浅谈混凝土中碱—集料反应的分析与控制

侯进

摘 要：碱集料反应（ARR）是混凝土内部碱与集料中某些组份之间的反应，是混凝土安全性受到影响的主要因素之一，所以要求我们应该加强集料碱活性的研究测试工作，使碱集料反应在工程中得到有效抑制，延长工程的使用寿命。文章从碱活性检测及其影响因素，预防措施，反应机理等方面进行了分析。

关键词：碱集料；水泥混凝土；分析

前言

混凝土在使用期间，会由于环境中的水、气体及其所含侵蚀介质的侵入，产生物理和化学反应而逐渐破坏。混凝土耐久性实质就是抵抗这种破坏的作用力，为了防止和避免因为碱——集料反应造成工程破坏的损失，采取相应的防治措施是非常必要的。

由于我国过去的水泥含碱量一般不高，一般土建工程在以往的工程建设中没有发现碱骨料反应对工程损害的情况报告。结果许多设计、施工工程技术人员对碱集料反应问题没有引起重视；再加上近年来，我国水泥含碱量的增加、水泥用量的逐步提高，以及含碱外加剂的大面积使用，增加了碱——集料反应破坏的可能性，因此对混凝土用砂石料碱性问题，必须引起足够的重视。

1 碱——集料反应的类别

1.1碱——硅酸反应

碱——硅反应简称ASR，是指碱与集料中活性二氧化硅反应，之后产生碱——硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，它具有强烈的吸水性，吸水后膨胀才生混凝土内部膨胀应力，结果导致混凝土产生开裂现象，发展严重的会导致混凝土结构崩溃，对安全造成影响。

1.2 碱——碳酸盐反应

碱——碳酸盐反应简称ACR，是指碱与集料中活性-碳酸盐反应。

2 碱集料反应的发生原因分析

2.1 水泥、混合材、外加剂等原材料和拌和水水中较高的含碱量，或者混凝土处于有碱渗入的环境中。

2.2 集料中含有一定数量的碱活性成分。

2.3 潮湿环境，可以供应反应物吸水膨胀时所需的水分。

3 碱——集料试验方法

碱——集料反应试验方法目前国外以美国ASTM有关集料试验方法具有权威性。交通部《公路工程集料试验规程》（JTJ058-2000）编制了三个方法：“岩相法”、 “砂浆长度法”和“抑制骨料碱活性效能检验”。

岩相法检验是确定哪些集料可能与水泥中的碱发生反应。当集料中下列材料含量为1%或更少时即有可能成为有害反应的集料，这些材料基本上都是含活性二氧化硅的矿物。岩相法的优点在于能确知被检验的集料属于什么岩石。其中含有什么矿物？是判断集料有无活性最基本的方法。

砂浆长度法检验是鉴定水泥中的碱与活性集料间的反应所引起的膨胀是否具有潜在危害的可能性。将集料破碎成一定粒径，按一定比例与水泥制成砂浆长条，定期测长，当膨胀率半年不超过0.1%或3个月不超过0.05%，即可评为非活性集料。

抑制集料碱活性效能检验是以高活性的硬度玻璃砂为标准的条件下评定或优选水泥品种、混合材及外加剂的抑制效能。检定砂浆膨胀率14d不超过0.02%，56d不超过0.06%即可认为符合安全的要求。

4 碱集料反应的特征

受碱——集料反应膨胀开裂的工程从外观上看主要是表面裂缝、变形和渗出物。表面裂缝在少钢筋约束的部位为表现形式为网状裂缝，在受钢筋约束的部位表现形式多为沿主钢筋方向上开裂；在一般情况下可以看到从表面裂缝处溢出白色或透明肢体的痕迹。

5 碱骨料反应的防治方法

碱骨料反应基本上是在混凝土配制时候形成的，只要配制的混凝土的时候含有足够的碱和反应性骨料的存在，在混凝土浇筑时候就会逐渐反应，随着反应产物的逐渐吸水引起的膨胀和其内应力能够使混凝土产生开裂的时候，施工中便开始出现裂缝。且裂缝和对工程的损害随着碱集料反应的延续而进一步发展，严重时会使工程产生崩溃等病害。主要有以下几种措施。

5.1 控制水泥含碱量

选用低碱水泥。我国《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-1999）对水泥含碱量规定：若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。对于矿渣水泥、火山灰质硅酸水泥、复合水泥等含碱量相对较低的水泥含碱量要求：若使用活性骨料要限制水泥中碱含量时，由供需双方商定。

5.2 控制混凝土中碱的含量

因混凝土中碱的来源途径有多方面，不仅是从水泥、而且从混合材、水、外加剂，甚至有时从粗细骨料中来，因而控制混凝土各种原材料总碱量比单纯控制水泥含碱量更为合理和科学。

5.3 对骨料选择使用

选择碱活性含量较低的集料，倘若混凝土碱的含量低于3.5kg/m3，可以不做骨料活性检验，如果水泥的碱含量高或混凝土总含碱量高于3.5kg/m3，则需对骨料进行活性检测试验，检测结果为活性骨料、则不可以使用，如果经与非活性骨料按一定比例混合拌合后，经试验对工程没有损害时，方可按试验的比例混合使用。

5.4 使用矿物外加剂

使用某些活性矿物外加剂可抑制、缓解混凝土的碱集料反应。目前广泛使用的矿物外加剂有磨细矿渣、磨细粉煤灰、硅灰和沸石等，根据试验资料数据表明。掺（4-9）%的硅灰可以有效的抑制碱集料产生反应。

5.5 使用碱集料反应抑制剂

锂盐是碱-集料反应有效的抑制剂，如在混凝土建筑表面喷洒锂盐，其中是掺加氢氧化锂溶液后效果最好，其结果对于新旧混凝土中的控制碱集料反应有很好的抑制效果，同时限制混凝土碱集料的进一步膨胀。但由于锂盐价格较贵，因而该法成本较高，在国内推广使用可能有一定难度。

5.6 隔绝湿空气和水的来源

在混凝土结构表明对于可能发生碱集料反应的部位，采取措施隔绝空气和水的来源，同样能够缓和碱集料反应对工程效果造成的危害。

6 结束语

一直以来混凝土中碱集料反应是项复杂而又存在的课题，纵使施工过程中经过了严密的部署，碱集料的反应也是不可避免要发生的，但是经过周密的控制，采取综合措施使碱集料的反应可以降到最低，最终使得混凝土的耐久性等各项性能得到保证，这点我们现在是可以做到的。在东北某机场跑道混凝土发现碱骨料反应产生的开裂；南山市城市公路中立交桥，建成刚三年其潮湿部位即出现开裂现象，经取样试验检测证实为碱集料反应产生的不良结果。由于近几年我国水泥外加剂等材料的发展变化之快和建设的大型混凝土工程越来越多，混凝土碱集料反应问题已构成我国土建工程领域的一大潜在危害，我们应该积极采取可能做到的各种措施，预防碱集料反应对工程的损害，从而提高工程的使用寿命。

参考文献

[1]GB/T176-1996.水泥化学分析标准[S].

[2]SD 105-802.水泥混凝土试验规程[S].

[3]CECS-53-93.混凝土碱含量限制标准[S].