淺談混凝土中堿—集料反應的分析與控制

侯進

摘 要：堿集料反應（ARR）是混凝土內部堿與集料中某些組份之間的反應，是混凝土安全性受到影響的主要因素之一，所以要求我們應該加強集料堿活性的研究測試工作，使堿集料反應在工程中得到有效抑制，延長工程的使用壽命。文章從堿活性檢測及其影響因素，預防措施，反應機理等方面進行了分析。

關鍵詞：堿集料；水泥混凝土；分析

前言

混凝土在使用期間，會由于環境中的水、氣體及其所含侵蝕介質的侵入，產生物理和化學反應而逐漸破壞。混凝土耐久性實質就是抵抗這種破壞的作用力，為了防止和避免因為堿——集料反應造成工程破壞的損失，采取相應的防治措施是非常必要的。

由于我國過去的水泥含堿量一般不高，一般土建工程在以往的工程建設中沒有發現堿骨料反應對工程損害的情況報告。結果許多設計、施工工程技術人員對堿集料反應問題沒有引起重視；再加上近年來，我國水泥含堿量的增加、水泥用量的逐步提高，以及含堿外加劑的大面積使用，增加了堿——集料反應破壞的可能性，因此對混凝土用砂石料堿性問題，必須引起足夠的重視。

1 堿——集料反應的類別

1.1堿——硅酸反應

堿——硅反應簡稱ASR，是指堿與集料中活性二氧化硅反應，之后產生堿——硅酸鹽凝膠或稱堿硅凝膠，它具有強烈的吸水性，吸水后膨脹才生混凝土內部膨脹應力，結果導致混凝土產生開裂現象，發展嚴重的會導致混凝土結構崩潰，對安全造成影響。

1.2 堿——碳酸鹽反應

堿——碳酸鹽反應簡稱ACR，是指堿與集料中活性-碳酸鹽反應。

2 堿集料反應的發生原因分析

2.1 水泥、混合材、外加劑等原材料和拌和水水中較高的含堿量，或者混凝土處于有堿滲入的環境中。

2.2 集料中含有一定數量的堿活性成分。

2.3 潮濕環境，可以供應反應物吸水膨脹時所需的水分。

3 堿——集料試驗方法

堿——集料反應試驗方法目前國外以美國ASTM有關集料試驗方法具有權威性。交通部《公路工程集料試驗規程》（JTJ058-2000）編制了三個方法：“巖相法”、 “砂漿長度法”和“抑制骨料堿活性效能檢驗”。

巖相法檢驗是確定哪些集料可能與水泥中的堿發生反應。當集料中下列材料含量為1%或更少時即有可能成為有害反應的集料，這些材料基本上都是含活性二氧化硅的礦物。巖相法的優點在于能確知被檢驗的集料屬于什么巖石。其中含有什么礦物？是判斷集料有無活性最基本的方法。

砂漿長度法檢驗是鑒定水泥中的堿與活性集料間的反應所引起的膨脹是否具有潛在危害的可能性。將集料破碎成一定粒徑，按一定比例與水泥制成砂漿長條，定期測長，當膨脹率半年不超過0.1%或3個月不超過0.05%，即可評為非活性集料。

抑制集料堿活性效能檢驗是以高活性的硬度玻璃砂為標準的條件下評定或優選水泥品種、混合材及外加劑的抑制效能。檢定砂漿膨脹率14d不超過0.02%，56d不超過0.06%即可認為符合安全的要求。

4 堿集料反應的特征

受堿——集料反應膨脹開裂的工程從外觀上看主要是表面裂縫、變形和滲出物。表面裂縫在少鋼筋約束的部位為表現形式為網狀裂縫，在受鋼筋約束的部位表現形式多為沿主鋼筋方向上開裂；在一般情況下可以看到從表面裂縫處溢出白色或透明肢體的痕跡。

5 堿骨料反應的防治方法

堿骨料反應基本上是在混凝土配制時候形成的，只要配制的混凝土的時候含有足夠的堿和反應性骨料的存在，在混凝土澆筑時候就會逐漸反應，隨著反應產物的逐漸吸水引起的膨脹和其內應力能夠使混凝土產生開裂的時候，施工中便開始出現裂縫。且裂縫和對工程的損害隨著堿集料反應的延續而進一步發展，嚴重時會使工程產生崩潰等病害。主要有以下幾種措施。

5.1 控制水泥含堿量

選用低堿水泥。我國《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175-1999）對水泥含堿量規定：若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.60%或由供需雙方商定。對于礦渣水泥、火山灰質硅酸水泥、復合水泥等含堿量相對較低的水泥含堿量要求：若使用活性骨料要限制水泥中堿含量時，由供需雙方商定。

5.2 控制混凝土中堿的含量

因混凝土中堿的來源途徑有多方面，不僅是從水泥、而且從混合材、水、外加劑，甚至有時從粗細骨料中來，因而控制混凝土各種原材料總堿量比單純控制水泥含堿量更為合理和科學。

5.3 對骨料選擇使用

選擇堿活性含量較低的集料，倘若混凝土堿的含量低于3.5kg/m3，可以不做骨料活性檢驗，如果水泥的堿含量高或混凝土總含堿量高于3.5kg/m3，則需對骨料進行活性檢測試驗，檢測結果為活性骨料、則不可以使用，如果經與非活性骨料按一定比例混合拌合后，經試驗對工程沒有損害時，方可按試驗的比例混合使用。

5.4 使用礦物外加劑

使用某些活性礦物外加劑可抑制、緩解混凝土的堿集料反應。目前廣泛使用的礦物外加劑有磨細礦渣、磨細粉煤灰、硅灰和沸石等，根據試驗資料數據表明。摻（4-9）%的硅灰可以有效的抑制堿集料產生反應。

5.5 使用堿集料反應抑制劑

鋰鹽是堿-集料反應有效的抑制劑，如在混凝土建筑表面噴灑鋰鹽，其中是摻加氫氧化鋰溶液后效果最好，其結果對于新舊混凝土中的控制堿集料反應有很好的抑制效果，同時限制混凝土堿集料的進一步膨脹。但由于鋰鹽價格較貴，因而該法成本較高，在國內推廣使用可能有一定難度。

5.6 隔絕濕空氣和水的來源

在混凝土結構表明對于可能發生堿集料反應的部位，采取措施隔絕空氣和水的來源，同樣能夠緩和堿集料反應對工程效果造成的危害。

6 結束語

一直以來混凝土中堿集料反應是項復雜而又存在的課題，縱使施工過程中經過了嚴密的部署，堿集料的反應也是不可避免要發生的，但是經過周密的控制，采取綜合措施使堿集料的反應可以降到最低，最終使得混凝土的耐久性等各項性能得到保證，這點我們現在是可以做到的。在東北某機場跑道混凝土發現堿骨料反應產生的開裂；南山市城市公路中立交橋，建成剛三年其潮濕部位即出現開裂現象，經取樣試驗檢測證實為堿集料反應產生的不良結果。由于近幾年我國水泥外加劑等材料的發展變化之快和建設的大型混凝土工程越來越多，混凝土堿集料反應問題已構成我國土建工程領域的一大潛在危害，我們應該積極采取可能做到的各種措施，預防堿集料反應對工程的損害，從而提高工程的使用壽命。

參考文獻

[1]GB/T176-1996.水泥化學分析標準[S].

[2]SD 105-802.水泥混凝土試驗規程[S].

[3]CECS-53-93.混凝土堿含量限制標準[S].