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混凝土碱骨料反应的机理

  】摘要:介绍了混凝土中碱与骨料研究的现状,对混凝土碱骨料反应膨胀机理、影响因素等进行了阐述。

  碱骨料反应是指混凝土中的碱与骨料中的活性成分之间发生的破坏性膨胀反应,是影响混凝土耐久性最主要的因素之一。该反应不同于其他混凝土病害,其开裂破坏是整体性的。

  1.  碱骨料反应的机理碱骨料反应是水泥(混凝土中)达到一定数量的可溶性碱性氧化物(如Na20、Kz0)与混凝土中某些含有活性矿物的骨料在有水分的条件下发生化学反应,生成的凝胶体体积膨胀,引起已硬化的混凝土开裂破坏。其中Na20、K2O属于强碱,是水泥炼烧过程中和水化过程中的产物,混凝土的总碱含量等于水泥碱含量、外加剂碱含量、掺合料碱含量以及拌合水碱含量之和。另外,碱溶性骨料分为两种,一种是硅酸类,指非结晶Si和结晶不完整的Si,具有碱活性的硅酸盐类岩石矿物有蛋白石、玉髓、火山玻璃体;另一类是碳酸盐类,指结晶小的泥灰石灰石、白云石等,具有碱活性的碳酸盐类岩石矿物是细小菱形白云石晶体。可见,促使这类反应发生必须具备三个条件:即在混凝土中同时存在活性矿物集料、碱性溶液(K0H、NaOH)和水。

  2.1  碱硅酸反应碱一硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸凝胶或称碱硅凝胶,其体积大于反应前的体积,且有很强的吸水性,吸水后进一步膨胀,引起混凝土内部膨胀应力,而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的发展,使混凝土内部膨胀应力增大,导致混凝土开裂,严重的可导致混凝土结构崩溃。其反应机理如下:混凝土中的活性骨料与混凝土中的碱集料发生反应:2NaOH+Si02-Na0·Si·H20,当KOH和NaOH浓度较低时,不足以引起混凝土的破坏,一般认为当含碱量小于0.6%时,可不考虑碱骨料反应。碱一硅酸盐反应的机理与碱一硅酸反应的机理是一致的,只是反应速度比较缓慢。能与碱发生反应的溶性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺乏的石英以及微晶、隐晶石英等,而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中。因而迄今为止世界各国反应的碱骨料反应绝大数为碱硅酸反应。

  2.2  碱碳酸盐反应碱一碳酸盐反应引起的混凝土破坏,目前归结为白云石质石灰岩骨料脱白云石引起的体积膨胀。白云石质石灰集料在碱性溶液中发生的脱白云石反应如下:CoMg(O33)2+2NaOH-Mg(OH)2+CaCO3+maaCO3,式中,Na也可转换作K,这一反应不是发生在集料颗粒与水泥浆的表面,而是发生在集料颗粒的内部。这样水镁石Mg(0H)2晶体排列的压力和粘土吸水膨胀,引起混凝土内部应力,导致混凝土开裂。

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