堿-骨料反應(yīng) 化學反應(yīng) 堿骨料反應(yīng)一般指本詞條 本詞條是多義詞，共2個義項 展開 混凝土堿骨料反應(yīng)（Alkali-aggregate reaction, AAR）是指骨料中特定內(nèi)部成分在一定條件下與混凝土中的水泥、外加劑、摻合劑等中的堿物質(zhì)進一步發(fā)生化學反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膨脹、開裂甚至破壞的現(xiàn)象，嚴重的會使混凝土結(jié)構(gòu)崩潰，是影響混凝土耐久性的重要因素之一；混凝土堿骨料反應(yīng)根據(jù)反應(yīng)機制可分為堿硅酸鹽反應(yīng)和堿碳酸鹽反應(yīng)： 中文名 堿-骨料反應(yīng)（堿集料反應(yīng)） 外文名 Alkali-Aggregate Reaction 簡稱 AAR 危害 產(chǎn)生裂縫、膨脹、結(jié)構(gòu)破壞 快速 導(dǎo)航 類型 ? 機理 ? 發(fā)生條件 ? 影響因素 ? 預(yù)防措施 定義 堿骨料反應(yīng)是指水泥中的堿性氧化物含量較高時，會與骨料中所含的二氧化硅發(fā)生化學反應(yīng) ，并在骨料表面生成堿-硅酸凝膠，吸水后會產(chǎn)生較大的體積膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂現(xiàn)象。 類型 堿-骨料反應(yīng)的類型主要為以下兩種 1、堿-硅酸反應(yīng)（Alkali-Silica Reaction，簡稱ASR），是指混凝土中的堿與不定型二氧化硅的反應(yīng)； 2、堿-碳酸鹽反應(yīng)（Alkali-Carbonate Reaction，簡稱ACR），是指混凝土中的堿與某些碳酸鹽礦物的反應(yīng)。 堿-骨料反應(yīng)是固相與液相之間的反應(yīng)，起發(fā)生具備三個要素：Ⅰ堿活性骨料；Ⅱ有堿存在（K、Na等離子）；Ⅲ水。 有人試圖用阻擋水分來源的方法控制堿骨料反應(yīng)的發(fā)展，例如筆者見過的日本從大孤到神戶的高速公路松原段陸地立交橋，橋墩和梁發(fā)生大面積堿骨料反應(yīng)開裂，日本曾采取將所有裂縫注入環(huán)氧樹脂，注射后又將整個梁、橋墩表面全用環(huán)氧樹脂涂層封閉，企圖通過阻止水分和濕空氣進入的方法控制堿骨料反應(yīng)的進展，結(jié)果僅僅經(jīng)過一年，又多處開裂。因此世界各國都是在配制混凝土時采取措施，使混凝土工程不具備堿骨料反應(yīng)的條件。 機理 堿—硅酸反應(yīng)(ASR） 反應(yīng)機理：Na+(K+)+SiO2+OH-→Na(K)-Si-Hgel 膨脹機理：吸水后的堿硅酸凝膠體體積遠遠大于反應(yīng)前固體體積，最大時體積可增大3倍以上，大量凝膠體在混凝土骨料界面區(qū)的積聚、膨脹，導(dǎo)致混凝土沿著界面產(chǎn)生不均勻膨脹、開裂。 堿—碳酸鹽反應(yīng)(ACR） 反應(yīng)機理：堿與白云石發(fā)生反應(yīng),去白云化。 (1)CaMg(CO3)2+2ROH=Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3 (2)R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3 膨脹機理：Gillott：黏土吸水膨脹，從而造成破壞作用。一方面，R+、OH-和水等進入受限制的緊密空間產(chǎn)生膨脹，另一方面，固相反應(yīng)產(chǎn)物的框架體積的增大以及水鎂石和方解石晶體生長形成的結(jié)晶壓，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。 發(fā)生條件 (1) 混凝土中堿含量：過量的Na2O(Na2O+0.66K2O) 來自水泥、外加劑、摻合料、骨料、拌合水等組分及周圍環(huán)境。 低堿水泥：鈉、鉀含量小于0.6%的水泥稱為低堿水泥。 發(fā)生堿骨料反應(yīng)的堿含量范圍：高活性的硅質(zhì)骨料(如蛋白石)，大于2.1kg/m3；中等活性的硅質(zhì)骨料，大于3.0kg/m3;堿—碳酸鹽反應(yīng)活性骨料，大于1.0kg/m3。 (2) 堿活性骨料 含活性二氧化硅的巖石分布很廣，堿—碳酸鹽反應(yīng)活性的只有黏土質(zhì)白云石質(zhì)石灰石。充分掌握骨科堿活性的情況，建立堿活性骨料分布圖。 (3) 潮濕環(huán)境 現(xiàn)有的現(xiàn)場資料充分證明，絕大部分混凝土構(gòu)筑物在季節(jié)性氣候變化的暴露條件下，其內(nèi)部的相對濕度足以維持膨脹性AAR，因此在沙漠地帶的大多數(shù)公路、大壩以及干燥氣候條件下的橋面和柱也可能保持內(nèi)部濕度而斷續(xù)發(fā)生膨脹反應(yīng)。同時，在控制環(huán)境條件下，室內(nèi)的大型混凝土構(gòu)件也能長期維持適當?shù)南鄬穸?。因此雖然水是堿-骨料反應(yīng)發(fā)生的必要條件之一，但是并沒有好的方法預(yù)防這一點。 影響因素 1）混凝土堿含量 堿含量越高，堿骨料反應(yīng)膨脹開裂越嚴重；硅質(zhì)集料的活性越高，其“安全總堿含量”越低。 2）活性骨料含量與尺寸：每種活性骨料都存在一個最不利摻量范圍，這與混凝土中活性SiO2/堿含量有關(guān) 3）礦物摻合料：可有效抑制堿骨料反應(yīng)對混凝土的破壞。 4）環(huán)境溫度與濕度：高溫、高濕環(huán)境對堿骨料反應(yīng)有明顯加速作用。 5）其它因素： 摻入引氣劑，可在一定程度上減小堿骨料反應(yīng)膨脹； 骨料顆粒級配的影響：對于不同的活性二氧化硅含量，存在一個不同的最不利顆粒尺寸，此時的膨脹壓力最大。 受力狀態(tài)：受外約束力作用越大，膨脹開裂越小。 預(yù)防措施 1、控制水泥含堿量自1941年美國提出水泥含量低于0.6%氧氣化鈉當量（即Na2O+0.658K2O）為預(yù)防發(fā)生堿骨料反應(yīng)的安全界限以來，雖然對有些地區(qū)的骨料在水泥含量低于0.4%時仍可發(fā)生堿骨料反應(yīng)對工程的損害，但在一般情況下，水泥含堿量低于0.6%作為預(yù)防堿骨料反應(yīng)的安全界限已為世界多數(shù)國家所接受，已有二十多個國家將此安全界限列入國家標準或規(guī)范。許多國家如新西蘭、英國、日本等國內(nèi)大部分水泥廠均生產(chǎn)含堿量低于0.6%的水泥。加拿大鐵路局則規(guī)定，不論是否使用活性骨料，鐵路工程混凝土一律使用含堿量低于0.6%的低堿水泥。 2、控制混凝土中含堿量由于混凝土中堿的來源不僅是從水泥，而且從混合材、外加劑、水，甚至有時從骨料（例如海砂）中來，因此控制混凝土各種原材料總堿量比單純控制水泥含堿量更重要。對此，南非曾規(guī)定每m3混凝土中總堿量不得超過2.1kg，英國提出以每m3混凝土全部原材料總堿量（Na2O當量）不超過3kg，已為許多國家所接受。 3、對骨料選擇使用如果混凝土含堿量低于3kg/m3，可以不做骨料活性檢驗，如果水泥含堿量高或混凝土總堿量高于3kg/m3，則應(yīng)對骨料進行活性檢測，如經(jīng)檢測為活性骨料，則不能使用，或經(jīng)與非活性骨料按一定比例混合后，經(jīng)試驗對工程無損害時，方可按試驗規(guī)定的比例混合使用。 4、摻混合材摻某些活性混合材可緩解、抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)。根據(jù)各國試驗資料，摻S——10%的硅灰可以有效的抑制堿骨料反應(yīng)，據(jù)悉冰島自1979年以來，一直在生產(chǎn)水泥時摻5—7.5%硅灰，以預(yù)防堿骨料反應(yīng)對工程的損害。另外摻粉煤灰也很有效，粉煤灰的含堿量不同，經(jīng)試驗，即使含堿量高的粉煤灰，如果取代30%的水泥，也可有效地抑制堿骨料反應(yīng)。另外常用的抑制性混合材還有高爐礦渣，但摻量必須大于50%才能有效地抑制堿骨料反應(yīng)對工程的損害，現(xiàn)美、英、德諸國對高爐礦渣的推薦摻量均為 50%以上。 5、隔絕水和濕空氣的來源如果在擔心混凝土工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)的部位能有效地隔絕水和空氣的來源，也可以取得緩和堿骨料反應(yīng)對工程損害的效果。