什么是混凝土的碱-骨料反应

2025-03-31 02:59:07

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回答（1）：

碱-骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR）条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。
类型
碱-骨料反应的类型主要为以下三种
1、碱-硅反应（Alkali-Silica Reaction，简称ASR），是指混凝土中的碱与不定型二氧化硅的反应；
2、碱-硅酸盐反应（Alkali-Silicate Reaction，简称ASR），是指混凝土中的碱与某些硅酸盐矿物的反应。
3、碱-碳酸盐反应（Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR），是指混凝土中的碱与某些碳酸盐矿物的反应。
碱-骨料反应时固相与液相之间的反应，起发生具备三个要素：Ⅰ碱活性骨料；Ⅱ有碱存在（K、Na等离子）；Ⅲ水。
有人试图用阻挡水分来源的方法控制碱骨料反应的发展，例如笔者见过的日本从大孤到神户的高速公路松原段陆地立交桥，桥墩和梁发生大面积碱骨料反应开裂，日本曾采取将所有裂缝注入环氧树脂，注射后又将整个梁、桥墩表面全用环氧树脂涂层封闭，企图通过阻止水分和湿空气进入的方法控制碱骨料反应的进展，结果仅仅经过一年，又多处开裂。因此世界各国都是在配制混凝土时采取措施，使混凝土工程不具备碱骨料反应的条件。

机理

碱—硅酸反应(ASR）
反应机理：Na+(K+)+SiO2+OH-→Na(K)-Si-Hgel
膨胀机理：吸水后的碱硅酸凝胶体体积远远大于反应前固体体积，最大时体积可增大3倍以上，大量凝胶体在混凝土骨料界面区的积聚、膨胀，导致混凝土沿着界面产生不均匀膨胀、开裂。

碱—碳酸盐反应(ACR）
反应机理：碱与白云石发生反应,去白云化。
(1)CaMg(CO3)2+2ROH=Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3
(2)R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3
膨胀机理：Gillott：黏土吸水膨胀，从而造成破坏作用。一方面，R+、OH-和水等进入受限制的紧密空间产生膨胀，另一方面，固相反应产物的框架体积的增大以及水镁石和方解石晶体生长形成的结晶压，产生膨胀应力。

发生条件
(1) 混凝土中碱含量：过量的Na2O(Na2O+0.66K2O)
来自水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围环境。
低碱水泥：钠、钾含量小于0.6%的水泥称为低碱水泥。
发生碱骨料反应的碱含量范围：高活性的硅质骨料(如蛋白石)，大于2.1kg/m3；中等活性的硅质骨料，大于3.0kg/m3;碱—碳酸盐反应活性骨料，大于1.0kg/m3。
(2) 碱活性骨料
含活性二氧化硅的岩石分布很广，碱—碳酸盐反应活性的只有黏土质白云石质石灰石。充分掌握骨科碱活性的情况，建立碱活性骨料分布图。
(3) 潮湿环境
只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境中，AAR破坏才会发生；有效隔绝水的来源是防治AAR破坏的一个有效措施。

影响因素
1）混凝土碱含量
碱含量越高，碱骨料反应膨胀开裂越严重；硅质集料的活性越高，其“安全总碱含量”越低。
2）活性骨料含量与尺寸：每种活性骨料都存在一个最不利掺量范围，这与混凝土中活性SiO2/碱含量有关
3）矿物掺合料：可有效抑制碱骨料反应对混凝土的破坏。
4）环境温度与湿度：高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用。
5）其它因素：
掺入引气剂，可在一定程度上减小碱骨料反应膨胀；
骨料颗粒级配的影响：对于不同的活性二氧化硅含量，存在一个不同的最不利颗粒尺寸，此时的膨胀压力最大。
受力状态：受外约束力作用越大，膨胀开裂越小。

回答（2）：

回答（3）：

回答（4）：

混凝土孔隙中的含碱金属的石灰饱和溶液、氧化钠、氧化钾等碱性溶液和骨料中的反应性二氧化硅反应，生成碱--硅酸凝胶，在有足够水的情况下，凝胶吸水膨胀导致混凝土产生裂缝，最终可能导致混凝土完全破坏。这种现象称为碱骨料反应。

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