混凝土堿骨料反應的機理
2011-01-12 00:00
堿骨料反應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，是影響混凝土耐久性最主要的因素之一。該反應不同于其他混凝土病害，其開裂破壞是整體性的。
1. 堿骨料反應的機理堿骨料反應是水泥(混凝土中)達到一定數(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)生化學反應，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屬于強堿，是水泥煉燒過程中和水化過程中的產(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，指非結晶Si和結晶不完整的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小菱形白云石晶體?？梢姡偈惯@類反應發(fā)生必須具備三個條件：即在混凝土中同時存在活性礦物集料、堿性溶液(K0H、NaOH)和水。
2. 堿骨料反應的分類
2.1 堿硅酸反應堿一硅酸反應是水泥中的堿與骨料中的活性氧化硅成分反應產(chǎn)生堿硅酸凝膠或稱堿硅凝膠，其體積大于反應前的體積，且有很強的吸水性，吸水后進一步膨脹，引起混凝土內部膨脹應力，而且堿硅凝膠吸水后進一步促進堿骨料反應的發(fā)展，使混凝土內部膨脹應力增大，導致混凝土開裂，嚴重的可導致混凝土結構崩潰。其反應機理如下：混凝土中的活性骨料與混凝土中的堿集料發(fā)生反應：2NaOH+Si02-Na0·Si·H20，當KOH和NaOH濃度較低時，不足以引起混凝土的破壞，一般認為當含堿量小于0.6％時，可不考慮堿骨料反應。堿一硅酸鹽反應的機理與堿一硅酸反應的機理是一致的，只是反應速度比較緩慢。能與堿發(fā)生反應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反應的堿骨料反應絕大數(shù)為堿硅酸反應。
2.2 堿碳酸鹽反應堿一碳酸鹽反應引起的混凝土破壞，目前歸結為白云石質石灰?guī)r骨料脫白云石引起的體積膨脹。白云石質石灰集料在堿性溶液中發(fā)生的脫白云石反應如下：CoMg(O33)2+2NaOH-Mg(OH)2+CaCO3+maaCO3，式中，Na也可轉換作K，這一反應不是發(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，引起混凝土內部應力，導致混凝土開裂。
3. 堿骨料反應預防措施混凝土工程發(fā)生堿骨料反應需要具備三個條件：
3.1 混凝土的原材料水泥、外加劑及水中堿含量高；
3.2 骨料中有相當數(shù)量活性成分；
3.3 潮濕環(huán)境，有充分水分或濕氣供應。
以上為混凝土堿骨料反應的必要條件和機理闡述。
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