混凝土堿骨料反應(yīng)的機(jī)理
2011-01-12 00:00
堿骨料反應(yīng)是指混凝土中的堿與骨料中的活性成分之間發(fā)生的破壞性膨脹反應(yīng)，是影響混凝土耐久性最主要的因素之一。該反應(yīng)不同于其他混凝土病害，其開裂破壞是整體性的。
1. 堿骨料反應(yīng)的機(jī)理堿骨料反應(yīng)是水泥(混凝土中)達(dá)到一定數(shù)量的可溶性堿性氧化物(如Na20、Kz0)與混凝土中某些含有活性礦物的骨料在有水分的條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的凝膠體體積膨脹，引起已硬化的混凝土開裂破壞。其中Na20、K2O屬于強(qiáng)堿，是水泥煉燒過(guò)程中和水化過(guò)程中的產(chǎn)物，混凝土的總堿含量等于水泥堿含量、外加劑堿含量、摻合料堿含量以及拌合水堿含量之和。另外，堿溶性骨料分為兩種，一種是硅酸類，指非結(jié)晶Si和結(jié)晶不完整的Si，具有堿活性的硅酸鹽類巖石礦物有蛋白石、玉髓、火山玻璃體；另一類是碳酸鹽類，指結(jié)晶小的泥灰石灰石、白云石等，具有堿活性的碳酸鹽類巖石礦物是細(xì)小菱形白云石晶體?？梢?，促使這類反應(yīng)發(fā)生必須具備三個(gè)條件：即在混凝土中同時(shí)存在活性礦物集料、堿性溶液(K0H、NaOH)和水。
2. 堿骨料反應(yīng)的分類
2.1 堿硅酸反應(yīng)堿一硅酸反應(yīng)是水泥中的堿與骨料中的活性氧化硅成分反應(yīng)產(chǎn)生堿硅酸凝膠或稱堿硅凝膠，其體積大于反應(yīng)前的體積，且有很強(qiáng)的吸水性，吸水后進(jìn)一步膨脹，引起混凝土內(nèi)部膨脹應(yīng)力，而且堿硅凝膠吸水后進(jìn)一步促進(jìn)堿骨料反應(yīng)的發(fā)展，使混凝土內(nèi)部膨脹應(yīng)力增大，導(dǎo)致混凝土開裂，嚴(yán)重的可導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)崩潰。其反應(yīng)機(jī)理如下：混凝土中的活性骨料與混凝土中的堿集料發(fā)生反應(yīng)：2NaOH+Si02-Na0·Si·H20，當(dāng)KOH和NaOH濃度較低時(shí)，不足以引起混凝土的破壞，一般認(rèn)為當(dāng)含堿量小于0.6％時(shí)，可不考慮堿骨料反應(yīng)。堿一硅酸鹽反應(yīng)的機(jī)理與堿一硅酸反應(yīng)的機(jī)理是一致的，只是反應(yīng)速度比較緩慢。能與堿發(fā)生反應(yīng)的溶性氧化硅礦物有蛋白石、玉髓、鱗石英、方英石、火山玻璃及結(jié)晶有缺乏的石英以及微晶、隱晶石英等，而這些活性礦物廣泛存在于多種巖石中。因而迄今為止世界各國(guó)反應(yīng)的堿骨料反應(yīng)絕大數(shù)為堿硅酸反應(yīng)。
2.2 堿碳酸鹽反應(yīng)堿一碳酸鹽反應(yīng)引起的混凝土破壞，目前歸結(jié)為白云石質(zhì)石灰?guī)r骨料脫白云石引起的體積膨脹。白云石質(zhì)石灰集料在堿性溶液中發(fā)生的脫白云石反應(yīng)如下：CoMg(O33)2+2NaOH-Mg(OH)2+CaCO3+maaCO3，式中，Na也可轉(zhuǎn)換作K，這一反應(yīng)不是發(fā)生在集料顆粒與水泥漿的表面，而是發(fā)生在集料顆粒的內(nèi)部。這樣水鎂石Mg(0H)2晶體排列的壓力和粘土吸水膨脹，引起混凝土內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂。
3. 堿骨料反應(yīng)預(yù)防措施混凝土工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)需要具備三個(gè)條件：
3.1 混凝土的原材料水泥、外加劑及水中堿含量高；
3.2 骨料中有相當(dāng)數(shù)量活性成分；
3.3 潮濕環(huán)境，有充分水分或濕氣供應(yīng)。
以上為混凝土堿骨料反應(yīng)的必要條件和機(jī)理闡述。
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