1、控制水泥含堿量自1941年美國提出水泥含量低于0.6%氧氣化鈉當量(即Na2O+0.658K2O)為預防發生堿骨料反應的安全界限以來,雖然對有些地區的骨料在水泥含量低于0.4%時仍可發生堿骨料反應對工程的損害,但在一般情況下,水泥含堿量低于0.6%作為預防堿骨料反應的安全界限已為世界多數國家所接受,已有二十多個國家將此安全界限列入國家標準或規范。許多國家如新西蘭、英國、日本等國內大部分水泥廠均生產含堿量低于0.6%的水泥。加拿大鐵路局則規定,不論是否使用活性骨料,鐵路工程混凝土一律使用含堿量低于0.6%的低堿水泥。
2、控制混凝土中含堿量由于混凝土中堿的來源不僅是從水泥,而且從混合材、外加劑、水,甚至有時從骨料(例如海砂)中來,因此控制混凝土各種原材料總堿量比單純控制水泥含堿量更重要。對此,南非曾規定每m3混凝土中總堿量不得超過2.1kg,英國提出以每m3混凝土全部原材料總堿量(Na2O當量)不超過3kg,已為許多國家所接受。
3、對骨料選擇使用如果混凝土含堿量低于3kg/m3,可以不做骨料活性檢驗,如果水泥含堿量高或混凝土總堿量高于3kg/m3,則應對骨料進行活性檢測,如經檢測為活性骨料,則不能使用,或經與非活性骨料按一定比例混合后,經試驗對工程無損害時,方可按試驗規定的比例混合使用。
4、摻混合材摻某些活性混合材可緩解、抑制混凝土的堿骨料反應。根據各國試驗資料,摻S--10%的硅灰可以有效的抑制堿骨料反應,據悉冰島自1979年以來,一直在生產水泥時摻5-7.5%硅灰,以預防堿骨料反應對工程的損害。另外摻粉煤灰也很有效,粉煤灰的含堿量不同,經試驗,即使含堿量高的粉煤灰,如果取代30%的水泥,也可有效地抑制堿骨料反應。另外常用的抑制性混合材還有高爐礦渣,但摻量必須大于50%才能有效地抑制堿骨料反應對工程的損害,現大美、英、德諸國對高爐礦渣的推薦摻量均為 50%以上。
5、隔絕水和濕空氣的來源如果在擔心混凝土工程發生堿骨料反應的部位能有效地隔絕水和空氣的來源,也可以取得緩和堿骨料反應對工程損害的效果。
1)混凝土堿含量
堿含量越高,堿骨料反應膨脹開裂越嚴重;硅質集料的活性越高,其"安全總堿含量"越低。
2)活性骨料含量與尺寸:每種活性骨料都存在一個最不利摻量范圍,這與混凝土中活性SiO2/堿含量有關
3)礦物摻合料:可有效抑制堿骨料反應對混凝土的破壞。
4)環境溫度與濕度:高溫、高濕環境對堿骨料反應有明顯加速作用。
5)其它因素:
摻入引氣劑,可在一定程度上減小堿骨料反應膨脹;
骨料顆粒級配的影響:對于不同的活性二氧化硅含量,存在一個不同的最不利顆粒尺寸,此時的膨脹壓力最大。
受力狀態:受外約束力作用越大,膨脹開裂越小。
(1) 混凝土中堿含量:過量的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境。
低堿水泥:鈉、鉀含量小于0.6%的水泥稱為低堿水泥。
發生堿骨料反應的堿含量范圍:高活性的硅質骨料(如蛋白石),大于2.1kg/m3;中等活性的硅質骨料,大于3.0kg/m3;堿-碳酸鹽反應活性骨料,大于1.0kg/m3。
(2) 堿活性骨料
含活性二氧化硅的巖石分布很廣,堿-碳酸鹽反應活性的只有黏土質白云石質石灰石。充分掌握骨科堿活性的情況,建立堿活性骨料分布圖。
(3) 潮濕環境
現有的現場資料充分證明,絕大部分混凝土構筑物在季節性氣候變化的暴露條件下,其內部的相對濕度足以維持膨脹性AAR,因此在沙漠地帶的大多數公路、大壩以及干燥氣候條件下的橋面和柱也可能保持內部濕度而斷續發生膨脹反應。同時,在控制環境條件下,室內的大型混凝土構件也能長期維持適當的相對濕度。因此雖然水是堿-骨料反應發生的必要條件之一,但是并沒有好的方法預防這一點。
反應機理:Na+(K+)+SiO2+OH-→Na(K)-Si-Hgel
膨脹機理:吸水后的堿硅酸凝膠體體積遠遠大于反應前固體體積,最大時體積可增大3倍以上,大量凝膠體在混凝土骨料界面區的積聚、膨脹,導致混凝土沿著界面產生不均勻膨脹、開裂。
反應機理:堿與白云石發生反應,去白云化。
(1)CaMg(CO3)2+2ROH=Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3
(2)R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3
膨脹機理:Gillott:黏土吸水膨脹,從而造成破壞作用。一方面,R+、OH-和水等進入受限制的緊密空間產生膨脹,另一方面,固相反應產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晶壓,產生膨脹應力。
堿-骨料反應的類型主要為以下兩種
1、堿-硅酸反應(Alkali-Silica Reaction,簡稱ASR),是指混凝土中的堿與不定型二氧化硅的反應;
2、堿-碳酸鹽反應(Alkali-Carbonate Reaction,簡稱ACR),是指混凝土中的堿與某些碳酸鹽礦物的反應。
堿-骨料反應是固相與液相之間的反應,起發生具備三個要素:Ⅰ堿活性骨料;Ⅱ有堿存在(K、Na等離子);Ⅲ水。
有人試圖用阻擋水分來源的方法控制堿骨料反應的發展,例如筆者見過的日本從大孤到神戶的高速公路松原段陸地立交橋,橋墩和梁發生大面積堿骨料反應開裂,日本曾采取將所有裂縫注入環氧樹脂,注射后又將整個梁、橋墩表面全用環氧樹脂涂層封閉,企圖通過阻止水分和濕空氣進入的方法控制堿骨料反應的進展,結果僅僅經過一年,又多處開裂。因此世界各國都是在配制混凝土時采取措施,使混凝土工程不具備堿骨料反應的條件。
堿骨料反應是指水泥中的堿性氧化物含量較高時,會與骨料中所含的二氧化硅發生化學反應 ,并在骨料表面生成堿-硅酸凝膠,吸水后會產生較大的體積膨脹,導致混凝土脹裂現象。
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混凝土堿 骨料反應問題及預防措施 由于我國過去水泥含堿量一般不高,加以自 50年代起 30余年來一直生產高混合材水泥,例如在 七十年代曾大量生產使用的礦渣 400 號水泥,其中礦渣含量高達 60-70%,有這么多的活性混合材, 即使某廠水泥熟料當時含堿量稍高,砂石中有相當數量的活性成分,由于活性混合材可以起到消 化緩解堿的作用,因而在八十年代以前我國一般土建工程尚未見堿 骨料反應對工程損害的報告, 以致許多設計、 施工工程技術人員對堿 骨料反應問題還比較生疏, 有必要作一些基本情況的介紹。 由于我國過去水泥含堿量一般不高,加以自 50年代起 30余年來一直生產高混合材水泥,例如在 七十年代曾大量生產使用的礦渣 400 號水泥,其中礦渣含量高達 60-70%,有這么多的活性混合材, 即使某廠水泥熟料當時含堿量稍高,砂石中有相當數量的活性成分,由于活性混合材可以起到消 化緩解堿的作用,因而在八
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預防混凝土堿骨料反應技術規范 預防混凝土堿骨料反應技術規范是為預防混凝土堿骨料反應, 保證混凝土工程的耐久性和安全性而制定的, 下面是下面帶來的關于 預防混凝土堿骨料反應技術規范的主要內容介紹以供參考。 預防混凝土堿骨料反應技術規范適用于建設工程中混凝土堿骨 料反應的預防。 預防混凝土堿骨料反應除應符合本規范的規定外, 尚 應 符合國家現行有關標準的規定。 基本規定: 用于混凝土的骨料應進行堿活性檢驗。 對采用堿活性骨料或設計要求預防堿骨料反應的混凝土工程, 應 采取預防混凝土堿骨料反應的技術措施。 對于大型或重要的混凝土工程, 采料場的骨料堿活性檢驗和抑制 骨料堿活性有效性檢驗宜進行不同實驗室的比對試驗。 一般規定 骨料堿活性檢驗項目應包括巖石類型、 堿一硅酸反應活性和堿一 碳酸鹽反應活性檢驗。 各類巖石制作的骨料均應進行堿一硅酸反應活性檢驗, 碳酸鹽類 巖石制作的骨料還應進行堿一碳酸鹽
堿骨料反應是指混凝土原材料(包括水泥、骨料、外加劑、混合料及拌和水等)中的堿性物質與活性成分發生化學反應,生成膨脹物質(或吸水膨脹物質)而引起混凝土產生內部自膨脹應力而開裂的現象。
一個受損害的工程是否由于堿骨料反應引起,還需鑒定骨料是否具有堿活性以及水泥的堿含量。將混凝土的骨料用機械方法和化學方法(一般是鹽酸溶液處理)分離并鑒定其堿活性。根據普通混凝土用砂石標準的規定, 骨料堿活性的鑒定有 4種方法:巖相法、化學法、砂漿長度法及巖石柱法。
由于堿骨料發生反應的時間(一般在混凝土成型后 8~ 10 d)與產生破壞的時間(一般在混凝土成型數年后)不同,因此在判定混凝土是否發生堿骨料反應時,不可能完全按實際情況進行模擬。目前采用的主要方法是快速試驗法。其做法是采用高堿拌合物或將試樣浸入堿溶液以增加堿的濃度;將試樣置于較高的溫度環境或采用壓蒸處理;將試樣置于高壓環境 ;將試樣置于高濕度或水溶液中;將骨料破碎成粉末或砂粒狀以提高其比表面積等。
堿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生堿硅酸鹽凝膠或稱堿硅凝膠,堿硅凝膠固體體積大于反應前的體積,而且有強烈的吸水性,吸水后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展、使混凝土內部膨脹應力增大,導致混凝土開裂。發展嚴重的會使混凝土結構崩潰 。
堿骨料反應(簡稱 AA R)是指混凝土中的堿與集料中的活性組分之間發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。
由于堿骨料反應一般是在混凝土成型后的若干年后逐漸發生,其結果造成混凝土耐久性下降,嚴重時還會使混凝土喪失使用價值,且由于反應是發生在整個混凝土結構中,因此,這種反應造成的破壞既難以預防,又難于阻止,不易修補和挽救。
半個多世紀以來,堿骨料反應已經在全世界近 20 多個國家造成了嚴重的損失。目前,我國發生混凝土堿骨料反應的情況雖然不十分廣泛和突出,但參照國外的經驗和前幾十年內我國大量使用的水泥及其他原材料的情況,估計在今后相當長的時期內,我國會出現混凝土堿骨料反應的高發期,原因是我國在 19世紀 50—90年代生產的水泥,沒有限制水泥堿含量,特別是近 20多年大量使用混凝土外加劑(主要是防凍劑和早強劑)和各類混凝土摻加材料。