胶凝材料学09.ppt

浅析水泥混凝土碱浅析水泥混凝土碱－－骨料反应骨料反应报 告 人：蒋勇小组成员：吴锡 蒋勇 瞿磊1目录目录碱骨料反应的定义碱骨料反应的定义碱骨料反应的原因碱骨料反应的原因碱骨料反应的类型碱骨料反应的类型影响碱骨料反应的因素影响碱骨料反应的因素碱骨料反应的研究方法碱骨料反应的研究方法碱骨料反应的预防措施碱骨料反应的预防措施2 碱骨料反应碱骨料反应（简称（简称AARAAR）是指混凝土原材料中的水泥）是指混凝土原材料中的水泥、、骨骨料、外加剂、掺合料和拌合水中的料、外加剂、掺合料和拌合水中的碱性物质碱性物质（（NaNa2 2O O或或K K2 2O O）与骨）与骨料中的料中的碱活性矿物成分碱活性矿物成分发生化学反发生化学反应应，生成，生成膨胀物膨胀物质质（或吸水（或吸水膨胀物膨胀物质）质），，从而使混凝土在浇筑成型若干年后，内部逐渐产从而使混凝土在浇筑成型若干年后，内部逐渐产生自膨胀应力，早成混凝土从内向外延伸开裂的损毁现象生自膨胀应力，早成混凝土从内向外延伸开裂的损毁现象1 1. .碱骨料反应的定义碱骨料反应的定义32. 2.碱骨料反应的原因碱骨料反应的原因含碱量高有相当的碱活性成分有充分的水或潮湿环境发发生生碱碱骨骨料料反反应应43. 3.碱骨料反应的类型碱骨料反应的类型 碱骨料反应碱骨料反应 （（AARAAR））碱硅酸反应碱硅酸反应 (ASR)碱碳酸盐反应碱碳酸盐反应 (ACR)碱硅酸盐反应碱硅酸盐反应5 混凝土中碱与骨料中微晶或无定形硅酸反应，生成碱硅酸类 2ROH + SiO2 + nH2O — R2O·SiO2·nH2O 碱硅酸类呈白色胶凝固体，具有强烈吸水膨胀的特征，体积增长最大可3倍。

特点：发生在水泥石与骨料界面处，混凝土产生不均匀膨胀引起开裂，且界面状况的改变，也影响了混凝土的结构强度 是碱骨料反应的主要形式碱硅酸反应碱硅酸反应(ASR)6碱碳酸盐反应碱碳酸盐反应(ACR) 混凝土中的碱与具有特定结构的粘土质细粒白云质石灰岩骨料或粘土质细粒白云岩骨料发生反应，进行所谓的去（脱）白云过程 CaMg(CO3)2 + 2NaOH — Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3 Na2CO3 + Ca(OH)2 — 2NaOH + CaCO3 特点：反应较快，一般在混凝土浇筑后6个月就有膨胀或开裂现象，反应中很少有凝胶产物，多呈龟裂或开裂 反应会在白云石被完全作用或碱浓度降低足够低时停止7碱硅酸盐反应碱硅酸盐反应 混凝土中碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂 能发生这类反应的岩石有：页状硅酸盐岩石、石英质岩石、混合型硅酸盐岩石等。

特点：在混凝土中膨胀的速度非常缓慢，一般经过30~50a才会出现膨胀开裂现象，骨料颗粒周围很少见反应环，凝胶产物也不多见 反应机理与碱硅酸反应相同 84. 4.影响影响碱骨料反应的因素碱骨料反应的因素 ①① 混凝土碱含量混凝土碱含量 在混凝土空隙溶液中，只有处于游离态的K＋和Na＋才能与骨料中的活性成分发生碱骨料反应 一般认为当碱含量小于0.6%时，可以不考虑碱骨料反应膨胀率膨胀率%碱的含量与碱骨料反应膨胀率的关系碱的含量与碱骨料反应膨胀率的关系(含碱量含碱量①=7,②=6，③=5，④=4，⑤=3.5，⑥=3；单位：单位：Kg/m3)龄期龄期/d9 ②② 骨料的活性骨料的活性 骨料的活性与骨料中活性SiO2的含量、骨料的粒径大小等因素有关 粒径过大（>7mm)或过小（<0.15mm)都可以使碱骨料反应减小，而中间粒径（0.15~0.3mm）引起的膨胀量最大，开裂也最严重活性活性SiO2的含量与碱骨料反应膨胀率的含量与碱骨料反应膨胀率的关系的关系 (w/c=0.35,Na2O=4.4Kg/m3)10 ③③ 水灰比水灰比 水灰比较低时，随水灰比增大，膨胀量增大； 水灰比较高时，随水灰比增大，膨胀量减小。

④④ 外部环境外部环境 水在碱骨料反应中有三个作用： ① 水是碱离子化的基础； ② 水是输送碱的载体； ③ 水是碱骨料反应膨胀的来源 ⑤⑤ 掺合料掺合料 掺合料的硅含量越高，细度越大，抑制作用越好115.1 骨料碱活性的检验方法骨料碱活性的检验方法 现在国际上比较通行的检测方法有岩相法、化学法和砂浆长度法 ①① 岩相法岩相法 一般通过眼睛观察并结合偏光显微镜、X射线衍射、差热分析、红外光谱分析等手段，确定骨料的岩石种类、矿物组分和各组分含量 缺点：信息仅能表明被检骨料发生碱骨料反应的可能性，无法对膨胀性作出定量判断5. 5. 碱骨料反应的研究方法碱骨料反应的研究方法12②② 化学法化学法 在一定试验条件下测定某些粒级的骨料与规定浓度的NaOH溶液反应所溶出的SiO2浓度Sc (mmol/l)和溶液碱度Rc (mmol/l). 当试验结果出现Rc>70而Sc >Rc或Rc<70而Sc >35+Rc/2中的任一种情况，认为该骨料具有潜在活性。

否则，判定为非活性骨料 缺点：化学法不适应于膨胀过程缓慢的骨料如：片麻岩、含微晶或应变石英的砂石等13③③ 砂浆长度法砂浆长度法 骨料按一定粒级配制后再按比例与水泥制成砂浆，在特定养护条件下，按龄期分别测出砂浆试件的长度当砂浆半年膨胀率超过0.1% ，，可判定骨料具有碱活性 缺点：试验时间长 1986年，南非学者Oberhoster R.E和Davies.G提出了快速砂浆棒法：将试件放入80℃的1mol/l NaOH溶液中，以浸泡14d的膨胀率为依据14d膨胀率<0.1%0.1%~0.2%>0.2%判定结果非活性潜在活性活性145.2 混凝土碱含量的测定混凝土碱含量的测定 混凝土碱含量是指混凝土中等质量Na2O的含量，以Kg/m3计；混凝土原材料碱含量是指原材料中等质量Na2O的含量；以质量百分率计；等质量Na2O含量是指Na2O与0.658倍的K2O之和 测定下列原料中的碱含量求和即得混凝土碱含量 ①① 水泥水泥 ②② 外加剂外加剂 ③③ 掺合料掺合料 ④④ 骨料和骨料和 ⑤⑤ 拌合水拌合水 15①① 控制混凝土碱含量控制混凝土碱含量 首先是控制水泥碱含量，美国提出水泥熟料碱含量低于0.6%已被世界广泛接受。

但是碱来源不仅仅是水泥，因此控制原材料总碱含量才是最有效办法6. 6. 碱骨料反应的预防措施碱骨料反应的预防措施16②② 选择骨料选择骨料 如果混凝土总碱含量低于3Kg/m3，可以不做骨料活性检验, 如果水泥含碱量高或混凝土总碱量高于3Kg/m3, 则应对骨料进行活性检测, 如经检测为活性骨料, 则不能使用, 或经与非活性骨料按一定比例混合后, 经试验对工程无损害时, 方可按试验规定的比例混合使用 ③③ 隔绝水与湿气的渗入隔绝水与湿气的渗入 混凝土内部相对湿度低于80%，则碱骨料反应会停止膨胀；相对湿度低于75%，碱骨料反应不会发生17④④ 掺混合料掺混合料 根据各国试验资料, 掺5 －10 % 的硅灰可以有效地抑制碱骨料反应 另外掺粉煤灰也很有效, 粉煤灰的含碱量不同, 经试验, 即使含碱量高的粉煤灰, 如果取代30 % 的水泥, 也可有效地抑制碱骨料反应 常用的抑制性混合材还有高炉矿渣, 但掺量必须大于50 % 才能有效地抑制碱骨料反应对工程的损害18 对于掺合料对碱骨料反应的抑制机理, 综合各国学者的提法大体有以下几点: (1)降低碱的浓度：掺合料比表面大，可将K+/Na+吸附于其表面，从而降低混凝土中的碱含量； (2)降低混凝土中C a (O H )2：混合料与其反应补充水泥石结构； (3)降低O H －的浓度； (4)降低水及各种离子移动速度：使水泥浆体致密，降低水与K+/Na+ 的扩散速度。

19⑤⑤ 使用外加剂使用外加剂 （1）引气剂 掺入引起剂可以在混凝土中产生微小气泡，反应产物能嵌入分散的空隙中，降低膨胀应力，从而起到抑制和预防碱骨料反应的作用 （2）减水剂 掺入减水剂后，减水剂的定向排列使水泥质点表面均带有相同电荷，并在水泥颗粒表面形成一层溶剂水化膜，即减少了用水量又极大地降低了空隙率2021。