碱骨料反应ppt课件.ppt

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1、碱-骨料反应（AAR）Alkali-Aggregate Reaction北京冶建工程裂缝处理中心北京冶建工程裂缝处理中心http:/目录目录 l碱-骨料反应概述l碱-骨料反应原理l碱骨料反应分类l碱骨料反应造成混凝土开裂的机理l碱骨料反应的危害及工程实例l预防混凝土碱骨料反应l工程师产品为降低混凝土碱骨料反应所做的贡献l工程师耐久性保护系列l本文涉及专用术语l参考文献l结束语碱碱-骨料反应概述骨料反应概述 碱骨料反应：碱骨料反应：l混凝土中的碱性物质(包括外界渗入的碱)与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象，严重时会造成混凝土的破坏。l因碱骨料反应时间较为缓慢，短

2、则几年，长则几十年才能被发现。碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的。碱碱-骨料反应原理骨料反应原理 l 碱骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR)是指混凝土中的碱(K2O、Na2O)与活性骨料（燧石、蛋白石、安山岩等等）之间发生的化学反应。l 水泥中95 %以上的主要成分是CaO ，SiO2 ，Al2O3 ，Fe2O3 另外少量的其他氧化物MgO ，SO3 ，K2O ，Na2O 等，这些氧化物主要是生产过程中反应不够充分而残留在水泥中的,其成分与含量跟水泥生产的原材料和工艺水平有关. Na2O 水化后生成NaOH ，K2O 水化后生成KOH。而NaOH

3、和K2O是强碱，能与活性比它们弱的元素发生置换反应。碱骨料反应分类碱骨料反应分类 碱骨料反应包括碱骨料反应包括3种主要类型：种主要类型：l碱-硅酸反应(Alkali-Silica Reaction，简称ASR) 指混凝土中的碱与骨料的活性SiO2反应l碱-硅酸盐反应(Alkali-Silicate Reaction，简称ASR ) 指混凝土中碱与骨料中硅酸盐矿物反应 l碱-碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction，简称ACR) 指混凝土中的碱与骨料中某些碳酸盐矿物反应摘自混凝土结构的裂缝与对策第十章碱骨料反应造成混凝土开裂的机理碱骨料反应造成混凝土开裂的机理碱-硅酸反应：

4、 2Na(K)OH+SiO2+nH2ONa(K)2*SiO2*nH2Ol碱-硅酸反应是分布最广，研究最多的碱-骨料反应，该反应是指混凝土中的碱组分与骨料中的活性SiO2之间发生的化学反应，其结果是导致骨料被侵蚀，生成碱-硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂的现象。l硅酸碱类呈胶体状，并从周围介质中吸水膨胀，体积可增大3倍，当其膨胀受到水泥石的限制而发生较大的膨胀压力和渗透压力时，就会使混凝土产生裂缝和崩坏。l许多研究表明，碱-硅酸盐反应，本质上仍是碱-硅酸反应。故许多学者将碱-硅酸，碱-硅酸盐归为同一类，均称ASR碱骨料反应造成混凝土开裂的机理碱骨料反应造成混凝土开裂的机理胶

5、凝物骨料混凝土胶凝物生成时的膨胀致使裂纹产生碱骨料反应造成混凝土开裂的机理碱骨料反应造成混凝土开裂的机理 碱-碳酸盐反应： (1)CaMg(CO3)2+2ROH=Mg(OH)2+CaCO3+R2CO3 (2)R2CO3+Ca(OH)2=2ROH+CaCO3 式中：R代表钾和钠，是水泥中的碱分。l膨胀机理：碱-碳酸盐反应是岩石中的白云石与碱溶液间的化学反应，反应产物是方解石、水镁石和碳酸碱。在混凝土中，生成的碳酸碱会与水泥水化产生的氢氧化钙反应，生成碳酸钙并使碱再生，使反应持续进行。该反应膨胀的驱动力为反应生成的方解石和水镁石晶体在受限空间生长产生的结晶压力。碱骨料反应造成混凝土开裂的机理碱骨料

6、反应造成混凝土开裂的机理 碱骨料反应的危害碱骨料反应的危害 l 碱骨料反应的结果不是提高和改善混凝土的结构，而是在混凝土中产生膨胀应力，至一定程度后引起混凝土开裂或混凝土结构破坏。碱骨料反应是混凝土的重要耐久性指标之一，由于具有反应过程缓慢、影响因素十分复杂、引起混凝土开裂的时间难预测且一旦发生破坏几乎无法修补等特点，素有混凝土“癌症”之称。AAR造成混凝土结构开裂实例造成混凝土结构开裂实例 护坡混凝土由于AAR造成开裂混凝土排水口开裂钢筋混凝土高架桥桥墩开裂混凝土住宅墙体开裂AAR造成混凝土结构开裂实例造成混凝土结构开裂实例混凝土桥梁挡板开裂混凝土大体积桥墩开裂混凝土墙体开裂、脱落混凝土消能

7、块开裂 预防混凝土碱骨料反应预防混凝土碱骨料反应本文摘自GB/T50733-2011 预防混凝土碱骨料反应技术规范l 碱-骨料反应(Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR）l 条件是在配制的混凝土中只要有足够的碱和反应性骨料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物达到一定数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。这种裂缝和对工程的损害随着碱骨料反应的发展而发展，严重时会使工程崩溃。碱碱-骨料反应造成混凝土结构开裂破坏，要骨料反应造成混凝土结构开裂破坏，要满足以下三个条件：满足以下三个条件： l 混凝土中骨料含有活性组分l 混凝土中含有足够的碱l 有

8、水存在碱（Na2O+K2O）水活性骨料碱性离子的控制碱性离子的控制 l 碱性离子主要来自水泥、外加剂、掺合料、骨料、拌合水等组分及周围环境。 1.采用低碱水泥：钠、钾含量小于0.6%的水泥称为低碱水泥。 2.减少水泥用量：可掺粉煤灰或矿粉等材料，取代一部分水泥，降低混凝土碱含量，增加混凝土和易，降低成本。 3.尽量不用海砂，海水等含碱量高的材料拌合混凝土。l 使用非活性骨料： 可对骨料专门进行碱活性测试，或根据以往的调查结果选用骨料。集料中活性集料的百分比越大发生碱集料反应的破坏也越大。当使用活性集料时碱含量与碱集料反应的速度呈大致的线性关系，比如碱含量越高越易发生碱集料反应。国家对混凝土碱含

9、量的规定国家对混凝土碱含量的规定l 防止碱-硅酸反应破坏混凝土碱含量的限制或措施环境条件环境条件混凝土最大含碱量（混凝土最大含碱量（kg/m3）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不限制3.0潮湿环境3.53.02.1含碱环境3.0用非活性材料注1.处于含碱环境中的一般工程结构在限制混凝土碱含量的同时，应对混凝土表面做防碱涂层，否则应换用非活性材料。2.大体积混凝土结构（如大坝等）的水泥碱含量应符合有关行业标准规范。碱性离子的控制碱性离子的控制 骨料l混凝土工程宜采用非碱活性骨料。l在勘察和选择材料场时，应对制作骨料的岩石或骨料进行活性检验。l对快速砂浆棒法检验结果膨胀率不小于0

10、.10%的骨料，应按本规范第5章的规定进行抑制骨料碱-硅酸反应活性有效性试验，并验证有效。l在盐渍土、海水和受除冰盐作用等含碱环境中，重要结构的混凝土不得采用碱活性骨料，l具有碱-碳酸盐反应活性的骨料不得用于配制混凝土 其他原材料l宜采用碱含量不大于0.6%的通用硅酸盐水泥l应采用F类的I级或II级粉煤灰，碱含量不宜大于2.5%l宜采用碱含量不大于1.0%的粒化高炉矿渣粉l宜采用二氧化硅含量不小于90%、碱含量不大于1.5%的硅灰。l应采用低贱含量的外加剂l应采用碱含量不大于1500mg/L的拌合用水碱性离子的控制碱性离子的控制环境控制环境控制 只有在空气相对湿度大于80%，或直接接触水的环境

11、中，AAR破坏才会发生。l有效隔绝水的来源是防治AAR破坏的一个有效措施。l高温、高湿环境对碱骨料反应有明显加速作用，隔绝水和湿空气的来源。l如果在混凝土工程易发生碱骨料反应的部位能有效地隔绝水和空气的来源，也可以有效抑制混凝土碱骨料反应。其他因素其他因素l 掺入引气剂，提高混凝土密实度，可在一定程度上减小碱骨料反应膨胀。l 适当降低水灰比：水灰比越大混凝土内部孔隙率也越大。碱在水溶液中的迁移速度也增大，从而加速碱骨料反应。减小水灰比可以大幅度降低混凝土渗透性，因而发生碱骨料反应的可能性也必然会减小。但由于降低水灰比会让混凝土更易产生干缩裂缝。顾我们还得掌握一个平衡度。工程师工程师产品为降低混

12、凝土碱骨料反应所做的贡献产品为降低混凝土碱骨料反应所做的贡献l 针对于在建或未建工，我们可以采用低碱水泥，降低水泥用量，降低水灰比，采用不含碱性物质的骨料，采用含碱量底的拌合水或者是使用惰性骨料，加入引气剂等，但这些措施只能在浇筑混凝土前采用。l 针对于已经投入使用的工程怎么办？l 难道我们就只能眼睁睁地看着一栋栋高楼，一座座大桥在我们眼前崩塌，危害我们的生活甚至生命而无能无力？中国碱骨料反应危害实例中国碱骨料反应危害实例编号编号地区地区受损害工程受损害工程AAR类型类型1北京三元立交桥ASR2天津八里台立交桥 ASR、ACR3山东济南机场跑道ASR4陕西临潼机场跑道ASR、ACR5新疆机场跑

13、道ASR6吉林长春机场跑道ASR、ACR7 上海火车站铁路轨枕ASR注：AAR碱-骨料反应 ASR碱-硅酸，碱-硅酸盐 ACR碱-碳酸盐工程师工程师耐久性保护系列耐久性保护系列l工程师研究人员致力于混凝土耐久性保护行业20余年，终于研究成功A8混凝土耐久性保护系列产品。l该产品是一种反应型有机硅化合物，其优异的渗透性可以浸入混凝土孔壁并形成一层无色透明的憎水薄膜。处理后混凝土不会再被水浸湿，防止因毛细管吸水作用而导致水分进入混凝土内部。l也降低了碱性离子在水溶液中的迁移速度，从而大大降低了碱性离子和活性骨料的接触。也能杜绝反应物吸水后膨胀而引起混凝土开裂甚至剥落。其高耐碱性，耐紫外线和良好的使

14、用性，大大降低了我们的维修成本和施工难度。工程师工程师耐久性保护系列应用原理耐久性保护系列应用原理工程师工程师耐久性保护系列产品耐久性保护系列产品包装包装型号型号用途用途特点特点工程师A8-1憎水渗透保护剂不改变外观，荷叶水珠效果清水混凝土、桥梁、古建筑等结构的立面保护。不改变外观，良好的渗透性，优异的荷叶水珠效果。工程师A8-2平色保护剂遮盖混凝土瑕疵，平色保护桥梁、高铁等混凝土构建的装饰与保护。遮盖瑕疵和微裂纹，具有良好的色泽均一性。工程师A8-3强韧保护剂极好的韧性和粘接力，可用于面层装饰普通环境的混凝土保护：公共建筑、桥梁、隧道、公路桥涵、防撞墩等，防渗、防碳化、防腐蚀保护。极好的柔韧

15、性和粘接力，表面可进行其它装饰工程师工程师耐久性保护系列产品耐久性保护系列产品包装包装型号型号用途用途特点特点工程师A8-4防碳化保护剂重腐蚀环境混凝土保护腐蚀介质环境的混凝土保护。工业厂房、桥梁、隧道等钢筋混凝土表面的保护。高致密性、颜色一致，增加美观度。工程师A8-5重防腐保护剂潮湿和干湿交替环境混凝土保护重腐蚀、潮湿和干湿交替环境的混凝土保护。水池、大坝、码头及海洋结构等。粘接强度高，可用于潮湿基层，可长期泡水。工程师工程师耐久性保护系列的应用耐久性保护系列的应用1. 优异的渗透深度，良好的透气“呼吸”功能。2. 无色透明，不改变基层的颜色和外观。3. 卓越的憎水性、“荷叶水珠”效果显著

16、。4. 高耐碱性、耐紫外线、无毒无味、健康环保。工程师工程师耐久性保护系列的应用耐久性保护系列的应用1. 优异的遮蔽性：平色专用，遮盖瑕疵及微裂纹，使混凝土构件具有良好统一的外观。2. 优异的保护性：防水防侵蚀，提高混凝土结构的使用寿命。3. 水性环保，属绿色建材，操作方便，开盖即用。工程师工程师耐久性保护系列的应用耐久性保护系列的应用1.防护性好：有效阻止水、腐蚀介质等渗入混凝土内部，防止钢筋锈蚀和混凝土碳化；2.柔韧性高：符合混凝土的收缩和膨胀，跟随裂缝变化；3.附着力强：渗透到混凝土内部，牢固粘接形成保护层，4.呼吸功能：具有透气性，确保涂层不空鼓；5.绿色环保：水性环保，施工简单，价格

17、便宜。工程师工程师耐久性保护系列的应用耐久性保护系列的应用1.极好的耐候性： 高致密性、憎水性、良好的渗透粘结性。2.优异的防腐性：耐酸耐碱，阻止氯离子及酸、碱、盐等物质渗入混凝土内部，防止钢筋锈蚀，防止CO2、SO3等气体渗入，防止混凝土碳化。3.易于施工，符合环保。工程师工程师耐久性保护系列的应用耐久性保护系列的应用1.具备极高的粘结强度；经处理后与混凝土粘接力提高10倍以上，均为混凝土本体破坏、界面完好。2.胶液渗透的结果，强化了混凝土与新混凝土或砂浆的粘结强度。3.在基层上形成树脂薄层，赋于界面良好的防水防腐性能。4.无毒、无污染，可用于净水工程。结束语结束语l 碱骨料反应是发生在活性

18、骨料和混凝土空隙高碱性溶液之间的一种内部膨胀反应，其机理十分复杂，经世界多个国家60余年的研究仍有不少工作需要深入。l 我国目前许多地方缺乏骨料活性的实验数据，不少人对碱骨料反应造成的破坏现象还缺乏直观的认识。但是越来越多的工程技术人员意识到，只要在新建混凝土结构时采用适当的措施使活性骨料，过量碱，足量水三个条件无法同时满足，这种破坏是可以防止的。本文涉及专用术语本文涉及专用术语l 胶凝材料用量：混凝土中水泥用量和矿物掺和料用量之和l 矿物掺和用料：以硅、铝、钙等氧化物为主要成分，并达到规定细度，掺入混凝土中能改善混凝土性能的粉体材料l 水胶比：混凝土拌合物中用水量与胶凝材料用量之比l 外加剂掺量：混凝土中外加剂用量相对胶凝材料用量的质量百分比。摘自GB/T50733-2011预防混凝土碱骨料反应技术规范参考文献参考文献l 1混凝土碱骨料反应技术规范,中国建筑工业出版社,GB/T 50733-2011 ,2011.l 2水工混凝土抑制碱骨料反应,中国电力出版社,DL/T 5298-2013,2013.l 3混凝土结构耐久性设计与施工指南,中国建筑工业出版社,2004.l 4混凝土的可见与不可见裂缝,中国水利水电出版社,2013.7.l 5混凝土结构的裂缝与对策l 闫海龙13522470892THANKS