混凝土用骨料的碱骨料反应及预防
姚俊香 刘兰香
（山东铁正工程试验检测中心）
摘要：碱骨料反应对混凝土构筑物的危害，已日益引起人们的重视，但在基层施工单位对此还缺乏足够的了解。本文从碱骨料反应的机理、试验方法等方面，扼要介绍了碱骨料反应的基本知识。
关键词： 水泥混凝土 碱骨料反应 反应机理 碱活性试验方法比较
一、引言：
碱骨料反应是指混凝土原材料中的碱性物质与骨料中的活性二氧化硅在潮湿环境下发生化学反应，生成碱的硅酸盐凝胶而产生膨胀的一种破坏作用。碱骨料反应一般是在混凝土成型若干年后逐渐发生，所造成的破坏很难修补和挽救，故被称为混凝土的“癌症”。当然，硫酸盐腐蚀、冰冻破坏、钢筋锈蚀、人为因素等等都能给混凝土造成破坏，但碱骨料反应所造成的破坏最为严重。
二、碱骨料反应的原理；
我们知道水泥本身含有一定量的碱，当碱量（Na 2O%＋K 2O%）较高时，混凝土骨料中的活性成分，在满足一定的湿度的情况时SiO 2就会与之发生化学反应，混凝土体积膨胀产生裂缝，使强度和弹性模量下降，缩短建筑物的寿命，危及工程的安全。碱骨料反应情况具体讲有以下几种情况：
1、碱—硅酸的反应
混凝土中的碱与骨料中活性成分SiO 2反应生成碱硅酸盐凝胶，见水膨胀后引起混凝土膨胀开裂。主要反应；
Na 2O ＋H 2O 2NaOH
K 2O ＋H 2O 2KOH
2NaOH ＋SiO 2 Na 2O ·SiO 2＋nH 2O
这种反应体积膨胀3至4倍。
2、碱—硅酸盐的反应
硅酸类矿物：包括蛋白石、方石英、磷石英、微晶石英（粒径＜30μm ＝、玉髓、严重波状消光石英、火山玻璃、燧石、人工硅质玻璃等；
水泥中的碱与某些层状硅酸盐集料相互作用使层间距由10埃增到12埃，集料发生膨胀造成混凝土开裂。但是由于岩石结构的因素，膨胀发展缓慢，一般难以发现。然而看不见的
病更难缠，正是这种难以发现的膨胀使混凝土的开裂更为严重。
3、碱—碳酸盐的反应
碳酸盐类矿物：主要为细小菱形白云石晶体（粒径＜50μm, 有时晶体周围还存在不溶的粘土基质）。这种反应不同于以上两种反应。其机理为：水泥中的碱与泥质石灰石、白云石的反应。由于石灰石、白云石中含有黏土和方解石比较多，白云石颗粒细小，被黏土和方解石颗粒包围，碱通过黏土渗入白云石颗粒，与其中的MgCO 3反应生成Mg （OH ）2晶体，晶体排列的压力和黏土吸水膨胀。这种原地化学反应造成的混凝土开裂主要以网状裂纹为主。
三种碱骨料反应机理各不相同。但共同点是都与水泥的含碱量、水分有关。
常见的碱活性岩石
三、几种碱活性试验方法比较
1、岩相法
是通过在偏光显微镜下等岩相分析方法，鉴定骨料的岩石种类、矿物组成及各组
分含量，并依次判断骨料的碱活性。该方法的优点是速度快，可直接观察到骨料中的活性组分。岩相鉴定结果对其后选择合适的检测方法有重要的指导作用，一直作为骨料碱活性鉴定的首选方法。
2、化学法
该方法的原理是，取一定量规定粒度范围的骨料和一定浓度的NaOH 溶液反应，在规定
条件下，测定溶出的SiO 2浓度及溶液的碱度降低值，依次判断骨料是否具有碱活性。
3、砂浆棒法
本方法适用于碱－硅酸反应，该方法以骨料与碱作用后所产生的膨胀率大小作为判断依据，是传统的碱骨料反应鉴定方法。
4、岩石柱法
本方法适用于碱碳酸盐反应，将一定尺寸的岩石小圆柱体持续地浸泡在氢氧化钠溶液中，定期测定每个圆柱体的长度变化；依据圆柱体在3个月时的膨胀率，评定其所代表的骨料的碱活性。
四、关于碱骨料反应的预防
根据碱骨料反应产生的机理，预防碱骨料反应可采取以下措施： 1、采用无碱活性的骨料，使用非活性骨料是抑制碱－骨料反应最有效和最安全可靠的措施，但这种方法的实际应用是非常有限的。2、采用低碱水泥或降低水泥用量，使碱量小于0.6%。3、减少外加剂中的碱含量；4、掺粉煤灰和硅灰等混合材料，增加混凝土的和易性，取代一部分水泥，提高强度；5、采用超细粉取代10％—15％水泥用量，最大取代20％水泥用量，形成密实混凝土结构，同时可以取消外加剂从而降低成本；6、外涂防腐涂料，使混凝土具有良好的耐碱性、附着力和抗渗透性，减少混凝土的破坏，防止钢筋的锈蚀；7、加强养护，遵守施工规程，保证混凝土的密度。通过以上七种方法尽量预防碱骨料反应和控制混凝土中总碱含量，保证工程质量。
五、结束语
骨料的碱活性问题是决定混凝土工程耐久性的重要指标之一，从全国范围来看，虽已出现很多由于骨料碱活性问题而引起的混凝土工程损坏，但相对还较少，这是由于从20世纪50年代到80年代，我国大量生产高混合材水泥，对抑制混凝土碱骨料反应起到了很好的效果，1984年后，无混合材的硅酸盐水泥在我国开始大量生产并投入使用，以及水泥生产工艺由湿法改为干法，使水泥含碱量大幅度提高，因此，如再不重视骨料碱活性，我国即将面临碱骨料反应损伤的威胁。重视碱活性问题，应在工程可行性研究阶段就应该考虑，为碱活性试验赢得充分的时间，以保证试验结果的真实、可靠，同时，在施工阶段应定期试验。
参考文献：
1、铁路混凝土工程预防碱—骨料反应技术条件 TB/T3054-2002
2、新实用混凝土大全 科学出版社 冯乃谦 主编
2006-07-30
混凝土用骨料的碱骨料反应及预防
姚俊香 刘兰香
（山东铁正工程试验检测中心）
摘要：碱骨料反应对混凝土构筑物的危害，已日益引起人们的重视，但在基层施工单位对此还缺乏足够的了解。本文从碱骨料反应的机理、试验方法等方面，扼要介绍了碱骨料反应的基本知识。
关键词： 水泥混凝土 碱骨料反应 反应机理 碱活性试验方法比较
一、引言：
碱骨料反应是指混凝土原材料中的碱性物质与骨料中的活性二氧化硅在潮湿环境下发生化学反应，生成碱的硅酸盐凝胶而产生膨胀的一种破坏作用。碱骨料反应一般是在混凝土成型若干年后逐渐发生，所造成的破坏很难修补和挽救，故被称为混凝土的“癌症”。当然，硫酸盐腐蚀、冰冻破坏、钢筋锈蚀、人为因素等等都能给混凝土造成破坏，但碱骨料反应所造成的破坏最为严重。
二、碱骨料反应的原理；
我们知道水泥本身含有一定量的碱，当碱量（Na 2O%＋K 2O%）较高时，混凝土骨料中的活性成分，在满足一定的湿度的情况时SiO 2就会与之发生化学反应，混凝土体积膨胀产生裂缝，使强度和弹性模量下降，缩短建筑物的寿命，危及工程的安全。碱骨料反应情况具体讲有以下几种情况：
1、碱—硅酸的反应
混凝土中的碱与骨料中活性成分SiO 2反应生成碱硅酸盐凝胶，见水膨胀后引起混凝土膨胀开裂。主要反应；
Na 2O ＋H 2O 2NaOH
K 2O ＋H 2O 2KOH
2NaOH ＋SiO 2 Na 2O ·SiO 2＋nH 2O
这种反应体积膨胀3至4倍。
2、碱—硅酸盐的反应
硅酸类矿物：包括蛋白石、方石英、磷石英、微晶石英（粒径＜30μm ＝、玉髓、严重波状消光石英、火山玻璃、燧石、人工硅质玻璃等；
水泥中的碱与某些层状硅酸盐集料相互作用使层间距由10埃增到12埃，集料发生膨胀造成混凝土开裂。但是由于岩石结构的因素，膨胀发展缓慢，一般难以发现。然而看不见的
病更难缠，正是这种难以发现的膨胀使混凝土的开裂更为严重。
3、碱—碳酸盐的反应
碳酸盐类矿物：主要为细小菱形白云石晶体（粒径＜50μm, 有时晶体周围还存在不溶的粘土基质）。这种反应不同于以上两种反应。其机理为：水泥中的碱与泥质石灰石、白云石的反应。由于石灰石、白云石中含有黏土和方解石比较多，白云石颗粒细小，被黏土和方解石颗粒包围，碱通过黏土渗入白云石颗粒，与其中的MgCO 3反应生成Mg （OH ）2晶体，晶体排列的压力和黏土吸水膨胀。这种原地化学反应造成的混凝土开裂主要以网状裂纹为主。
三种碱骨料反应机理各不相同。但共同点是都与水泥的含碱量、水分有关。
常见的碱活性岩石
三、几种碱活性试验方法比较
1、岩相法
是通过在偏光显微镜下等岩相分析方法，鉴定骨料的岩石种类、矿物组成及各组
分含量，并依次判断骨料的碱活性。该方法的优点是速度快，可直接观察到骨料中的活性组分。岩相鉴定结果对其后选择合适的检测方法有重要的指导作用，一直作为骨料碱活性鉴定的首选方法。
2、化学法
该方法的原理是，取一定量规定粒度范围的骨料和一定浓度的NaOH 溶液反应，在规定
条件下，测定溶出的SiO 2浓度及溶液的碱度降低值，依次判断骨料是否具有碱活性。
3、砂浆棒法
本方法适用于碱－硅酸反应，该方法以骨料与碱作用后所产生的膨胀率大小作为判断依据，是传统的碱骨料反应鉴定方法。
4、岩石柱法
本方法适用于碱碳酸盐反应，将一定尺寸的岩石小圆柱体持续地浸泡在氢氧化钠溶液中，定期测定每个圆柱体的长度变化；依据圆柱体在3个月时的膨胀率，评定其所代表的骨料的碱活性。
四、关于碱骨料反应的预防
根据碱骨料反应产生的机理，预防碱骨料反应可采取以下措施： 1、采用无碱活性的骨料，使用非活性骨料是抑制碱－骨料反应最有效和最安全可靠的措施，但这种方法的实际应用是非常有限的。2、采用低碱水泥或降低水泥用量，使碱量小于0.6%。3、减少外加剂中的碱含量；4、掺粉煤灰和硅灰等混合材料，增加混凝土的和易性，取代一部分水泥，提高强度；5、采用超细粉取代10％—15％水泥用量，最大取代20％水泥用量，形成密实混凝土结构，同时可以取消外加剂从而降低成本；6、外涂防腐涂料，使混凝土具有良好的耐碱性、附着力和抗渗透性，减少混凝土的破坏，防止钢筋的锈蚀；7、加强养护，遵守施工规程，保证混凝土的密度。通过以上七种方法尽量预防碱骨料反应和控制混凝土中总碱含量，保证工程质量。
五、结束语
骨料的碱活性问题是决定混凝土工程耐久性的重要指标之一，从全国范围来看，虽已出现很多由于骨料碱活性问题而引起的混凝土工程损坏，但相对还较少，这是由于从20世纪50年代到80年代，我国大量生产高混合材水泥，对抑制混凝土碱骨料反应起到了很好的效果，1984年后，无混合材的硅酸盐水泥在我国开始大量生产并投入使用，以及水泥生产工艺由湿法改为干法，使水泥含碱量大幅度提高，因此，如再不重视骨料碱活性，我国即将面临碱骨料反应损伤的威胁。重视碱活性问题，应在工程可行性研究阶段就应该考虑，为碱活性试验赢得充分的时间，以保证试验结果的真实、可靠，同时，在施工阶段应定期试验。
参考文献：
1、铁路混凝土工程预防碱—骨料反应技术条件 TB/T3054-2002
2、新实用混凝土大全 科学出版社 冯乃谦 主编
2006-07-30