混凝土中氯化物和碱的总含量的控制浅谈

毛 勇 刘 兵

（广州南航工程监理有限公司）

近年来, 世界各地资料统计显示, 因混凝土结构的耐久性遭到严重损害所造成的损失是非常大的,这说明耐久性问题突显严峻。因此, 混凝土结构耐久性问题是一个十分重要而迫切需要解决的问题。混凝土的耐久性中，混凝土的氯化物和碱的总含量的控制非常关键。

《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）3.5.3 耐久性设计规定：设计使用年限为50 年的混凝土结构。

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的一个主要问题。首先，钢筋锈蚀直接造成钢筋截面减小，使承载力下降，极限延伸率减少；其二，钢筋锈蚀产物的体积比钢筋锈蚀前的大很多，达原体积的2～3 倍，体积膨胀压力可使钢筋外围混凝土形成拉应力，出现顺筋开裂；其三，钢筋锈蚀造成钢筋与混凝土的咬合力下降；因此，锈蚀降低混凝土的耐久性，对建筑和构筑物的承载力、功能性造成严重影响。

混凝土中氯离子是造成钢筋锈蚀的主要因素，氯离子含量增高，锈蚀出现的可能性和发生程度也会越高。混凝土中的氯离子主要以下面几种方式带入：①水泥；②砂、石；③拌合水；④各种掺合料；⑤混凝土外加剂。控制带入的氯离子含量，就要从上述几个方面控制。

《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175—1999 第6条规定九项技术指标，未能给出氯化物含量限制。在什么情况下为不含氯化物的水泥？如何控制水泥中的氯化物含量？江苏等地出台的地方性的商品、预拌混凝土的质量管理规定，除检测水泥强度和安定性外，还要检测水泥中的氯化物含量，目的是控制水泥中氯化物的含量。

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52—2006 第3.1.10 条要求：①对钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得＞0.06%(干砂的质量百分率计)；②对预应力钢筋混凝土用砂，氯离子含量不得＞0.02%(干砂的质量百分率计)。

《混凝土用水标准》（JGJ63—2006）规定符合《生活饮用水卫生标准》GB5749 的饮用水可以满足本标准要求，能用于混凝土生产。

对于外加剂的氯离子含量要进行控制，对控制混凝土中的氯离子总量也要限定总量。《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119—2003 第2.2.3 条要求，对含氯离子、硫酸根等离子的外加剂要符合本规范和有关标准规定。但其中含“氯化物”外加剂将如何界定没有明确规定。目前，我国现行混凝土外加剂标准对于氯离子的含量有明确规定限值的只有JC476—2001《混凝土膨胀剂》，其氯离子规定限值为0.05%，其他类型的混凝土外加剂标准中对于氯离子的限制方法是依照生产企业的标注值来控制其波动值，或执行上述提到的规定在应用到混凝土时进行总量限制。由于未有统一明确的标准，并对于“有氯”和“无氯”的界限未有明确，对工程质量的控制带来了难度。参照欧洲的标准EN934-2—2001 规定，对“有氯”和“无氯”的鉴定限值为0.1%。

混凝土碱集料反应是指混凝土中的碱（包括外界渗入的碱）与集料中的碱活性矿物成分发生化学反应，造成混凝土的膨胀开裂等表象, 是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。当配制混凝土时，使用了含有碱活性矿物成分的砂、石集料，就会与混凝土中的碱发生化学反应，形成某种凝结的胶体，与水接触后体积膨胀会使混凝土发生胀裂破坏。碱溶液会渗入集料在破碎加工时所形成的裂隙中发生反应, 使集料受内胀力作用而破坏。

1 碱集料反应分为

1.1 碱- 硅酸反应

⑴20 世纪30 年代，美国加州等地的许多公路、桥梁等大体积的混凝土出现异常膨胀、开裂。美国斯坦顿经研究发现，产生的原因是水泥中的碱和集料中的活性SiO2发生反应。

⑵千枚岩、硬砂岩、蛭石等集料与混凝土中NaOH 或KOH 发生反应，其反应与碱-硅酸反应雷同，但膨胀较小，集料附近看不见反应环，仍然把他看成碱-硅酸反应。

1.2 碱- 碳酸盐反应

泥质和灰质白云石含粘土和方解石较多, 混凝土中的碱与其中的碳酸镁发生反应，生成物（氢氧化镁）造成混凝土膨胀开裂。在加拿大康沃尔等地曾发生过泥质白云石引起的混凝土破坏。

如前所述,含碱量是影响碱集料反应的重要因素之一,混凝土中的碱含量与水泥用量相关,还与集料中矿物成分的种类及其活性程度相关。

2 碱集料反应条件和预防措施

2.1 碱集料反应条件

混凝土中的碱集料破坏须具备三个要素：一是配制混凝土时由拌合料带入一定量的碱，二是有一定的量与碱发生化学反应的活性材料，三是在湿度大环境里，能提供反应集料遇水膨胀所需水分。具备上述条件，才能导致碱集料反应对混凝土的破坏。

2.2 碱集料反应对工程破坏的预防方法

⑴限定水泥含碱量。《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175—1999 第6.9 条要求，水泥中碱的含量须按N2O+0.658K2O 计算值表示，如选用活性集料时，须提供低碱的水泥，水泥中的碱含量不得＞0.6%。

⑵限定混凝土中含碱量。选择低碱水泥，也会造成碱集料反应。因混凝土中碱的来源较广，不仅有水泥，还有外加剂、拌合料、水等材料中带入，因此，限定混凝土总碱量比单纯限定水泥含碱量更为重要。

⑶对集料选择。因活性集料是发生碱集料反应的必要条件，因此，凡处在湿度大的环境中的混凝土工程、室外混凝土工程、接触融雪盐的混凝土工程，均应选用无害的集料，以避免混凝土工程受碱集料反应而破坏。

《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52—2006 第3.1.19 条规定：对长期处在潮湿环境中的重要混凝土结构用砂，必须采用砂浆棒（快速法）或砂浆强度法进行集料的碱活性检验。限定混凝土中的碱含量不得＞3kg/m3或采取有效办法来抑制碱集料的反应。第3.2.8 规定：对长期处在潮湿环境下的重要结构混凝土中的碎石或卵石必须进行碱活性检验，首先应采用岩相法检验碱活性集料的品种、类型和数量。如果在集料中检验出SiO2时，就应进行碱活性检验方法即快速砂浆棒法和砂浆强度法；如判定集料存在潜在碱-碳酸盐反应危害时，不宜作混凝土集料；当判定集料存在潜在的碱-硅酸反应危害时，应控制混凝土中的碱含量不得超过3kg/m3。

⑷拌活性拌合料。有些活性拌合料能减缓、抑制混凝土的碱-硅酸反应。从各国的试验数据表明，加入水泥质量的5%～10%的硅灰、加入30%的粉煤灰、加入50%的高炉矿渣，都能很好地抑制碱-硅酸反应对混凝土结构的破坏。我国的商品混凝土大多加比例较高的粉煤灰，可有效地抑制碱集料反应。应注意的是，粉煤灰比例过高，往往会导致混凝土早期强度增长缓慢。

⑸掺用引气剂。掺引气剂使混凝土具有4%～5%的含气量，能容纳一定量的反应产物，减小碱集料反应所产生的膨胀压力。

⑹控制混凝土外加剂的含碱量。《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119—2003 第2.2.4 条规定，意思是，混凝土与水相接触或者处在湿度大的环境里，若采用碱活性集料时，外加剂带进的碱含量（以当量氧化钠计）不宜＞1kg/m3。

3 我国基建工程的碱集料反应问题

20 世纪70 年代，水泥工业生产方法改为干法生产方法以来，导致水泥含碱量大增，尤其是80 年代后期，为充分利用工业弃物，将高碱窑灰拌入水泥里，使水泥里的碱量大大增加。后来，一些厂家生产出纯硅酸盐水泥，使用该类的水泥拌和混凝土，若不检测集料活性的话，就会造成隐患即碱集料反应后果。还有，我们要高度重视的是从七十年代后期开始，我国使用的混凝土早强剂多以硫酸钠为主，使用的防冻剂也以硝酸钠、亚硝酸钠、碳酸钾等为多，在这些早强剂、防冻剂中存在着可溶性的钠、钾离子，从而会造成混凝土中的总含碱量大量增加，使碱集料反应对工程的破坏产生潜在的危害。

目前，在工程建设中水泥的用量将会大大增加，而其他的水泥品种以及各种类型的外加剂等情况也会发展变化，碱集料反应对工程的破坏有可能成为重大的潜在危害，工程技术人员必须对此潜在危害给予高度重视，采取有效办法，防止碱集料反应对工程结构造成危害。