混凝土堿骨料反應(yīng)國內(nèi)外概況自Stanton之后，美國其它州也相繼發(fā)現(xiàn)AAR破壞，目前美國有半數(shù)以上州發(fā)生了AAR破壞；加拿大1953年發(fā)現(xiàn)首例AAR破壞事例，目前幾乎遍及各省地區(qū)；英國自1975年發(fā)現(xiàn)首例AAR破壞事例，近期調(diào)查表明在6000座鋼筋混凝土橋梁中,有165座已確信受AAR的破壞,有303座被懷疑為AAR所破壞；丹麥早在50年代調(diào)查全國431座混凝土建筑物,其中3/4的建筑物遭受了不同程度的AAR破壞;法國北部調(diào)查了1970年后建成的860座橋,受AAR破壞者為123座,占14%；中國在1990年后相繼發(fā)現(xiàn)了立交橋、機(jī)場、大型預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋梁和軌枕、工業(yè)及民用建筑因AAR而破壞。AAR已成為混凝土工程的全球性災(zāi)害問題。指無定形二氧化硅、隱晶質(zhì)、微晶質(zhì)和玻璃質(zhì)二氧化硅。如:蛋白石、玉髓、隧石、受應(yīng)力變型的石英。一、堿一骨料反應(yīng)機(jī)理1、堿—硅酸反應(yīng)定義：骨料中的活性二氧化硅與堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膨脹性堿硅膠，導(dǎo)致混凝土膨脹性開裂。

指孔溶液中的Na+、K+、OH-，來自水泥、外加劑、環(huán)境等。＊取決于骨料中SiO2的結(jié)晶程度和混凝土中堿含量蛋白石玉髓反應(yīng)機(jī)理：

膨脹機(jī)理：吸水后的堿硅酸凝膠體體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)前固體體積，最大時(shí)體積可增長3倍以上，大量凝膠體在混凝土骨料界面區(qū)的積聚、膨脹，導(dǎo)致混凝土沿著界面產(chǎn)生不均勻膨脹、開裂。2、堿—碳酸鹽反應(yīng)定義：某些骨料中的碳酸鹽礦物與堿發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)引起混凝土的地圖狀開裂。指白云石與石灰石含量大致相等，粘土的質(zhì)量含量約為5%一20%，白云石顆粒粒徑約在50μm以下且被微晶方解石和黏土包圍。

指孔溶液中的Na+、K+、OH-，來自水泥、外加劑、環(huán)境等。反應(yīng)機(jī)理：堿與白云石發(fā)生反應(yīng),去白云化(dedolomitization)。

CaMg(CO3)2+2ROH=Mg(OH)2

+CaCO3

+R2CO3R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3去白云石化反應(yīng)是一個(gè)固相體積減小過程，膨脹破壞如何產(chǎn)生?

膨脹機(jī)理：Gillott認(rèn)為：白云石晶體中包裹有干燥的黏土，去白云石化反應(yīng)使菱形白云石晶體遭受破壞，使黏土暴露出來，黏土吸水膨脹，從而造成破壞作用。唐明述院士認(rèn)為：活性碳酸鹽巖石的顯微結(jié)構(gòu)特征是：微晶方解石和網(wǎng)絡(luò)狀分布的粘土構(gòu)成了這種巖心的基質(zhì)，菱形白云石晶體彼此孤立地分布于其中。一方面，Ｒ+、OH-和水等進(jìn)入受限制的緊密空間產(chǎn)生膨脹，這些離子之所以會擠入受限空間發(fā)生反應(yīng)，主要是由于去白云化反應(yīng)為自由能降低的過程，ΔG=-12.18kJ/mol。另一方面，去白云石化反應(yīng)生成的水鎂石和方解石晶體顆粒細(xì)小，這些顆粒間存在大量孔隙，使固相反應(yīng)產(chǎn)物的框架體積大于反應(yīng)物白云石的體積，在限制條件下，固相反應(yīng)產(chǎn)物的框架體積的增大以及水鎂石和方解石晶體生長形成的結(jié)晶壓，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。3、堿—硅酸鹽反應(yīng)定義：堿與某些層狀硅酸鹽骨料反應(yīng)，使層狀硅酸鹽層間距離增大，骨料發(fā)生膨脹，造成混凝土膨脹、開裂。

蛇紋石、伊里石、綠泥石、滑心、白云母、黑云母、鐵鋰云母、高嶺石、微晶高嶺石等層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物；很多人反對將這種堿—骨料反應(yīng)劃分為新的一類；唐明述院士研究表明：這些層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物自身不具有堿活性，產(chǎn)生膨脹反應(yīng)的是其中含有微晶石英或玉髓。堿—硅酸鹽反應(yīng)的實(shí)質(zhì)仍屬堿-硅酸反應(yīng)。二、堿一骨料反應(yīng)發(fā)生條件與影響因素1、發(fā)生條件

＊混凝土中含有充足的堿(Na2O與K2O)；＊骨料中含有堿活性礦物；＊潮濕環(huán)境。

(1)混凝土中堿含量：當(dāng)量Na2O(Na2O+0.66K2O)

來自水泥、外加劑、摻合料、骨料、拌合水等組分及周圍環(huán)境。低堿水泥：鈉、鉀含量小于0.6%的水泥稱為低堿水泥。

發(fā)生堿骨料反應(yīng)的堿含量范圍：高活性的硅質(zhì)骨料(如蛋白石)，大于2.1kg/m3;

中等活性的硅質(zhì)骨料，大于3.0kg/m3;

堿—碳酸鹽反應(yīng)活性骨料，大于1.0kg/m3。我國標(biāo)準(zhǔn)CECS53:93《混凝土堿含量限制標(biāo)準(zhǔn)》中，提出了防止堿—硅酸反應(yīng)的堿含量限值。(2)堿活性骨料

含活性二氧化硅的巖石分布很廣，堿—碳酸鹽反應(yīng)活性的只有黏土質(zhì)白云石質(zhì)石灰石。充分掌握骨科堿活性的情況，建立堿活性骨料分布圖?；鸪蓭r花崗巖應(yīng)變石英含量＞30％花崗閃長巖紫蘇花崗巖浮石酸至中性富二氧化硅的火山玻璃體、鱗石英流紋石安山石英安巖粗面巖珍珠巖黑耀巖火山凝灰?guī)r低硅玄武巖玉髓、蛋白石變質(zhì)巖片巖應(yīng)變石英含量＞30％片麻巖石英巖應(yīng)變石英含量＞30％，隧石含量＞5％角頁巖頁硅酸鹽、變石英干枚巖泥板巖沉積巖砂巖應(yīng)變石英、隧石含量＞5％硬砂巖頁硅酸巖、應(yīng)變石英隧石微晶石英、玉髓、蛋白石硅藻土蛋白石、微晶石英碳酸巖泥質(zhì)白云石、頁硅酸巖各國已發(fā)現(xiàn)堿活性礦物(3)潮濕環(huán)境

只有在空氣相對濕度大于80%，或直接接觸水的環(huán)境中，AAR破壞才會發(fā)生；有效隔絕水的來源是防治AAR破壞的一個(gè)有效措施。2、影響因素(1)混凝土中堿含量：堿含量越高，堿骨料反應(yīng)膨脹開裂越嚴(yán)重；硅質(zhì)集料的活性越高，其“安全總堿含量”越低；ACR的安全總堿量遠(yuǎn)低于ASR，更難預(yù)防。(2)活性骨料含量：

每種活性骨料都存在一個(gè)最不利摻量范圍，這與混凝土中活性SiO2/堿含量有關(guān)．

原始SiO2/Na2O與溶膠中SiO2/Na2O當(dāng)SiO2/Na2O的摩爾比為4.75時(shí)，溶膠中SiO2/Na2O的摩爾比達(dá)到最大值4.5，此時(shí)溶膠中的SiO2含量最高、膠粒尺寸小，具有最強(qiáng)的吸水膨脹性，破壞能力最強(qiáng)。(3)礦物摻合料：

可有效抑制堿骨料反應(yīng)對混凝土的破壞。摻硅灰摻粉煤灰火山灰作用降低水泥石中的大量Ca(OH)2；生成大量低Ca/Si比水化產(chǎn)物，對堿的物理稀釋和吸附；物理填充和火山灰反應(yīng)使水泥石結(jié)構(gòu)更加致密。(4)環(huán)境溫度與濕度：

高溫、高濕環(huán)境對堿骨料反應(yīng)有明顯加速作用。不同溫度下砂漿棒膨脹隨時(shí)間的增長情況砂漿先干燥蒸發(fā)一定水后再濕熱養(yǎng)護(hù)膨脹率混凝土堿骨料反應(yīng)主要影響因素混凝土堿含量，增加－－堿活性骨料，最不利含量范圍－－礦物摻合料，增加摻量＋＋環(huán)境條件，高溫、高濕－－摻減水劑、引氣劑＋三、堿一骨料反應(yīng)破壞特征1)時(shí)間特征:

5~10年內(nèi)發(fā)生破壞,比其它耐久性破壞的速度快。工程名稱建設(shè)時(shí)間發(fā)現(xiàn)明顯堿骨料破壞破壞年限英國西南部普利茅斯城，老沼澤磨坊橋1969-1970年70年代未，明顯裂縫10年左右加拿大康沃爾城，某公路1979年1986年，整個(gè)路面呈蛛網(wǎng)狀開裂7年加拿大，博赫爾洛依斯水電站1928年開始1940年，發(fā)現(xiàn)電站壩體因裂縫而滲漏12年英國普利茅斯，停車場1970年1980年，決定修補(bǔ)10年香港，某水處理廠1980-1982年1991年，明顯開裂9-12年香港，NorthPoint公立學(xué)校1987年1999年，明顯開裂12年香港某水處理廠香港某水處理廠2)膨脹特征:

膨脹開裂發(fā)生在整個(gè)結(jié)構(gòu)物中，使結(jié)構(gòu)物發(fā)生整體位移或變形，如膨脹錯(cuò)位、彎曲、扭翹等。3)開裂特征:

內(nèi)部骨料周圍膨脹受壓，表面混凝土受拉開裂。對于不受約束和荷載或約束和荷載較小的部位，—般形成網(wǎng)狀裂縫（表面保護(hù)層呈地圖狀裂縫）。對于鋼筋限制力較大的區(qū)域，裂縫常常平行于鋼筋方向；在外部壓應(yīng)力作用下，裂縫也會平行于壓應(yīng)力方向。堿-骨料反應(yīng)在開裂的同時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)局部膨脹，使裂縫兩側(cè)的混凝土出現(xiàn)高低錯(cuò)位和不平整?；炷帘砻婢W(wǎng)狀裂縫4)凝膠析出特征:

發(fā)生堿—硅酸反應(yīng)的混凝土表面經(jīng)?？梢钥吹接型该骰虻S色凝膠析出；堿—碳酸鹽反應(yīng)中未生成凝膠，混凝土表面無凝膠析出。5)內(nèi)部特征:

在骨料間產(chǎn)生網(wǎng)狀的內(nèi)部裂縫，在鋼筋等約束或外壓應(yīng)力作用下，裂縫會平行于壓應(yīng)力方向成列分布，與外部裂縫相連；某些骨料周圍形成一些深色的反應(yīng)環(huán)；混凝土內(nèi)部空隙、裂縫、骨料—漿體界面發(fā)現(xiàn)凝膠。6)潮濕特征:

越潮濕的部位反應(yīng)越強(qiáng)烈，膨脹和開裂破壞越明顯；對于堿—硅酸反應(yīng)引起的破壞，越潮濕的部位其凝膠析出等特征也越明顯?；炷凉こ虊A骨料破壞特征時(shí)間范圍：5~10年＊體積變形：整體膨脹＊＊表面裂縫：網(wǎng)狀開裂＊＊表面析出物：透明或淡黃色凝膠＊＊＊內(nèi)部特征：沿界面開裂，骨料周圍反應(yīng)環(huán)＊＊外界條件：潮濕環(huán)境＊四、堿－骨料反應(yīng)檢測方法骨料的堿活性檢測是防止新建混凝土AAR破壞的重要手段。檢測方法美國ASTM歐洲RILEM英國加拿大CSA中國巖相法C295AAR-1BS812：Part104--《水工砼試驗(yàn)規(guī)程》(SD105-82)化學(xué)法C289------砂漿棒法C227------快速砂漿棒法C1260AAR-2DD249:1999A23.2-25A混凝土棱柱體法Cl293AAR-3BS812：Part123A23.2－14A--蒸壓法AAR-4(混凝土)----CECS48∶93(砂漿)1)巖相法(ASTMC295)：基于光性礦物學(xué)理論，把骨料磨制成薄片，在偏光顯微鏡下鑒定巖相種類、礦物組成及其含量，礦物結(jié)晶程度和結(jié)構(gòu)等來判斷骨料是否為活性；還可借助于掃描電鏡，X-衍射分析、差熱分析、紅外光譜分析等手段。

＊主要特點(diǎn)：操作簡單，試驗(yàn)速度快；適用范圍廣，可直接觀察到集料中的活性組分；得不到活性組分含量與膨脹率的定量關(guān)系；需要有相當(dāng)熟練的技術(shù)。應(yīng)用方面：作為集料堿活性鑒定的首選方法，其鑒定結(jié)果對進(jìn)一步選擇合適的檢測方法具有重要指導(dǎo)作用．高堿波特蘭水泥：堿含量大于0.8%，或外加1.79mol/LNaOH溶液調(diào)整；骨料：級配滿足下表要求；灰砂比：質(zhì)量比l:2.25；砂漿流動度：105mm-120mm：試體尺寸：25mm×25mm×285mm。2)砂漿棒法(ASTMC227)：

直接測量砂漿長度以反映集料與堿作用所產(chǎn)生的膨脹率大小，是檢測骨料堿活性的經(jīng)典方法。篩孔尺寸/mm質(zhì)量百分比(%)篩孔尺寸/mm質(zhì)量百分比(%)5～2.5100.63～0.315252.5～1.25250.315～0.16151.25～0.63251d1m2m3m6m9m12mDemould(L0)L1L2L3L６L９L１２Cureat(38±2)℃andRH＞95%

Initial1m2m3m6m9m12m評定標(biāo)準(zhǔn)：

3個(gè)月膨脹率小于0.05%或6個(gè)月小于0.1%，非活性集料。＊主要特點(diǎn)：提出時(shí)間較早、技術(shù)成熟，可直接觀測到膨脹值大??；試驗(yàn)周期較長，時(shí)間上不能滿足很多情況下工程需要；適用于活性較高、反應(yīng)較快的骨料，對于反應(yīng)較慢的活性骨料或活性較低的骨料往往導(dǎo)致誤判（英國、日本）；檢測結(jié)果受水泥堿含量、水灰比、養(yǎng)護(hù)容器的濕度控制精度等影響較大，不適于堿碳酸活性骨料。應(yīng)用方面：遭到國際許多專家質(zhì)疑，在歐洲、加拿大等國已淘汰，國內(nèi)各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還沿用。

原材料、灰砂比、試件尺寸、制作過程與C227相同；水灰比：0.47；養(yǎng)護(hù)制度：先80℃恒溫水浴1天，再浸入1mol/L的NaOH溶液在80℃恒溫條件下養(yǎng)護(hù)．3)快速砂漿棒法(ASTMC1260)：

基于ASTMC227發(fā)展起來的一種加速試驗(yàn)方法，又稱南非法(NBRI法)。

評定標(biāo)準(zhǔn)：14d膨脹率小于0.1%，骨料無害；膨脹率大于0.2%，具有潛在有害堿活性；膨脹率在0.1%和0.2%之間為可疑骨料，應(yīng)用混凝土棱柱體法進(jìn)一步鑒定。＊主要特點(diǎn)：試驗(yàn)周期縮短，操作性強(qiáng)，測試精度高；實(shí)驗(yàn)室結(jié)果與工程實(shí)際一致性好；由于高溫養(yǎng)護(hù)條件，測試結(jié)果偏大，存在錯(cuò)判危險(xiǎn)；只適用于硅質(zhì)骨料，可作為篩選集料的強(qiáng)有力工具，不可作為拒絕集料的依據(jù)。應(yīng)用方面：各國應(yīng)用最廣，首選方法之一。4)混凝土棱柱體法(ASTMC1293)：

類似于ASTMC227方法，通過測量混凝土棱柱體試件的長度變化反映骨料堿活性大小。

Ⅰ型波特蘭水泥：堿含量(0.9±0.1)%，拌和水中摻加NaOH使水泥堿含量調(diào)到1.25%；骨料要求：

1)評定粗集料時(shí)，集料級配為20~14mm、14~10mm、10~5mm的集料各占1/3，快速砂漿棒法的14d膨脹率小于0.1%的細(xì)集料；

2)評定細(xì)集料時(shí)，應(yīng)使用快速砂漿棒法的14d膨脹率小于0.1%的粗集料。配合比：水泥用量420kg/m3，粗集料:細(xì)集料=60:40，水灰比0.42~0.45：試體尺寸：75mm×75mm×350mm。評定標(biāo)準(zhǔn)：半年膨脹率超過0.03%或3月膨脹率超過0.02%，一年膨脹率超過0.04%，為活性骨料。

采用混凝土試件，更接近實(shí)際工程情況；可同時(shí)適用于硅質(zhì)骨料和碳酸鹽骨料堿活性檢驗(yàn)；經(jīng)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室研究，表明水泥堿含量、試體尺寸等參數(shù)對結(jié)果無明顯影響；實(shí)驗(yàn)周期較長。＊主要特點(diǎn)：應(yīng)用方面：值得推廣應(yīng)用，作為最終判據(jù)．5)蒸壓法(CECS48:93)：快速法，中國法．硅酸鹽水泥：堿含量0.4~0.8%，凈漿膨脹值不大于0.02%，外加KOH溶液調(diào)整水泥堿含量達(dá)1.5%；骨料：0.63～0.16mm，小于0.15mm的粉料不超過0.5%；灰砂比：分別為10:1、5:1、2:1；水灰比：0.3;試體尺寸：10mm×10mm×40mm。主要特點(diǎn)：快捷，試驗(yàn)周期為3d；適用于堿硅酸活性骨料；各國相繼采用類似方法。250ml的10%濃度KOH溶液成型養(yǎng)護(hù)(20±2)℃、RH95%以上，24±2h拆模基準(zhǔn)長度Ｌ1100℃下蒸汽養(yǎng)護(hù)4h150±2℃下蒸壓養(yǎng)護(hù)6h±5min冷卻、沖洗室溫放置60±5min基準(zhǔn)長度Ｌ2三個(gè)配比中最大膨脹值大于等于0.1%為活性骨料，小于時(shí)為非活性骨料。6)小結(jié)：巖相法是其他方法的前提；快速砂漿棒法和壓蒸法是發(fā)展的主流；化學(xué)法和砂漿棒法有逐漸被淘汰的趨勢；混凝土棱柱體法通常不用，但可作為最終檢驗(yàn)依據(jù)．五、堿－骨料反應(yīng)預(yù)防措施控制混凝土中含堿量；選擇低堿活性骨料；改善混凝土所處環(huán)境，隔絕濕氣進(jìn)入；摻混合材；摻特殊外加劑．1)控制堿含量：

水泥：混凝土中堿的主要來源，嚴(yán)格控制水泥含堿量及水泥用量，水泥堿含量0.6%作為預(yù)防堿骨料反應(yīng)的安全界限；

外加劑：使用低堿外加劑；

摻合料：硅灰、粉煤灰堿含量低于礦渣粉；

集料和拌合水：