河南省建設工程堿-集料反應潛在危害及對策

王天印

洛陽黃河同力水泥責任有限公司（471600）

0 引言

堿—集料反應(Alkali-Aggregate-Reaction:AAR)是指混凝土中的堿與骨料中的堿活性成分發生的化學反應,生成遇水具有膨脹性質的凝膠，使混凝土內部產生膨脹應力，造成混凝土開裂破壞的現象[1]。

集料在混凝土中呈均勻分布，一旦發生AAR所造成的混凝土開裂破壞是整體性的,這種開裂往往又會加劇混凝土鋼筋銹蝕、凍融破壞、碳化和侵蝕等多種破壞，彼此疊加和相互促進，導致混凝土耐久性迅速下降，嚴重的可使混凝土疏松崩解，喪失使用功能，因此又稱“混凝土工程的癌癥”。

混凝土工程發生AAR反應只要同時滿足以下三個條件[2]就可能造成大型建筑工程的嚴重破壞:①集料為活性集料；②混凝土原材料(包括水泥、混合材、外加劑和水等)中含堿量高；③潮濕環境，有充分的水分或濕空氣供應。因此，凡水利工程開采集料時必須進行堿活性檢驗,并同時采用低堿水泥等預防堿集料反應的措施。但以上必不可少的檢驗過程在實際工程中往往被人們所忽略，使得堿集料反應的潛在危害增加。我國在八十年代以后也相繼出現了多起AAR破壞實例[3]，造成的損失是不言而喻的。

1 我省混凝土工程堿-集料反應的潛在危險

1.1 我省水泥堿含量大多數超標

由于受原材料影響,河南省內水泥企業生產的水泥中堿含量大部分超出國家標準規定的堿含量安全指標。例如，筆者統計的總計56個樣品中，共有24個樣品堿含量合格，合格率僅占43%。其中最高堿含量為1.11，超出國家標準規定的安全含量近1倍，如表1所示。

由于水泥在混凝土中使用量大,所以其堿含量成為混凝土中堿含量的最重要的來源。盡管國家已經逐步推出了有關水泥中堿含量的指標,但是堿含量標準仍屬于非強制性執行的參考標準。有不少建設工程也對水泥的堿含量進行檢測,但是未能采取有效的預防堿—集料反應的綜合檢測方法，往往難以把控制落到實處。

表1 河南省主要水泥生產企業堿含量檢測數據

1.2 砂、石集料堿含量不容忽視

表2是我省部分混凝土集料堿含量化驗結果。由此看出，建筑用砂堿含量大部分在5%以上，而石子的堿含量在0.01%～2.4%之間，如果不加限制，則會導致混凝土總的堿含量升高。必須指出，我省大部分地區的建筑用砂、石的堿活性都較高,成為造成混凝土堿—集料反應危害的主要因素之一。另外，部分地區建筑工程使用的河卵石，屬于具有較高的堿活性的集料范疇,應該盡量避免使用或采用嚴格的監控措施和方法。

表2 砂、石集料堿含量檢測數據

1.3 部分外加劑堿含量高

目前，混凝土外加劑在施工中被普遍使用，這更加大了我省大體積建筑工程堿—集料反應隱患的嚴重程度。表3的檢驗結果表明，常用的外加劑中堿含量最高達到17.28%，有一半以上堿含量超過10%，如果不加控制，勢必成為混凝土堿含量超標的又一個原因。

表3 常用幾種混凝土外加劑堿含量檢測數據

1.4 部分混凝土添加礦粉中堿含量高

部分混凝土攪拌站在生產過程中，摻加礦渣粉、粉煤灰作為混合材，也可能會帶入一定量的堿。

目前，我省處于基礎設施建設的黃金時期，國家重點建設工程、高速公路建設工程、大型場館基礎建設工程項目繁多。盡管堿含量問題已經引起了部分領導部門、工程監理部門和研究人員的重視，但未能進行系統有效的檢驗和監控。在相臨的湖北省內,所有大型建設工程和高速公路建設工程原材料均被強制進行在武漢理工大學進行堿含量檢測和堿活性檢驗。在我省，鄭州大學建材實驗室根據部分高速公路施工路段和重點建設工程的要求,結合河南省建設工程項目和原材料狀況,初步提出了河南省大型建設工程堿—集料反應檢測方法和參考標準。

1.5 模擬堿活性檢驗結果不容樂觀

鄭州大學材料學院建材實驗室對鄭州、南陽、信陽、三門峽、焦作等地部分建筑工地、南陽地區部分高速公路標段等大型工程的砂、石集料進行了隨機抽樣堿活性模擬檢驗，所得結果表明:石子樣品堿—集料反應活性基本合格，而個別中砂具有潛在的堿—集料反應活性。例如,編號為ZZJ-0001的檢驗報告中,三條試塊膨脹率分別為0.10%、0.08%和0.14%，評定結果為0.12%,判定為具有潛在的堿-集料反應活性。這表明,對于河南省境內大型混凝土建設工程進行堿活性檢驗具有非常重要的意義，也是非常必要的。

2 對策與措施

根據我省具體情況，筆者提出應從以下幾個方面入手，避免乃致遏止堿—集料反應在大體積混凝土制品和重點工程中的潛在的破壞作用。

2.1 明確堿—集料反應潛在危害的檢驗方法和評定標準

目前,我省建筑行業沒有明確的檢驗堿—集料反應的標準。鄭州大學材料學院檢測中心根據河南省本地的具體情況,結合國際、國內有關建筑工程堿—集料反應檢測標準，以美國國家標準ASTMC1260[4]基礎，提出了以TB/T2922.5-2002《快速砂漿棒法》作為主要檢驗方法,以GB/T14685-2001巖相法為輔助檢驗方法的組合檢驗標準。具有樣品處理方法簡單可行、檢驗方法快速、檢驗誤差小、檢驗結果復演性好等優點[5]。

根據我省具體情況，對于大體積混凝土建設工程，當試塊膨脹率小于0.10%時,為非堿活性集料；當膨脹率在0.10%～0.20%之間時，為潛在堿活性集料，應當慎用，或依照有關標準進行進一步試驗后確定能否使用；當膨脹率大于0.20%時，為堿活性集料，嚴禁使用。

2.2 嚴格控制大體積工程使用水泥的堿含量

根據我省大多數水泥生產企業產品中堿含量超標的具體問題，應當建立水泥供應企業產品堿含量臺帳。嚴格控制大體積建筑工程用水泥的堿含量不超過0.60%。對每一批購進水泥都要進行堿含量檢測,把堿超標水泥阻擋在工地之外。

2.3 嚴格控制建筑用骨料質量

對于大體積建筑工程用砂、石骨料，在使用前必須進行堿活性試驗，拒絕堿活性超標的骨料進入建筑工地。

2.4 嚴格控制混凝土外加劑和外摻礦粉的堿含量

對于在建筑施工中使用的混凝土外加劑,應該嚴格限制其堿含量,同時嚴格控制混凝土攪拌過程中添加的礦渣粉和粉煤灰中的堿含量,拒絕使用堿含量高的混凝土外加劑和摻和料。

2.5 建立嚴格的檢測控制制度

委托可靠的試驗檢測機構,對大體積工程用水泥和骨料實行堿含量檢測和骨料堿活性進行檢驗，建立水泥、骨料堿含量和堿活性臺帳，以科學的態度和手段徹底杜絕堿-集料反應對我省大體積建設工程的潛在危害。

只要從源頭上入手進行嚴格的控制,完全能夠使我省大型建筑工程避免堿—集料反應引起的危害,保證國家資源和人民群眾生命財產的安全。

3 結論

1）河南省大型混凝土工程存在潛在的堿—集料反應危害。利用有效的試驗檢測手段，對省內大型混凝土工程所用骨料進行堿活性檢驗是非常必要的。

2）混凝土中的堿來源于水泥、堿活性骨料、混凝土外加劑或堿含量高的摻和料以及養護過程堿侵入。只要嚴格控制水泥堿含量、堿活性骨料、外加劑、混合材堿含量和混凝土養護環境條件,就完全能避免堿—集料反應對混凝土的破壞作用，保證建筑工程的長期質量安全。

3）建議以TB/T2922.5-2002《快速砂漿棒法》作為主要檢驗方法，以GB/T14685-2001巖相法為輔助檢驗方法的組合檢驗標準。

4）堿—集料活性快速檢驗結果評定，當試塊膨脹率小于0.10%時，為非堿活性集料；當膨脹率在0.10%～0.20%之間時，為潛在堿活性集料，應當慎用，或進行進一步試驗后確定能否使用；當膨脹率大于0.20%時，為堿活性集料，嚴禁使用。

[1] 于文勇,黃晶巖,王國鋒.混凝土堿集料反應及預防措施[J].黑龍江交通科技,2003,4:82

[2] 李青芳,李林,倪亞敏.堿-集料反應機理及條件分析[J].山西建筑,2002,14（31）:159

[3] 鄧敏.堿-碳酸鹽反應－國內工程實例、機理和抑制措施[J].南京:南京化工學院,1992

[4] 盧都友,許仲梓,呂憶農,唐明述.集料ASR堿活性檢測方法評述[J].南京化工大學學報,1998,2(5):86

[5] 劉珩,盧都友,許仲梓.集料堿活性檢測方法評述[J].混凝土與水泥制品,2003,4:2