混凝土結(jié)構(gòu)堿集料反應(yīng)分析

【摘 要】混凝土因其取材方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、可模性好等被廣泛應(yīng)用于交通工程、水利工程和城市建設(shè)中。混凝土堿集料反應(yīng)（英文簡(jiǎn)稱AAR）是指混凝土中的堿和環(huán)境中可能滲入的堿與混凝土集料（砂石）中的活性礦物成分在混凝土固化后緩慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生膠凝物質(zhì)因吸收水分后發(fā)生膨脹，最終導(dǎo)致混凝土從內(nèi)向外延伸開裂和損毀的現(xiàn)象，它是破壞混凝土建筑的一個(gè)重要因素。

【關(guān)鍵詞】堿集料；活性集料；外加劑；危害；預(yù)防措施國(guó)分布很廣，北方地區(qū)尤其嚴(yán)重；②建筑施工中追求高強(qiáng)度和高性能混凝土，使單位混凝土的水泥用量增加，混凝土中來自水泥的堿含量超過了3kg/m3的限值，大量早強(qiáng)劑、防凍劑的使用又大大促進(jìn)了堿集料反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展；③國(guó)家沒有關(guān)于防止堿集料反應(yīng)的有關(guān)規(guī)定，建筑商只注意工程進(jìn)度，并不對(duì)建筑物的使用壽命負(fù)責(zé)。還有些人為了降低造價(jià)，明知水泥堿性過高會(huì)影響建筑物壽命，也不愿增加成本購(gòu)買低堿水泥。例如：天津市內(nèi)的八里臺(tái)立交橋，也是天津最大的立交橋，使用的含活性硅成份的薊縣灰?guī)r做骨料。有許多潮濕部位的柱子、支撐梁發(fā)生網(wǎng)狀開裂和順筋開裂，有的橋臺(tái)潮濕處混凝土脹裂，裂縫表面不平。天津市長(zhǎng)江道立交橋柱子、支承梁和主粱梁端在潮濕處發(fā)生順筋開裂，有些柱子表面發(fā)生網(wǎng)狀裂縫。

2 堿集料反應(yīng)原理和分類

2.1 堿-硅酸鹽反應(yīng)（Alkali-Silica Reaction，簡(jiǎn)稱ASR）是堿與集料中活性SiO2發(fā)生反應(yīng)，生成堿的硅酸鹽凝膠，吸水后體積膨脹，引起混凝土膨脹和開裂。

SiO2?nH2O+2ROH→R2SiO3（n+1）H2O

研究表明，堿-硅反應(yīng)的速度隨SiO2的穩(wěn)定程度、比表面積、溫度以及液相中OH-濃度而不同，堿的濃度對(duì)堿集料反應(yīng)與否起很大作用。

2.2 堿-碳酸鹽反應(yīng)（Alkali-Carbonate Reaction，簡(jiǎn)稱ACR）是堿與泥質(zhì)石灰、石質(zhì)白云石反應(yīng)，由于這類白云石含粘土較多，

堿離子能通過包裹在細(xì)小白云石微晶外的粘土摻人到白云石穎粒，使其產(chǎn)生白云石化反應(yīng)。

CaMg（CO3）+2ROH→Mg（OH）2+CaCO3+RCO3

2.3 堿-硅酸反應(yīng)堿與某些層狀硅酸鹽集料反應(yīng)，使層狀硅酸巖層間距離增大，集料膨脹而造成混凝土膨脹。

3 堿集料反應(yīng)所引起的混凝土破壞形式

3.1 堿集料反應(yīng)裂縫

堿集料反應(yīng)裂縫則有反應(yīng)積累時(shí)間，出現(xiàn)裂縫的時(shí)間比較滯后，短至2~3年，長(zhǎng)至40~50年。堿集料反應(yīng)裂縫在無約束條件時(shí)也呈網(wǎng)狀，但由于膨脹裂縫，往往裂縫兩側(cè)的混凝土不平，有一面拱起。 在潮濕部位首先開裂，干燥部位可能不裂。最常見的堿硅酸反應(yīng)一般均從裂縫溢出無色透明的堿硅凝膠，時(shí)間長(zhǎng)了，凝膠變成深色，但在裂縫兩邊仍遺留有凝膠痕跡，與干縮裂縫外觀有明顯的差別。

3.2 堿骨料反應(yīng)裂縫與鋼筋銹蝕裂縫、硫酸鹽腐蝕裂縫

鋼筋銹蝕，如混凝土保護(hù)層已經(jīng)碳化到鋼筋表面，鋼筋已生一層薄銹，但還沒有把保護(hù)層脹裂。此時(shí)鋼筋與混凝土的握裹力已為鐵銹所代替，敲擊必有空鼓聲，這種情況，稱為層裂；堿集料反應(yīng)出現(xiàn)順筋裂縫，即使裂縫很大，在鋼筋沒有銹蝕前，敲擊時(shí)是沒有空鼓聲的。在發(fā)生堿集料裂縫后，如不及時(shí)進(jìn)行封縫處理，則氧氣和水沿裂縫直接接觸鋼筋，鋼筋很快會(huì)在裂縫部位銹蝕，但銹蝕沒有發(fā)展到鋼筋與混凝土接觸面時(shí)，敲擊混凝土仍不會(huì)有空鼓聲。

混凝土工程的硫酸鹽腐蝕，例如混凝土管道經(jīng)過鹽堿地或構(gòu)筑物基礎(chǔ)處于鹽堿地或接觸含硫酸鹽的水時(shí)，會(huì)發(fā)生硫酸鹽腐蝕。硫酸鹽腐蝕會(huì)使混凝土表面顏色變黃或變深色，裂縫多而細(xì)，如鋼筋銹蝕也會(huì)出現(xiàn)順筋裂縫。受硫酸鹽腐蝕的混凝土由表面逐漸向深層變酥，使混凝土失去強(qiáng)度而層層剝落，與堿集料損壞明顯不同。

4 堿集料反應(yīng)的預(yù)防措施

堿集料反應(yīng)被稱為水泥混凝土的癌癥，幾乎不可能被修復(fù)，預(yù)防和抑制堿集料反應(yīng)的措施包括兩大類：物理措施和化學(xué)措施，具體途徑包括：

4.1 使用非活性集料活性集料是堿集料反應(yīng)的基本組分，如果集料不具有堿活性，堿集料反應(yīng)自然不會(huì)發(fā)生。使用非活性集料可以根治堿集料反應(yīng)，其實(shí)施需要有良好的資源和可靠的檢驗(yàn)方法為基礎(chǔ)。但在有些地區(qū)，使用非活性集料需要付出昂貴的經(jīng)濟(jì)代價(jià)。

4.2 使用低堿水泥使用低堿水泥，從而將混凝土的總堿量控制在足夠低的水平，可以有效防止堿集料反應(yīng)破壞的發(fā)生。通常所說的低堿水泥是指其堿含量低于水泥重量0.6%（以氧化鈉當(dāng)量計(jì)）的水泥。目前，在堿集料反應(yīng)較嚴(yán)重的國(guó)家或地區(qū)如南非、美國(guó)、日本、加拿大等，均將使用低堿水泥作