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四川眉山混凝土切割碱骨料反应

四川眉山混凝土切割碱骨料反应

1.碱骨料反应的机理

碱骨料反应是指混凝土骨料中某些具有碱活性的矿物成分与混凝土孔隙中的碱性溶液(以KOH,NaOH为主)之间发生的膨胀性反应。这种反应引起混凝土体积膨胀乃至开裂,改变混凝土的微结构,使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降,严重影响结构的安全使用。碱骨料反应一般发生在混凝土凝固数年之后,但一旦发生可遍及混凝土全体,因而很难阻抗,更不易修补和挽救,被称为混凝土的“癌症”。

根据骨料中活性成分的不同,碱骨料反应一般可分为碱-硅酸反应、碱-碳酸盐反应和碱-硅酸盐反应。

碱-硅酸反应是迄今分布最广、研究最多的碱-骨料反应,指骨料中的活性二氧化硅与混凝土孔隙中的碱性溶液发生反应,生成吸水性硅酸盐凝胶,吸水发生体积膨胀最终导致混凝土开裂或胀大移位,其化学反应式参见式(12-7):

2ROH+nSiO2→R20·nSiO。·H2O(12-7)式中,R代表Na或K。

混凝土切割

活性二氧化硅包括蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英和隐晶、微晶或玻璃质石英等,破裂严重或受力的粗晶石英也可能具有碱活性。含这类矿物的岩石分布很广,有火成岩、变质岩和沉积岩,如花岗岩、流纹岩、安粗岩、珍珠岩、玄武岩、石英岩、燧石、硅藻土等。

碱-碳酸盐反应是指骨料中黏土质白云石质石灰石与混凝土孔隙中的碱溶液发生的去白云石反应。去白云石反应生成水镁石Mg(OH)2,方解石CaCO,和RaCO,,反应生成物R。CO.

与水泥水化过程中不断生成的Ca(OH)2反应生成ROH。这样,ROH又继续与白云石发生去白云石化反应,直至Ca(OH)2或白云石被消耗完。其化学反应式为CaCO,·MgCO,+2ROH→Mg(OH)2+CaCO,+RaCO.(12-8)

RaCO,+Ca(OH)2→2ROH+CaCO,(12-9)上述去白云石化反应是一个固相体积减小的过程,因此去白云石化反应本身并不引起膨胀。但白云石晶体中包裹有干燥的黏土,去白云石化反应使菱形白云石晶体遭受破坏,使黏土暴露出来,黏土吸水膨胀,从而造成破坏作用。

碱-硅酸盐反应是片状硅化岩、千枚岩等层状硅酸盐骨料与混凝土孔隙中碱溶液反应,使层状硅酸盐层间距离增大,骨料发生膨胀,造成混凝土膨胀、开裂的过程。

2.碱骨料反应的发生条件

由碱骨料反应的机理可知,发生碱骨料反应必须存在三个必要条件:混凝土中含有过量的碱、骨料中含有碱活性矿物和混凝土处于潮湿环境,三个条件缺一不可。相应地,降低混凝土中的碱含量,保持混凝土周围环境干燥是防止和减轻混凝土中碱骨料反应的有效措施。

1)混凝土中的碱含量

混凝土中的碱主要来自水泥、外加剂、掺和料、骨料、拌和水等组分,也可能来自周围环境,其中水泥的含碱量所占比例最大。水泥中的碱主要是由生产水泥的原料黏土和燃料煤引入的,水泥的含碱量可按氧化钠当量(Na₂O+0.658K2O)的计算值表示。碱当量浓度小于0.6%

的水泥称为低碱水泥,一般不会发生碱骨料反应。不幸的是,很多水泥中的碱含量超过这个标准,如我国北方水泥厂生产的水泥大多数是高碱水泥,碱含量在1%左右,如果加上钠盐减水剂、早强剂、防冻剂等引入的碱,使混凝土中的碱含量更高。

混凝土中的总碱含量主要取决于水泥品种所决定的氧化钠当量和水泥用量,一般用单位体积混凝土内的含碱量(kg/m2)衡量。因此,采用低碱水泥或含非碱性的粉煤灰、硅粉和矿渣等掺和材的水泥浇筑混凝土,控制混凝土中的碱含量,是防止碱骨料反应的主要措施之一。为此,各国规范都规定了不同环境条件下混凝土的最大含碱量,《混凝土结构设计规范》(GB

50010)规定的碱含量为3kg/m2,但使用非活性骨料或一类环境时可不限制(如表12-1)。

2)骨料的碱活性

如前所述,含活性二氧化硅的岩石分布很广,而具有碱-碳酸盐反应活性的只有黏土质白云石质石灰石。充分掌握骨料碱活性的情况,建立碱活性骨料分布图,并据此采取预防措施,对确保大型工程的耐久性具有重大的意义。选择恰当的骨料、减少活性矿物的含量,也是防止碱骨料反应的主要措施之一。

3)潮湿环境

碱硅酸反应和碱-碳酸盐反应发生都要有足够的水,只有在空气相对湿度大于80%,或直接接触水的环境中,碱骨料破坏才会发生;否则,即使骨料具有碱活性且混凝土中有超量的碱,碱骨料反应也很缓慢,不会产生破坏性膨胀开裂。保持周围环境干燥,混凝土表面涂抹防水层,从而有效隔绝水的来源是防治碱骨料破坏的一个有效措施。


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