土木吧丨混凝土碱骨料反应详解

    《混凝土结构通用规范》GB55008-2021第3.1.7 条 结构混凝土采用的骨料具有碱活性及潜在碱活性时，应采取措施抑制碱骨料反应，并应验证抑制措施的有效性。

    什么叫碱骨料反应？碱骨料反应如何分类？

    1. 碱骨料反应的定义

    混凝土碱骨料反应是指混凝土中的碱 (包括外界渗人的碱) 与骨料中的碱活性矿物成分发生化学反应，导致混凝土膨胀开裂等现象。

    环境作用下的化学腐蚀反应大多从构件表面开始，但碱骨料反应却是在内部发生的。碱骨料反应是一个长期过程，其破坏作用在若干年后才会显现，而且一旦混凝土表面出现开裂，往往已严重到无法修复的程度，因此应采取措施抑制碱骨料反应。

    碱活性是指骨料在混凝土中与碱发生反应产生膨胀并对混凝土具有潜在危害的特性。当混凝土结构构件处于一类环境类别时，可不采取预防混凝土碱骨料反应的技术措施。

    2、 碱骨料反应的分类

    碱骨料反应分为碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应。

    (1) 碱-硅酸反应

    碱-硅酸反应是指水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应生成碱硅胶凝胶。这种碱硅胶凝胶体积大于反应前的体积，且有很强的吸水性，吸水后进一步膨胀，引起混凝土内部膨胀应力，导致混凝土开裂。

    (2) 碱-碳酸盐反应

    碱-碳酸盐反应是指混凝土中的碱 (包括外部渗人的碱) 与碳酸盐骨料中活性白云石晶体发生化学反应，导致混凝土膨胀开裂的现象。这一反应不是发生在集料颗粒与水泥浆的表面，而是发生在集料颗粒的内部，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。

    《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52-2006 规定：对于长期处于潮湿环境的重要混凝土结构所用的砂、石，应进行碱活性检验。

骨料碱活性检验项目应包括岩石类型、碱-硅酸反应活性和碱-碳酸盐反应活性检验。岩石类型检验可以确定碳酸盐骨料，对于判断骨料碱活性有一定帮助。

    1. 河砂和海砂可不进行岩石类型和碱-碳酸盐反应在我国尚未有检验确定为碱-碳酸盐反应活性的河砂和海砂，因此规范规定河砂和海砂可不进行岩石类型和碱-碳酸盐反应活性的检验。

    2. 快速砂浆棒法和砂浆长度法检验碱-硅酸反应

    用于制作混凝土骨料的各类岩石 (包括碳酸盐岩石) 中都有可能存在活性二氧化硅，工程中发生的混凝土碱骨料反应普遍是碱-硅酸反应，应采用快速砂浆棒法和砂浆长度法进行碱-硅酸反应活性检验。

    3. 岩石柱法检验碱-碳酸盐反应

    通常只有碳酸盐骨料中才可能存在活性白云石晶体，这类骨料还应采用岩石柱法进行碱-碳酸盐反应活性检验。

    4, 抑制骨料碱活性有效性检验

    快速砂浆棒法 14d 膨胀率大于 0.2%的骨料为具有碱-硅酸反应活性，14d 膨胀率在0.1%〜0.2%的骨料属于不确定。对于这类骨料，从偏于安全的角度考虑，快速砂浆棒法检验结果不小于 0.1%膨胀率的骨料应进行抑制骨料碱活性有效性检验。

    发生碱骨料反应的充分条件是：混凝土有较高的碱含量，骨料有较高的活性，同时有水存在。当骨料有活性时，限制混凝土含碱量，在混凝土中加人适量的粉煤灰、矿渣或沸石岩等掺合料能够抑制碱骨料反应；采用密实的低水胶比混凝土能有效地阻止水分进人混凝土内部，有利于阻止反应的发生。

    当判定存在潜在碱骨料反应危害时，应控制混凝土中的碱含量不超过 3kg/m3, 或采用能抑制碱骨料反应的有效措施。抑制碱骨料反应可从混凝土原材料、配合比等方面采取措施。

    1. 采用非碱活性骨料

    混凝土工程宜采用非碱活性骨料，具有碱-碳酸盐反应活性的骨料不得用于配制混凝土。在盐渍土、海水和受除冰盐作用等含碱环境中，重要结构的混凝土不得采用碱活性骨料。

    2. 采用低碱含量的胶凝材料

    (1) 水泥碱含量是混凝土中碱含量的主要来源，宜采用碱含量不大于0.6%的通用硅酸盐水泥。

    (2) I级或II级的 F类粉煤灰在达到一定掺量的情况下可以显著抑制骨料的碱-硅酸反应活性，此类粉煤灰中碱含量不宜大于 2.5%。

    (3) 以粉煤灰为主并复合粒化高炉矿渣粉在达到一定掺量的情况下也可抑制骨料的碱-硅酸反应活性，粒化高炉矿渣粉的碱含量不宜大于1.0%。

    (4) 硅灰可以显著抑制骨料的碱-硅酸反应活性，宜采用二氧化硅含量不小于 90%、碱含量不大于1.5%的硅灰。

    (5) 应采用碱含量不大于1500mg/L的拌合用水。

    3. 控制混凝土中矿物掺合料的掺量

    当采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥时，混凝土中矿物掺合料掺量宜符合下列规定。

    (1) 对于快速砂浆棒法检验结果膨胀率大于0.20%的骨料，混凝土中粉煤灰掺量不宜小于 30%；当复合掺用粉煤灰和粒化高炉矿渣粉时，粉煤灰掺量不宜小于 25%, 粒化高炉矿渣粉掺量不宜小于10%。

    (2) 对于快速砂浆棒法检验结果膨胀率为0.10%〜0.20%范围的骨料，宜采用不小于25%的粉煤灰掺量。

    (3) 当本条第 (1)、(2) 项规定均不能满足抑制碱-硅酸反应活性有效性要求时，可再增加掺用硅灰或用硅灰取代相应掺量的粉煤灰或粒化高炉矿渣粉，硅灰掺量不宜小于 5%。

    (4) 当采用除硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以外的其他通用硅酸盐水泥配制混凝土时，可将水泥中混合材掺量20%以上部分的粉煤灰和粒化高炉矿渣粉掺量分别计入混凝土中粉煤灰和粒化高炉矿渣粉掺量。

    (5) 在混凝土中宜掺用适量引气剂。

    4. 控制单位体积混凝土含碱量

    单位体积混凝土中的含碱量应符合下列规定。

    (1) 对骨料无活性且处于相对湿度低于75%环境条件下的混凝土构件，含碱量不应超过 3.5kg/m3,当设计工作年限为 100 年时，混凝土的含碱量不应超过 3kg/m3。

    (2) 对骨料无活性但处于相对湿度不低于75%环境条件下的混凝土结构构件，含碱量不超过3kg/m3。

    （3）对骨料有活性且处于相对湿度不低于75%环境条件下的混凝土结构构件，应严格控制混凝土含碱量不超过 3kg/m3 并掺加矿物掺合料。

    混凝土碱含量计算应符合以下规定。

    （1）混凝土碱含量应为配合比中各原材料的碱含量之和。

    （2）水泥、外加剂和水的碱含量可用实测值计算；粉煤灰碱含量可用实测值的 1/6 计 算，硅灰和粒化高炉矿渣粉碱含量可用实测值的 1/2 计算。

    （3）骨料碱含量可不计入混凝土碱含量。