混凝土堿骨料反應(yīng)問題及預(yù)防措施

  張振   朱于昌

鄭州市上街區(qū)建設(shè)局   上街區(qū)市政局

    所謂堿集料反應(yīng)(英文簡稱堿骨料反應(yīng))就是水泥(或混凝土)中的堿與某些骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起膨脹開裂，甚至破壞稱之為堿集(骨)料反應(yīng)。混凝土中堿集料反應(yīng)的特點是反應(yīng)緩慢，持續(xù)時間長。正因為如此，混凝土結(jié)構(gòu)從澆筑到產(chǎn)生明顯的破壞一般在一年以上，有時甚至達20～30年。隨著混凝土高強化的趨勢，硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥大批量使用，水泥用量的不斷增加，外加劑的多樣化，從而導(dǎo)致單位體積混凝土的總堿量成倍增加，這一切為堿集料反應(yīng)創(chuàng)造了”物質(zhì)基礎(chǔ)”。

1、堿骨料反應(yīng)的發(fā)生原因(條件)和特征

    混凝土工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)需要具有三個條件。一是混凝土的原材料水泥、混合材、外加劑和水中含堿量高；二是骨料中有相當(dāng)數(shù)量的活性成分；三是潮濕環(huán)境，有充分的水分或濕空氣供應(yīng)。最后一個條件就是潮濕多水，愈是在潮濕多水的環(huán)境條件下堿骨料反應(yīng)對工程的損害發(fā)展愈快。在同一個混凝土工程，混凝土配制材料具備堿骨料反應(yīng)的條件，在這個工程潮濕多水的部位首先發(fā)生堿骨料反應(yīng)損害，在其他部位則發(fā)展緩慢。受堿骨料反應(yīng)膨脹開裂的工程從外觀上看，在少鋼筋約束的部位為網(wǎng)狀裂縫，在受鋼筋約束的部位多沿主筋方向開裂，在很多情況下可以看到從裂縫溢出白色或透明膠體的痕跡。在同一工程中潮濕部位發(fā)展嚴重也是其外觀特征之一。最后判斷，還需要從受害的工程取芯樣鑒定。

2、堿骨料反應(yīng)的預(yù)防方法

    堿骨料反應(yīng)條件是在混凝土配制時形成的，即配制的混凝土中只要有足夠的堿和反應(yīng)性骨料，在混凝土澆筑后就會逐漸反應(yīng)；在反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量吸水膨脹和內(nèi)應(yīng)力足以使混凝土開裂的時候，工程便開始出現(xiàn)裂縫。這種裂縫和對工程的損害隨著堿骨料反應(yīng)的發(fā)展而發(fā)展，嚴重時會使工程崩潰。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阪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人環(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，企業(yè)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?xí)r采取措施，使混凝土工程不具備堿骨料反應(yīng)的條件。主要有以下幾種措施：

    (1)控制水泥含堿量

    由于混凝土工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)損壞是由于混凝土內(nèi)部的堿與活性骨料反應(yīng)所致，世界各國為了避免堿骨料反應(yīng)造成混凝土工程破壞的巨大經(jīng)濟損失，均以預(yù)防為主，即配制混凝土?xí)r控制活性骨料數(shù)量和含堿量。

    (2)控制混凝土中堿含量

    進入l9世紀，隨著混凝土強度等級提高，單方水泥用量增加，外加劑的應(yīng)用比較普遍，加上英、日等國南于砂資源不足，大量使用海砂配制混凝土，這樣預(yù)防堿骨料反應(yīng)就需要限制混凝土的總堿量。英國認為控制在3kg/m³；新而蘭提出低出3.5kg/m³是無害的；南非規(guī)定限值2.1 kg/m³；中國工程建設(shè)標準化協(xié)會批準的《混凝土堿含量限值標準》CECS53：93規(guī)定：干燥環(huán)境，一般工程結(jié)構(gòu)、重要工程結(jié)構(gòu)不限制，特殊工程結(jié)構(gòu)上3.0kg/m³；潮濕環(huán)境，一般工程結(jié)構(gòu)3.5kg/m³，重要工程結(jié)構(gòu)3.0kg/m³，特殊工作結(jié)構(gòu)2.1kg/m³；含堿環(huán)境，一般工程結(jié)構(gòu)3kg/m³，重要和特殊工程結(jié)構(gòu)用非活性骨料。香港規(guī)定重要工作結(jié)構(gòu)限值標準為3kg/m³。

    (3)對骨料選擇使用

我國水利部從l9世紀年代就規(guī)定，要建一座大中型水利工程，例如要用幾十萬方砂石，是從南山取石或北山取石或西邊河中取砂石，需提前一年做試驗。經(jīng)專家論證，選用其中堿活性較低，并采取使用低堿水泥或摻合料等措施后才開采骨料。因而建國以來，建設(shè)了幾百座大中型水利工程，未發(fā)生一起堿骨料反應(yīng)損壞，這在世界上也是少有的。我國地域遼闊，活性骨料的種類及分布很復(fù)雜，例如北京地區(qū)經(jīng)過普查，永定河產(chǎn)骨料配制混凝土?xí)r的安全合堿量限值為3kg/m³；潮白河產(chǎn)骨料限值為6kg/m³。因此，要做到有效地預(yù)防堿骨料反應(yīng)對混凝土工程的破壞，必須先對本地區(qū)產(chǎn)的骨料活性進行調(diào)研，明確每種骨料的安全含堿量限值。

    (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5％～l0％的硅灰，可以有效抑制堿骨料反應(yīng)。冰島自1979年以來，一直在生產(chǎn)水泥時摻5％～7．5％的硅灰，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，即使合堿量高的粉煤炭，如果取代30％的水泥，也可有效抑制堿骨料反應(yīng)。另外常用的抑制性混合材還有高爐礦渣，但容量必須大于50％才能有效地抑制堿骨料反應(yīng)對工程的破壞，現(xiàn)在美、英、德國對高爐礦渣的推薦摻量均為500％以上。

    (5)隔絕水和濕空氣的來源

    在擔(dān)心混凝土工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)的部位，如果能有效地隔絕水和空氣的來源，也可起到緩和堿骨料反應(yīng)對工程破壞的效果。由于近年來，我國水泥、外加劑等情況發(fā)展變化，混凝土堿骨料反應(yīng)問題已構(gòu)成我國圍土建工程的一大潛在危害。這就要求建筑、市政、交通等方面有關(guān)混凝土的設(shè)計、施工工程技術(shù)人員對此問題給予應(yīng)有的重視，采取可能做到的各種措施，預(yù)防堿骨料反應(yīng)對工程的破壞，從而確保或延長混凝土結(jié)構(gòu)的壽命。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)