混凝土堿骨料反應問題及預防措施

  張振   朱于昌

鄭州市上街區建設局   上街區市政局

    所謂堿集料反應(英文簡稱堿骨料反應)就是水泥(或混凝土)中的堿與某些骨料發生化學反應，引起膨脹開裂，甚至破壞稱之為堿集(骨)料反應。混凝土中堿集料反應的特點是反應緩慢，持續時間長。正因為如此，混凝土結構從澆筑到產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創造了”物質基礎”。

1、堿骨料反應的發生原因(條件)和特征

    混凝土工程發生堿骨料反應需要具有三個條件。一是混凝土的原材料水泥、混合材、外加劑和水中含堿量高；二是骨料中有相當數量的活性成分；三是潮濕環境，有充分的水分或濕空氣供應。最后一個條件就是潮濕多水，愈是在潮濕多水的環境條件下堿骨料反應對工程的損害發展愈快。在同一個混凝土工程，混凝土配制材料具備堿骨料反應的條件，在這個工程潮濕多水的部位首先發生堿骨料反應損害，在其他部位則發展緩慢。受堿骨料反應膨脹開裂的工程從外觀上看，在少鋼筋約束的部位為網狀裂縫，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、堿骨料反應的預防方法

    堿骨料反應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性骨料，在混凝土澆筑后就會逐漸反應；在反應產物的數量吸水膨脹和內應力足以使混凝土開裂的時候，工程便開始出現裂縫。這種裂縫和對工程的損害隨著堿骨料反應的發展而發展，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的發展，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，橋墩和梁發生大面積堿骨料反應開裂，日本曾采取將所有裂縫注人環氧樹脂，注射后又將整個梁、橋墩表面全用環氧樹脂涂層封閉，企業通過阻止水分和濕空氣進入的方法控制堿骨料反應的進展，結果僅僅經過一年，又多處開裂。因此世界各國都是在配制混凝土時采取措施，使混凝土工程不具備堿骨料反應的條件。主要有以下幾種措施：

    (1)控制水泥含堿量

    由于混凝土工程發生堿骨料反應損壞是由于混凝土內部的堿與活性骨料反應所致，世界各國為了避免堿骨料反應造成混凝土工程破壞的巨大經濟損失，均以預防為主，即配制混凝土時控制活性骨料數量和含堿量。

    (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，這樣預防堿骨料反應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；南非規定限值2.1 kg/m³；中國工程建設標準化協會批準的《混凝土堿含量限值標準》CECS53：93規定：干燥環境，一般工程結構、重要工程結構不限制，特殊工程結構上3.0kg/m³；潮濕環境，一般工程結構3.5kg/m³，重要工程結構3.0kg/m³，特殊工作結構2.1kg/m³；含堿環境，一般工程結構3kg/m³，重要和特殊工程結構用非活性骨料。香港規定重要工作結構限值標準為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，建設了幾百座大中型水利工程，未發生一起堿骨料反應損壞，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雜，例如北京地區經過普查，永定河產骨料配制混凝土時的安全合堿量限值為3kg/m³；潮白河產骨料限值為6kg/m³。因此，要做到有效地預防堿骨料反應對混凝土工程的破壞，必須先對本地區產的骨料活性進行調研，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，根據各國試驗資料，摻5％～l0％的硅灰，可以有效抑制堿骨料反應。冰島自1979年以來，一直在生產水泥時摻5％～7．5％的硅灰，以預防堿骨料反應對工程的損害。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。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對工程的破壞，現在美、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

    在擔心混凝土工程發生堿骨料反應的部位，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對工程破壞的效果。由于近年來，我國水泥、外加劑等情況發展變化，混凝土堿骨料反應問題已構成我國圍土建工程的一大潛在危害。這就要求建筑、市政、交通等方面有關混凝土的設計、施工工程技術人員對此問題給予應有的重視，采取可能做到的各種措施，預防堿骨料反應對工程的破壞，從而確保或延長混凝土結構的壽命。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)