碱集料反应及其控制方法学习教案

1、会计学1碱集料反应碱集料反应(fnyng)及其控制方法及其控制方法第一页，共33页。第1页/共33页第二页，共33页。第2页/共33页第三页，共33页。建成于建成于1984年年9月月25日，日， 水泥用量约水泥用量约300400kg/m3，该桥，该桥1984 年建成后在年建成后在80年代末已发现开年代末已发现开裂裂(ki li)，其后继续发展。盖梁及桥台开裂，其后继续发展。盖梁及桥台开裂(ki li)特别严重，裂缝宽度最大已达特别严重，裂缝宽度最大已达1.4cm.北京北京(bi jn)(bi jn)三元立交桥三元立交桥原原 因：因：（1）使用的是北京地区具有碱活性的砾石，粒径为）使用的是北京地

2、区具有碱活性的砾石，粒径为0.52cm；（2） 在冬季施工时曾掺入在冬季施工时曾掺入5%NaNO2 和和3 %Na2SO4 (以水泥质量计以水泥质量计) 作作为防冻剂及早强剂，致使为防冻剂及早强剂，致使(zhsh)部分混凝土的碱含量高达部分混凝土的碱含量高达15kg/m3。第3页/共33页第四页，共33页。19821984 年由北京的构件厂共生产跨度为年由北京的构件厂共生产跨度为2432 m 的预应力混凝土铁路桥梁的预应力混凝土铁路桥梁188孔用于山孔用于山东兖石东兖石(兖州至石臼兖州至石臼(sh ji)所所) 线上，水泥用量约线上，水泥用量约500kg/m3 ，水灰比为，水灰比为0.3，强度

3、非常高。，强度非常高。顺筋开裂顺筋开裂端部开裂端部开裂山东山东(shn dn)(shn dn)兖石线预应力混凝土铁路桥兖石线预应力混凝土铁路桥1991 年共调查年共调查183 孔，其中无裂缝孔，其中无裂缝(li fng)者仅者仅6 孔，裂缝孔，裂缝(li fng)宽度大于宽度大于0.2mm，一般在，一般在0.20.4 mm 之间，最大者达之间，最大者达0.7 mm。原原 因：因：（1）采用高碱）采用高碱(1.1%1.3%)纯硅酸盐水泥，水泥用量约纯硅酸盐水泥，水泥用量约500kg/m3，混凝土的，混凝土的碱含量碱含量约约6.5kg/m3；（2）集料活性集料活性。第4页/共33页第五页，共33页

4、。第5页/共33页第六页，共33页。混凝土的耐久性混凝土的耐久性抗碱集料反应(fnyng)性能抗硫酸盐侵蚀(qnsh)性能抗冻融循环破坏(phui)性能抗钢筋锈蚀性能抗(水、气)渗透性能抗碱集料反应性能第6页/共33页第七页，共33页。 1990 1990年以前我国未发现年以前我国未发现AAR AAR 的工程破坏实例，因此的工程破坏实例，因此(ync)(ync)人们认为这是国外的人们认为这是国外的问题，我国并不存在，但事实并非如此，原因有二：问题，我国并不存在，但事实并非如此，原因有二： （1 1）我国生产大量高碱水泥）我国生产大量高碱水泥, ,特别是特别是6060年代后生产了大量高碱纯硅酸盐

5、水泥。年代后生产了大量高碱纯硅酸盐水泥。碱含量最高可达碱含量最高可达1.3%1.3%，特别是在黄河以北，由于粘土，特别是在黄河以北，由于粘土( (有时是石灰石有时是石灰石) ) 含碱量高，致含碱量高，致使北方地区水泥含碱量多在使北方地区水泥含碱量多在0.8%0.8%1.0%1.0%以上。以上。 （2 2）在）在7070至至8080年代为了加速施工和便于冬季施工，常采用年代为了加速施工和便于冬季施工，常采用NaNO2 NaNO2 和和Na2SO4Na2SO4为防为防冻剂和早强剂，前者掺量可达冻剂和早强剂，前者掺量可达5%5%，后者可达，后者可达3%(3%(以水泥质量计以水泥质量计) )。因此。因

6、此(ync)(ync)当采用当采用高碱水泥时，混凝土中碱含量可达高碱水泥时，混凝土中碱含量可达151520kg/m320kg/m3，这远远高于，这远远高于3kg/m33kg/m3安全碱含量的限安全碱含量的限值。客观上为值。客观上为AARAAR反应创造了条件。反应创造了条件。第7页/共33页第八页，共33页。碱集料反应碱集料反应(fnyng)的概念的概念 碱集料反应是指混凝土中的碱与集料中的某些活性组分发生碱集料反应是指混凝土中的碱与集料中的某些活性组分发生(fshng)反应并产生异常膨胀的现象，简称为反应并产生异常膨胀的现象，简称为AAR。 碱集料反应分为碱硅酸反应（碱集料反应分为碱硅酸反应（

7、ASR）和碱碳酸盐反应（）和碱碳酸盐反应（ACR）两）两类。类。第8页/共33页第九页，共33页。集料集料(j lio)碱活性碱活性 集料分为活性和非活性两类。当集料中含有硅质组分或白云石集料分为活性和非活性两类。当集料中含有硅质组分或白云石时，混凝土中的碱都将与其发生化学反应，如果化学反应进行得非时，混凝土中的碱都将与其发生化学反应，如果化学反应进行得非常常(fichng)缓慢，混凝土不会因此产生异常膨胀，如反应快速进缓慢，混凝土不会因此产生异常膨胀，如反应快速进行，混凝土在短期内就有膨胀破坏的可能。行，混凝土在短期内就有膨胀破坏的可能。第9页/共33页第十页，共33页。硅质集料硅质集料(j

8、 lio) 硅质集料是指含有一定量硅质集料是指含有一定量SiO2矿物的岩浆岩、沉积岩和变质岩，矿物的岩浆岩、沉积岩和变质岩， SiO2可可以多种形式存在，蛋白石、玉髓、微晶质石英、隐晶质石英、次生石英、应变以多种形式存在，蛋白石、玉髓、微晶质石英、隐晶质石英、次生石英、应变石英、中酸性火山石英、中酸性火山(hushn)玻璃体、中酸性人工玻璃体、鳞石英和方石英；玻璃体、中酸性人工玻璃体、鳞石英和方石英；对于对于ASR：集料的碱活性分为高活性、一般活性和低活性。蛋白石集料属于高：集料的碱活性分为高活性、一般活性和低活性。蛋白石集料属于高活性集料。活性集料。 集料中硅质组分与碱发生集料中硅质组分与碱

9、发生ASR。第10页/共33页第十一页，共33页。ASR破坏破坏(phui)机理机理 碱与活性碱与活性SiO2反应，生成碱硅凝胶，凝胶吸水肿胀反应，生成碱硅凝胶，凝胶吸水肿胀导致导致(dozh)混凝土膨胀或开裂。混凝土膨胀或开裂。Alkali Silica Reaction（ASR）第11页/共33页第十二页，共33页。 碳酸盐集料是以方解石、白云石或碳酸镁等碳酸盐组分为主的碳酸盐集料是以方解石、白云石或碳酸镁等碳酸盐组分为主的岩石，主要为沉积岩。集料中这些组分与碱发生岩石，主要为沉积岩。集料中这些组分与碱发生ACR。 岩石中有时也含有一些二氧化硅矿物，如微晶质石英、隐晶质岩石中有时也含有一些

10、二氧化硅矿物，如微晶质石英、隐晶质石英等，此时岩石可称为石英等，此时岩石可称为(chn wi)硅质碳酸盐集料。则硅质碳酸盐集料。则ACR与与ASR会同时发生。对于会同时发生。对于ACR：集料的活性可分为一般活性和低活性：集料的活性可分为一般活性和低活性。碳酸盐集料碳酸盐集料(j lio)第12页/共33页第十三页，共33页。232323)()(COOHMgCaCOOHCOCaMgACR破坏(phui)机理 碱与集料中的微晶白云石反应生成水镁石和方解石，在白云石表面碱与集料中的微晶白云石反应生成水镁石和方解石，在白云石表面和周围水泥石之间的受限空间内结晶和周围水泥石之间的受限空间内结晶(jijn

11、g)生长，使集料膨胀，进而生长，使集料膨胀，进而使混凝土膨胀开裂。使混凝土膨胀开裂。Alkali Carbonate Reaction（ASR）1、AAR定义及分类；2、集料碱活性的检验方法；3、AAR反应(fnyng)条件与判别；4、碱集料反应(fnyng)预防措施。 第13页/共33页第十四页，共33页。集料活性的检测集料活性的检测(jin c)方法方法 岩相法、化学法、砂浆棒法和混凝土柱法，其中砂浆棒岩相法、化学法、砂浆棒法和混凝土柱法，其中砂浆棒法和混凝土柱法根据所需时间的长短又分为快速试验方法和法和混凝土柱法根据所需时间的长短又分为快速试验方法和常规常规(chnggu)实验方法。岩相

12、法（结合实验方法。岩相法（结合XRD分析）是建议分析）是建议采用的首选方法。对于采用的首选方法。对于ASR，通常采用砂浆棒法（快速法），通常采用砂浆棒法（快速法）进行检测；对于进行检测；对于ACR，通常采用快速混凝土小棒法。，通常采用快速混凝土小棒法。第14页/共33页第十五页，共33页。第15页/共33页第十六页，共33页。砂浆砂浆(shjing)棒法棒法 将集料破碎至一定的尺寸将集料破碎至一定的尺寸(ch cun)与高碱水泥拌和制成砂浆试与高碱水泥拌和制成砂浆试件，在件，在37.8和和100%相对湿度条件下，测定砂浆棒的经时膨胀。认相对湿度条件下，测定砂浆棒的经时膨胀。认为为3个月内膨胀率

13、大于等于个月内膨胀率大于等于0.05%的具有潜在的有害活性，的具有潜在的有害活性，6个月内膨个月内膨胀率大于等于胀率大于等于0.1%的是有害集料。的是有害集料。第16页/共33页第十七页，共33页。碱集料反应(fnyng)的条件第17页/共33页第十八页，共33页。 混凝土中混凝土中AAR的过程缓慢，决定了问题的复杂性，它的特征出现一般经的过程缓慢，决定了问题的复杂性，它的特征出现一般经过几个月，在很多情况下，结构经过几年使用才能发现，并且过几个月，在很多情况下，结构经过几年使用才能发现，并且(bngqi)这这种腐蚀的表面特征的发展与其它过程（湿和冻融、硫酸盐侵蚀等）引起混凝种腐蚀的表面特征的

14、发展与其它过程（湿和冻融、硫酸盐侵蚀等）引起混凝土的损伤相似。土的损伤相似。AAR的特征(tzhng)及判别方法第18页/共33页第十九页，共33页。钢筋(gngjn)锈蚀（2）钢筋锈蚀(xi sh)，承载截面变小。钢筋(gngjn)锈蚀（1）混凝土表面剥落。第19页/共33页第二十页，共33页。冻融破坏(phui)（1）冻融破坏(phui)（2）混凝土表面(biomin)出现缺边、掉角、开裂的现象。混凝土表面龟裂现象。第20页/共33页第二十一页，共33页。硫酸盐侵蚀(qnsh)硫酸盐侵蚀(qnsh)混凝土表面(biomin)有白色的析晶混凝土表面有白色的析晶第21页/共33页第二十二页，共

15、33页。AAR的综合判定(pndng)方法第22页/共33页第二十三页，共33页。（1 1）肉眼或用立体显微镜观察）肉眼或用立体显微镜观察, , 再用偏反光显微镜观察光薄片再用偏反光显微镜观察光薄片. . 一般一般AAR AAR 造成造成(zo chn)(zo chn)的破坏常会损伤集料颗粒，裂缝多从集料延伸至浆体。有时还能明的破坏常会损伤集料颗粒，裂缝多从集料延伸至浆体。有时还能明显观察到集料颗粒裂开，或边缘被撕裂。因冰冻、盐腐蚀、钢筋锈蚀、化学腐显观察到集料颗粒裂开，或边缘被撕裂。因冰冻、盐腐蚀、钢筋锈蚀、化学腐蚀、碳化、机械荷载等不会使集料颗粒受到损伤蚀、碳化、机械荷载等不会使集料颗粒受

16、到损伤.这是区分这是区分AARAAR与其他破坏与其他破坏因素。因素。第23页/共33页第二十四页，共33页。（2 2） 依靠电子显微镜加上能谱分析可以测得碱硅酸盐凝胶的化学成分。依靠电子显微镜加上能谱分析可以测得碱硅酸盐凝胶的化学成分。这是发生这是发生AAR AAR 的直接证明。破坏的工程芯样中集料含有活性二氧化硅（如的直接证明。破坏的工程芯样中集料含有活性二氧化硅（如玉髓等）玉髓等）, ,反应反应(fnyng)(fnyng)后经能谱鉴定确证碱硅酸盐凝胶的存在。后经能谱鉴定确证碱硅酸盐凝胶的存在。集料集料(j lio)(j lio)中玉髓中玉髓(c) 集料集料(j lio)能谱能谱Si ; (

17、d) 碱硅酸凝胶碱硅酸凝胶第24页/共33页第二十五页，共33页。预防措施 混凝土一旦遭受混凝土一旦遭受AAR破坏破坏(phui)就很难修补，也难以阻止破就很难修补，也难以阻止破坏坏(phui)的进一步发展，避免的进一步发展，避免AAR反应造成重大危害的唯一可行反应造成重大危害的唯一可行的办法就是采取措施进行预防。对于的办法就是采取措施进行预防。对于ASR有一些应对方法，但对于有一些应对方法，但对于ACR的破坏的破坏(phui)一直是一个国际上没有解决的问题。一直是一个国际上没有解决的问题。第25页/共33页第二十六页，共33页。混凝土及其组成材料的碱以等当量混凝土及其组成材料的碱以等当量Na

18、2O（Na2O+K2O）计算：）计算：主要来自于：主要来自于：（1）水泥：）水泥： 因水泥用量大，水泥中的碱是混凝土碱的主要来源，其中的因水泥用量大，水泥中的碱是混凝土碱的主要来源，其中的K+、Na+主要以可溶性的主要以可溶性的盐存在，水泥水化后，这些离子释放出来，使混凝土的孔溶液呈碱性盐存在，水泥水化后，这些离子释放出来，使混凝土的孔溶液呈碱性(jin xn)。硅酸盐。硅酸盐水泥中的碱以其酸溶碱的水泥中的碱以其酸溶碱的100%计入混凝土的碱含量。计入混凝土的碱含量。（2）外加剂：由其带入的碱按碱含量的）外加剂：由其带入的碱按碱含量的100%计算。计算。措施措施(cush)之一：控制混凝土的碱

19、之一：控制混凝土的碱含量含量第26页/共33页第二十七页，共33页。（3）掺合料粉煤灰小于20%酸溶碱的100%计算粉煤灰2024%酸溶碱的20%计算粉煤灰大于等于25%酸溶碱的0%计算矿渣小于25%酸溶碱的100%计算矿渣2539%酸溶碱的50%计算矿渣大于等于40%酸溶碱的0%计算粉煤灰与矿渣合用掺量折算成矿渣的，参照矿渣标准。（4）集料和拌和水中的碱：全部计入(j r)。（5）环境中的碱：全部计入(j r)。第27页/共33页第二十八页，共33页。环境条件混凝土最大碱含量一般工程结构重要工程结构特殊工程结构干燥环境不限制3.02.5潮湿环境3.03.02.1含碱环境3.03.0换用低活性集料侵蚀环境和寒冷环境3.02.52.1 根据集料的活性类别和等级，环境条件和工程结构根据集料的活性类别和等级，环境条件和工程结构(jigu)的重要性分别采的重要性分别采取措施，例如对于一般活性取措施，例如对于一般活性ASR的集料：的集料：第28页/共33页第二十九页，共33页。 对于一般对于一般ASR活性的集料，碱含量小于活性的集料，碱含量小于3.5%的粉煤灰的掺量在的粉煤灰的掺量在30%以上时或碱含量小于以上时或碱含量小于1.0%的矿渣在大于的矿渣在大于50%时能有