寸、制作过程与C227C227相同；相同；相同；相同；l l水灰比：水灰比：水灰比：水灰比：0.470.47；l l养护制度：养护制度：养护制度：养护制度： 先先先先8080恒温水浴恒温水浴恒温水浴恒温水浴1 1天，再浸入天，再浸入天，再浸入天，再浸入1mol/L1mol/L的的的的NaOHNaOH溶液在溶液在溶液在溶液在8080恒温条件下养护恒温条件下养护恒温条件下养护恒温条件下养护3) 快速砂浆棒法快速砂浆棒法 (ASTM C1260)：基于基于ASTM C227发展起来的一种加速试验方法，又发展起来的一种加速试验方法，又称南非法称南非法(NBRI法法)。 评评定定标标准准：14

34、d膨膨胀胀率率小小于于0.1%，骨骨料料无无害害；膨膨胀胀率率大大于于0.2%，具具有有潜潜在在有有害害碱碱活活性性；膨膨胀胀率率在在0.1%和和0.2%之之间间为为可可疑疑骨骨料料，应应用混凝土棱柱体法进一步鉴定。用混凝土棱柱体法进一步鉴定。主要特点：主要特点：pp试验周期缩短，操作性强，测试精度高；试验周期缩短，操作性强，测试精度高；试验周期缩短，操作性强，测试精度高；试验周期缩短，操作性强，测试精度高；pp实验室结果与工程实际一致性好；实验室结果与工程实际一致性好；实验室结果与工程实际一致性好；实验室结果与工程实际一致性好；pp由于高温养护条件，测试结果偏大，存在错判危险；由于高温养护条

35、件，测试结果偏大，存在错判危险；由于高温养护条件，测试结果偏大，存在错判危险；由于高温养护条件，测试结果偏大，存在错判危险；pp只适用于硅质骨料，可作为筛选集料的强有力工具，只适用于硅质骨料，可作为筛选集料的强有力工具，只适用于硅质骨料，可作为筛选集料的强有力工具，只适用于硅质骨料，可作为筛选集料的强有力工具，不可作为拒绝集料的依据。不可作为拒绝集料的依据。不可作为拒绝集料的依据。不可作为拒绝集料的依据。应用方面：各国应用最广，首选方法之一。应用方面：各国应用最广，首选方法之一。应用方面：各国应用最广，首选方法之一。应用方面：各国应用最广，首选方法之一。4) 混凝土棱柱体法混凝土棱柱体法(AS

36、TM C1293)：类似于类似于ASTM C227方法，通过测量混凝土棱柱体试方法，通过测量混凝土棱柱体试件的长度变化反映骨料碱活性大小。件的长度变化反映骨料碱活性大小。 l型波特兰水泥：碱含量(0.90.1)%，拌和水中掺加NaOH使水泥碱含量调到1.25%；l骨料要求：1) 评定粗集料时，集料级配为20 14mm、14 10mm、105mm的集料各占1/3，快速砂浆棒法的14d膨胀率小于0.1%的细集料； 2)评定细集料时，应使用快速砂浆棒法的14d膨胀率小于0.1%的粗集料。l配合比：水泥用量420kg/m3，粗集料:细集料=60: 40，水灰比0.420.45：l试体尺寸：75mm75

37、mm350mm。评定标准：半年膨胀率超过评定标准：半年膨胀率超过0.03%或或3月膨胀率超过月膨胀率超过0.02%，一，一年膨胀率超过年膨胀率超过0.04%，为活性骨料。，为活性骨料。p 采用混凝土试件，更接近实际工程情况；采用混凝土试件，更接近实际工程情况；p 可同时适用于硅质骨料和碳酸盐骨料碱活性检验；可同时适用于硅质骨料和碳酸盐骨料碱活性检验；p 经多个实验室研究，表明水泥碱含量、试体尺寸等经多个实验室研究，表明水泥碱含量、试体尺寸等参数对结果无明显影响；参数对结果无明显影响；p 实验周期较长。实验周期较长。主要特点：主要特点：应用方面：值得推广应用，作为最终判据应用方面：值得推广应用，

38、作为最终判据应用方面：值得推广应用，作为最终判据应用方面：值得推广应用，作为最终判据5)蒸压法蒸压法(CECS48:93)：快速法，中国法：快速法，中国法l硅酸盐水泥：碱含量0.40.8%，净浆膨胀值不大于0.02%，外加KOH溶液调整水泥碱含量达1.5%；l骨料：0.630.16mm，小于0.15mm的粉料不超过0.5%；l灰砂比：分别为10:1、5:1、2:1；l水灰比：0.3;l试体尺寸：10mm 10mm 40mm。主要特点：快捷，试验周期为主要特点：快捷，试验周期为3d；适用于碱硅酸活性骨料；适用于碱硅酸活性骨料；各国相继采用类似方法。各国相继采用类似方法。250ml 的的10%浓度

39、浓度KOH溶液溶液成型成型养护养护(202)、RH95%以上，以上，242h拆模拆模基准长度基准长度1100 下蒸下蒸汽养护汽养护4h1502下下蒸压养护蒸压养护6h5min冷却、冲洗冷却、冲洗室温放置室温放置605min基准长度基准长度2三个配比中最大膨胀值大于等于三个配比中最大膨胀值大于等于三个配比中最大膨胀值大于等于三个配比中最大膨胀值大于等于0.1%0.1%为活为活为活为活性骨料，小于时为非活性骨料。性骨料，小于时为非活性骨料。性骨料，小于时为非活性骨料。性骨料，小于时为非活性骨料。6) 小结：小结：p岩相法是其他方法的前提；岩相法是其他方法的前提；p快速砂浆棒法和压蒸法是发展的主流；

40、快速砂浆棒法和压蒸法是发展的主流；p化学法和砂浆棒法有逐渐被淘汰的趋势；化学法和砂浆棒法有逐渐被淘汰的趋势；p混凝土棱柱体法通常不用，但可作为最终检验依据混凝土棱柱体法通常不用，但可作为最终检验依据五、碱骨料反应预防措施五、碱骨料反应预防措施p控制混凝土中含碱量 ； p选择低碱活性骨料；p改善混凝土所处环境，隔绝湿气进入；p掺混合材；p掺特殊外加剂1) 控制碱含量：控制碱含量：l水泥：混凝土中碱的主要来源水泥：混凝土中碱的主要来源，严格控制，严格控制水泥含碱量水泥含碱量及及水泥用水泥用量量，水泥碱含量水泥碱含量0.6%作为预防碱骨料反应的作为预防碱骨料反应的安全界限安全界限；l 外加剂外加剂：

41、使用低碱外加剂；：使用低碱外加剂；l掺合料掺合料：硅灰、粉煤灰碱含量低于矿渣粉；：硅灰、粉煤灰碱含量低于矿渣粉；l 集料和拌合水：集料和拌合水：碱性物质对碱性物质对AAS的贡献小，可不考虑。的贡献小，可不考虑。2) 骨料的选择：骨料的选择：l 混凝土含碱量低于混凝土含碱量低于3kg/m3，可以不做骨料活性检验，可以不做骨料活性检验;l 混凝土总碱量高于混凝土总碱量高于3kg/m3，经检测为活性骨料者不能使用，经检测为活性骨料者不能使用，或需保证与非活性骨料混合使用对工程无损害。或需保证与非活性骨料混合使用对工程无损害。3) 矿物掺合料：矿物掺合料：l硅灰硅灰: 掺掺5-10时可有效抑制碱骨科反

42、应，当掺量达到时可有效抑制碱骨科反应，当掺量达到15-20%时，时，抑制混凝土碱骨料反应膨胀的效果非常理想。抑制混凝土碱骨料反应膨胀的效果非常理想。l粉煤灰粉煤灰: 掺量达掺量达30时，可有效地抑制碱骨料反应。时，可有效地抑制碱骨料反应。l矿渣矿渣: 掺量大于掺量大于50才能有效地抑制碱骨料反应。才能有效地抑制碱骨料反应。l沸石粉、火山灰等。沸石粉、火山灰等。4）提高混凝土抗渗透能力，改善混凝土所处外部）提高混凝土抗渗透能力，改善混凝土所处外部环境，隔绝水和湿空气进入混凝土内部也是抑制环境，隔绝水和湿空气进入混凝土内部也是抑制碱集料反应重要手段。碱集料反应重要手段。5）化学外加剂：）化学外加剂

43、：锂盐锂盐、钙盐、钡盐、碳水化合物。、钙盐、钡盐、碳水化合物。l1951年，年，McCoy等人在美国等人在美国ACI杂志上首次报告；杂志上首次报告；1994年，年，Wang等人报导已开发出锂盐类抑制碱骨料反应外加剂；等人报导已开发出锂盐类抑制碱骨料反应外加剂；近十年来的研究也主要围绕这个方向展开。近十年来的研究也主要围绕这个方向展开。l反应机理：反应机理：Li+取代取代Na+(K+) 优先形成了非膨胀性的反应优先形成了非膨胀性的反应产物产物L-S-H, 这些致密的反应产物包裹在活性集料周围这些致密的反应产物包裹在活性集料周围, 阻止阻止了了Na+(K+)对集料的进一步侵蚀。对集料的进一步侵蚀。存在主要问题：存在主要问题：l 价格昂贵。价格昂贵。假设实际混凝土中总碱含量假设实际混凝土中总碱含量为为4kg/m3, 如掺如掺Li/Na 比比为为0.6 的的LiOH, 所需经济投入为所需经济投入为: 194.9元元/m3(所用所用LiOHH2O化学纯化学纯, 111. 6 元元/kg)。l长期有效性问题长期有效性问题。有许多专家对此提出怀疑。有许多专家对此提出怀疑。l目前目前, 锂盐抑制锂盐抑制A SR 膨胀的研究更多地处在实验室阶段膨胀的研究更多地处在实验室阶段, 工程应工程应用较少。用较少。汇报结束谢谢大家!请各位批评指正