维普资讯 http://www.cqvip.com ７６ 内蒙古水利 ２００６年第１期（总第１０５期） 【水利施工】 浅谈碱活性骨料及其对水工混凝土的危害 陈适真，郭煦敏 （内蒙古水利水电勘测设计院，内蒙古呼和浩特０１００２０） （摘要］碱活性骨料对于水工混凝土建筑物的危害日渐显现，研究碱活性骨料的反应机理，评定方法 和防治措施，减少其危害，是我们必须予以重视的问题。 （关键词］碱骨料，混凝土，膨胀，裂缝 中圈分类号：Ｔｖ ５２２ 文章标识码：Ｂ 文章编号：１００９—００８８（２００６）０１—００７６—０２ １概述 凝胶体具有强烈的吸水作用，使体积膨胀，最后导致混 凝土的胀裂。反应的基本过程可以用美国的汉森（Ｗ－ 水工混凝土建筑物在现代社会的发展中正在发挥 Ｃ・Ｈａｎｓｅｎ）提出的４个反应历程来表示： 着重要的作用，为防洪、灌溉、发电、供水、环境生态建 Ｎａ＋ ＯＨ一十Ｓｉ０２一ＮａＨ・ｓｉ０２ 设等项目修建的混凝土建筑物日渐增多，混凝土的质 Ｎａ＋ ＯＨ一＋ＮａＨ・ＳｉＯ２－－＋Ｎａ２ＳｉＯａ・ＸＨ２Ｏ 量也就日显重要。而混凝土的质量取决于原材料的品 Ｎａ２ＳｉＯ２＋Ｓｉ０２＋Ｈ２０＂－＊Ｎａ２Ｈ２（ｓｉ０２）２・ＸＨ２０ 质、配合比和浇筑工艺，其中原材料的质量应满足水 Ｎａ２ＳｉＯ２＋ＭＳｉ０２＋Ｈ２０一Ｎａｉｌ２（Ｓｉ０２）Ｍ＋１・ 泥、混合材料、砂石骨料和外加剂的质量标准（国家颁 ＸＨ２Ｏ 发或部颁发）。 在上述反应中，反应产物随着吸水的过程，体积逐 水泥中的碱和骨料的反应是从１９４０年开始研究 渐膨胀。混凝土内应力的形成主要是在这些反应产物 的，除研究碱骨料反应机理和评定方法外，相当多的研 吸水膨胀但未变成可流动的凝胶体以前的阶段。经测 究工作是寻求抑制碱骨料反应的措施。主要措施是限 定，当发生如下反应时： 制水泥中的含碱量，掺粉煤灰或矿渣能有效地抑制碱骨 ２ＮａＯＨ＋２０ＳＩＯ２＋１８ＨｚＯ－＇＊ＮａｚＨ２ｍ（ＳｉＯ２）２ 料反应。６Ｏ年代后，随着水泥经济生产，水泥含碱量的 其反应产物的尺寸（不是体积），要比反应前的 上升，一些国家除了４０年代发现的碱和无定形二氧化 ｓｉ０２原有的尺寸增大２４％。 硅的反应外，又发现了碱——碳酸盐反应和碱——硅酸 ２．２碱——碳酸盐反应 盐反应，因此，碱骨料反应问题又引起了重视。 某些碱酸盐岩石，如微晶白云石，也可与水泥中的 ２混凝土碱骨料反应机理 碱产生化学反应，生成水滑（镁）石，并伴随体积膨胀。 反应生成的碳酸钠又能与混凝土中的氢氧化钙反应， 碱骨料反应可分为碱——硅酸反应、碱——碳酸 重新生成氢氧化钠，从而使碱和碳酸盐骨料的反应不 盐反应和碱——硅酸盐反应３类。 断进行，体积不断膨胀，最后使混凝土破坏。其反应过 ２．１碱—硅酸反应 程可以用下式表示： 这是发现最早、最多的一种碱——骨料反应。这 ＣａＭｇ（ｃｏ３）２＋２ＮａＣ）Ｈ—Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｃ￣ＣＯ３＋ 种反应的机理主要是骨料中的活性二氧化硅与混凝土 Ｎａ２ＣＯ３ 中的碱起反应并引起体积膨胀的过程，认为在混凝土 Ｎ￣ＣＯ３＋Ｃａ（ＯＨ）ｚ－－＊Ｎａ２ＣＯ３ 中，砂石料被水泥浆包围着，２者接触面上有１层薄膜 反应产物ＮａＯＨ又可以与白云石反应，直到白云石 具有半渗透性。即水泥石中的水和碱离子渗透到骨料 全部消失。因此这类碱骨料反应也称为脱白云石反应。 表面，并与骨料中的活性二氧化硅产生化学反应而生 ２．３碱——硅酸盐反应 成的碱——硅酸盐反应产物又不能穿透那层半渗薄 这是近年来在国外新发现的一种碱——骨料反 膜，反应产物是类似水玻璃的硅酸钠（钾）凝胶体，这种 应。发现变形石英、结晶岩石等硅酸盐岩石，也能与碱 维普资讯 http://www.cqvip.com 浅谈碱活性骨料及其对水工混凝土的危害陈适真等 产生反应，并产生体积膨胀。由于这种碱——骨料反 应发现较晚，实例较少，因此研究成果不多。 凝土拱坝，高９８ ｍ，１９３８年建成，１９４０年就发现混凝 土大坝严重裂缝。研究成果证实，大坝混凝土的破坏， 是由于施工中采用了安山岩等具有活性的砂石料和含 ３碱——骨料活性试验方法 国际上研究和工程实践证明基本上有效的试验方 碱量高的硅酸盐水泥，这些活性骨料与水泥中的碱产 生化学反应，并引起膨胀，从而引起大坝混凝土的裂 缝。 法有岩相法、化学法、砂浆长度法和岩石柱法。 ３．１岩相法 还有美国加州的德鲁姆犹他坝是一座高２８．５ ｍ， 长９７５ ｍ的混凝土拱坝，建于１９２４年。建坝时采用坝 这种方法主要是根据岩石的成分和结晶状态判断骨 料是否具有活性，月提活性骨料，它们一定含有无定形的二 氧化硅或隐晶质、微晶质及玻璃质的二氧化硅，因此需磨片 镜鉴定骨料中是否具有碱活性成分，若有碱活性成分时，应 进一步采用化学法、砂浆长度法或岩石柱法鉴定。 ３．２化学法 此方法是一种模拟骨料中活性二氧化硅与水泥中 的碱（即氢氧化钠）起反应的过程，将要鉴定的骨料，破 碎到０．１６－０．３１５ ｍｍ细颗粒径，取一定量骨料放人１ 当量浓度的氢氧化钠溶液中（１Ｎ ＮａＯＨ），装在密封的 容器中，在８０℃环境下反应２４ ｈ，然后测定骨料中溶 出的活性二氧化硅浓度ｃｓｉｃｈ和碱度降低值 ，二氧 化硅溶出量以ｃｓｉｃｈ（克分子／Ｌ）表示，碱度降低值以 （克分子／Ｌ）表示，当 大于０．０７０并ＣＳｉｏ２大于 ，或者 小于０．０７０而ｃｓｉｃｈ大于（０．０３５＋ ／２） 时，骨料可评定为具有潜在危害，但不作为最后结论， 还需要进行砂浆长度法试验。 ３．３砂浆长度法 适用于碱一硅酸和碱一硅酸盐反应。此方法是 以活性骨料与高碱水泥制成砂浆试件，在较高的温度 （３８℃）下养护，促使产生碱一骨料反应，并定期测量试 件的膨胀值，判断骨料是否具有碱涪陛。当半年膨胀率 低于０．１％，或３个月膨胀率低于０．０５％（无半年膨胀资 料时才有效）时，可判为无潜在危害，否则判别为有潜在 危害，若有必要，用这种岩石的骨料进行混凝土的膨胀率 试验，进一步验证。由于这一方法更接近工程实际情况， 因此一般均用此方法作为骨料活性的最后鉴定。 ３．４岩石柱法 适用于碳酸盐碱活性反应。将岩石加工成一定大 小形状的圆柱体，然后将试件泡入１Ｎ浓度的Ｎａ０Ｈ 溶液中浸泡，放在２０℃的恒温室中保存，定期测量试 件的长度变化，当浸泡８４ ｄ，试件的膨胀率大于０．１％ 时，则判为有潜在危害，不宜做混凝土骨料。 ４碱——骨料反应引起的危害实例 碱——骨料反应破坏严重的工程是美国的派克混 肩开挖出的千枚岩、板岩、云母页岩等作骨料，这些骨 料都是活性骨料，使用的水泥是高碱硅酸盐水泥。运 行２０年后，坝面混凝土发生严重破损，经过详细的试 验研究，证明混凝土的破坏主要是碱——骨料反应引 起的膨胀造成的，使大坝不能安全运行，为此炸毁大 坝，１９６８年在老坝下游附近重建新坝。国外还有英 国、苏联、加拿大等国家的混凝土水坝，由于碱——骨 料反应引起的工程破坏。 我国已建的混凝土大坝工程中，采用碱活性骨料 的工程有４个，占调查总数的１２．５％。这些大坝施工 采用的粗骨料中，含有较多的活性ｓｉｏ２，主要存在于 流纹岩、安山岩、凝灰岩、闪长岩等岩石中。到目前为 止，已出现了０．５～２．０ ｍｉｌｌ宽的碱——骨料反应环 带，但仍不能肯定是碱——骨料反应引起的破坏，还需 要长期观测。碱——骨料问题是水工混凝土耐久性的 一个重要问题，我们必须给予充分重视。 ５碱——骨料反应的防治措施 （１）工程兴建前，在选择砂石料时要查明有无活性 骨料，首先进行岩相分析，如有必要，可通过化学法及 砂浆长度法进一步鉴定论证。 （２）在必须选用有活性的骨料时，采用低碱水泥。 将水泥中的含碱量控制在０．６％以下。 （３）用矿渣硅酸盐大坝水泥或掺矿渣在３５％以上 的矿渣硅酸盐水泥，能有效的抑制碱——骨料的膨胀 反应。 （４）在工程施工时，在混凝土中掺用优质混合材 料，如矿渣、粉煤灰、烧粘土、沸石岩、珍珠岩等。 总之，引起碱一骨料反应要具有３个条件：活性骨 料、水泥含碱量高、供化学反应的自由水较充分。因此混 凝土密卖眭高也是抑制碱一骨料反应的必要措施。 收稿日期：２００５一ｌｌ一０２ 作者简介：陈适真（１９５５一）男，高级工程师，现从事地质勘 察工作。
