總堿含量對(duì)混凝土工程的影響

1、總堿含量對(duì)混凝土工程的影響客戶服務(wù)室：張向文（2009年7月發(fā)表于山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)）摘要： 目前公路橋涵混凝土工程中，對(duì)原材料的堿含量和堿骨料反應(yīng)要求嚴(yán)格了，對(duì)于總堿含量的控制要求也越來(lái)越嚴(yán)格，本文就針對(duì)混凝土中總堿含量展開(kāi)分析。關(guān)鍵詞：堿骨料反應(yīng)、總堿含量、堿活性、反應(yīng)行為、超細(xì)粉等  The total alkali content of the concrete worksAbstract: The concrete highway bridge project, the raw material of alkali and alkali aggregate reaction

2、has been demanding for total control of the alkali more and more strict on this article for the total alkali content in concrete to analyze. Key words: alkali aggregate reaction, with a total alkali, alkali-active response, ultra-fine powder 1前言目前除了一些特殊廠房等采用鋼結(jié)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)物還是以混凝土為主要原材料?，F(xiàn)在工程中的混凝土結(jié)構(gòu)還存在很

3、多問(wèn)題，其中堿骨料反應(yīng)的控制就是一項(xiàng)，且該項(xiàng)所導(dǎo)致后期開(kāi)裂的嚴(yán)重后果已逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，雖然在一切公路橋涵工程中均對(duì)混凝土的原材料堿含量和堿骨料反應(yīng)等進(jìn)行了試驗(yàn)，但是在實(shí)際中堿骨料反應(yīng)行為的影響還是沒(méi)有得到具體的落實(shí)。引起混凝土破壞的內(nèi)因是堿骨料反應(yīng)(AAR),造成的破壞范圍大，損壞重,開(kāi)裂后將誘發(fā)其他諸多破壞因素,且難以阻止其繼續(xù)發(fā)展,因而有人把堿骨料反應(yīng)稱為混凝土的癌癥。混凝土中的堿類和集料的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土發(fā)生不均勻膨脹，產(chǎn)生裂縫，并有強(qiáng)度和彈性模量的下降等不良現(xiàn)象，從而縮短混凝土的壽命，危及工程安全。本文就混凝土總堿含量在不考慮外界環(huán)境的影響因素通過(guò)物理、力學(xué)和化學(xué)的角度

4、分析并實(shí)例說(shuō)明工程中混凝土的堿含量超標(biāo)問(wèn)題，最后提出預(yù)防和控制措施。2堿骨料反應(yīng)原理及具體要求2.1從化學(xué)因素分析：活性骨料、堿和水進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在混凝土內(nèi)骨料與水泥石的界面上生成硅酸鹽凝膠，此膠體狀從周圍介質(zhì)中吸水膨脹（體積可增大3倍），在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的膨脹壓和滲透壓（可達(dá)3-4兆Mpa），致使混凝土發(fā)生裂縫和破壞。反映方程式為：SiO2+2ROH+nH2OR2SiO3(n+1)H2O            (R為Na或K)2.2堿與某些層狀硅酸鹽集料，與水泥水化生成ROH相作

5、用后，使層狀硅酸鹽層距離由10（埃）增大到12（埃），集料發(fā)生膨脹，造成開(kāi)裂，由于巖石結(jié)構(gòu)、種類和質(zhì)量因素，膨脹發(fā)生慢，但后果較為嚴(yán)重。2.3用細(xì)觀力學(xué)的方法分析，硬化水泥石是基體相，當(dāng)骨料與堿發(fā)生反應(yīng)時(shí)，骨料產(chǎn)生膨脹，而硬化水泥石則約束骨料的膨脹，與此同時(shí)，硬化水泥石將受到一個(gè)拉應(yīng)力，當(dāng)這個(gè)拉應(yīng)力超過(guò)硬化水泥石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，將發(fā)生開(kāi)裂，由此得出以下判據(jù)：（p-m）/1+Ep（1/ k2-1） /Em<R1式中：p為粒子相(骨料)的自由膨脹；m 為基體相的自由膨脹；Ep 為離子相的彈性模量；Em為基體相的彈性模量；k為粒子相體積因子（Vp1/3），Vp為粒子相體積分?jǐn)?shù)； R1為基體相的抗

6、拉強(qiáng)度。2.4堿骨料反應(yīng)的三個(gè)條件：a.活性骨料的存在b.混凝土中含有一定數(shù)量的堿c.混凝土中含有足夠的水分2.5從堿骨料反應(yīng)角度講，混凝土中的膠凝材料有著兩方面的作用：一是為堿骨料反應(yīng)提供堿；二是硬化水泥石作為連續(xù)相對(duì)堿骨料反應(yīng)膨脹起約束作用。膠凝材料所提供的堿是混凝土堿含量的主要來(lái)源，但是膠凝材料也不允許少，膠凝材料越少，約束力越弱，混凝土的膨脹將越大，就越容易開(kāi)裂。2.6在堿骨料反應(yīng)過(guò)程中水的作用：一是堿離子化的基礎(chǔ)；二是運(yùn)輸堿的載體；三是堿骨料反應(yīng)膨脹的源泉。2.7堿能促進(jìn)水泥混凝土的收縮開(kāi)裂，從保證混凝土的耐久性和體積穩(wěn)定性看，限制外加劑含堿量是控制混凝土總堿量的重要手段之一。2.8

7、堿骨料反應(yīng)具有膨脹、速度、潮濕三大特征，引起混凝土開(kāi)裂、剝落，并在此部位積聚較多的白色浸出物，引起鋼筋的銹蝕和凍融循環(huán)，對(duì)結(jié)構(gòu)物的使用性能造成影響。受堿骨料反應(yīng)膨脹開(kāi)裂的工程從外觀上看，在少鋼筋約束的部位為網(wǎng)狀裂縫，在受鋼筋約束的部位多沿主筋方向開(kāi)裂，在很多情況下可以看到從裂縫溢出白色或透明膠體的痕跡。在同一工程中潮濕部位發(fā)展嚴(yán)重也是其外觀特征之一。最后判斷還需要從受害的工程取芯樣鑒定。2.9公路橋涵水泥混凝土堿含量具體要求：每立方米混凝土的總堿含量，對(duì)一般橋涵不宜大于3.0kg/m3，對(duì)于特殊大橋、大橋和主要橋梁不宜大于1.8kg/m3，當(dāng)處于嚴(yán)重受侵蝕的環(huán)境，不得使用有堿活性反應(yīng)的骨料；且

8、在工程中盡量使用低堿水泥（水泥中堿含量不得大于0.6%）和低堿外加劑，減少混凝土中的堿含量。3.堿含量計(jì)算實(shí)例混凝土堿含量計(jì)算：混凝土總堿含量=水泥用量*水泥堿含量+粉煤灰用量*1/6*粉煤灰堿含量+礦粉用量*1/2*礦粉堿含量+外加劑用量*外加劑堿含量+用水量*水的堿含量某高速公路某項(xiàng)目部配合比及各種原材料堿含量匯總和計(jì)算如下：C50普通砼配比質(zhì)量比例（kg）堿含量（%）水泥P.O42.5R4860.56砂628無(wú)堿骨料反應(yīng)碎石1166無(wú)堿骨料反應(yīng)水174不計(jì)減水劑4.3743.87阻銹劑14.585.411)水泥堿含量：486*0.56%=2.72 kg2)減水劑堿含量：3)阻銹劑堿含量：

9、4)每方混凝土總堿含量為:2.72+0.169+0.789=3.678 kg在不考慮水和集料含堿的條件下，根據(jù)以上計(jì)算得知C50用于大橋混凝土總堿含量3.68kg/m3大于1.80kg/m3，嚴(yán)重超標(biāo)，其中水泥提供2.72kg/m3，其余主要由外加劑提供，同樣原理計(jì)算該工程的其他混凝土配合比的堿含量也同樣超標(biāo)。目前，在工程中雖均使用非活性骨料，但是在混凝土中引起破壞的主要是堿硅反應(yīng)。粗細(xì)骨料的主要成分是SiO2，隨時(shí)可能引起破壞，應(yīng)引起注意。在此情況下，分情況討論：一是混凝土總堿含量超標(biāo)，但使用了非活性骨料，不引起任何堿骨料反應(yīng)，但堿能促進(jìn)水泥混凝土的收縮開(kāi)裂，應(yīng)慎重使用。二是混凝土總堿含量超

10、標(biāo)，但在骨料中可能引起堿骨料反映就應(yīng)采取措施，否則不予使用。4.工程中堿骨料反應(yīng)引起混凝土破壞實(shí)例       馬頰河橋柱與樁間混凝土破壞圖                               某橋梁和某試件的破壞圖5預(yù)防和控制措施

11、5.1采用無(wú)堿活性的骨料；5.2采用低堿水泥或降低水泥用量；5.3減少外加劑中的堿含量；5.4摻粉煤灰和礦粉等材料，取代一部分水泥，增加混凝土的和易性，降低成本；5.5采用超細(xì)粉取代10%-15%水泥用量，最大取代20%水泥用量，形成密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以取消外加劑從而降低成本。5.6外涂防腐涂料，使混凝土具有良好的耐堿性、附著力和抗?jié)B透性，減少混凝土的破壞，防止鋼筋的銹蝕，如果在擔(dān)心混凝土工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)的部位能有效地隔絕水和空氣的來(lái)源，也可以取得緩和堿骨料反應(yīng)對(duì)工程損害的效果。5.7加強(qiáng)施工和養(yǎng)護(hù)的控制，遵守施工規(guī)程，保證混凝土的密度。通過(guò)以上七種方法盡量預(yù)防堿骨料反應(yīng)和控制混凝土中總

12、堿含量，保證工程質(zhì)量，僅供在實(shí)際工程工作中參考選擇。 參考文獻(xiàn)：1Hobbs D W,Gutteridge W A.Particle Size of Aggregate and Its Influence upon the Expansion Caused by the AlkaliSilica ReactionJ.Magazine of Concrete Research,1979,31,109：235-242.2Tan Mingshu,Han Sufen,Zhen Shihua.A Rapid Method for Identification of Alkali Reactiv

13、ity of AggregateJ.Cement and Concrete Research,1983，13(3)：417-422.3Zhang Chengzhi,Wang Aiqin,Tang Mingshu,Wu Binqing,Zhang Ningsheng.Influence of hte Size and the Size Grading of Aggregate on ASR ExpansionJ.Cement and Concrete Research,1999,29：1393-1396.4張承志.集料堿活性的評(píng)定與混合材抑制堿骨料反應(yīng)膨脹有效性的評(píng)定D.南京，南京化工大學(xué)，1996年6月.5唐明述.加拿大公路橋梁和大壩的考察報(bào)告J