碱骨料反应及预防措施.ppt
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1、,主讲人:陈海华,混凝土碱骨料反应,1.1混凝土碱骨料反应简介,碱骨料反应开始是在30年代美国西部地区的堤坝、公路、桥梁等混凝土结构物发生异常膨胀,产生裂缝而发现的。进入70年代后,不断从欧洲、南非等地传来碱骨料反应引起的结构损伤报告,碱骨料反应作为个世界性的普遍问题被提了出来。由于碱骨料反应一般是在混凝土成型后的若干年后逐渐发生,其结果造成混凝土耐久性下降,严重时还会使混凝土丧失使用价值,且由于反应是发生在整个混凝土中,因此,这种反应造成的破坏既难以预防,又难于阻止,更不易修补和挽救,故被称为混凝土的“癌症”。,1.2混凝土碱骨料反应概念 碱骨料反应(Alkali Aggregate Rea
2、ction 简写作AAR)是指混凝土中的碱性物质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。1.3混凝土碱骨料反应危害 碱骨料反应导致混凝土破坏特征均表现为混凝土膨胀开裂,大量微裂缝的产生不仅降低混凝土的力学性能,更重要的是加速了水、腐蚀离子渗入混凝土内部,从而诱发碱骨料反应、钢筋锈蚀、冻融破坏协同效应,严重影响了混凝土工程耐久性能。再有碱骨料反应是在混凝土碱活性骨料周围缓慢、长期发生的,不仅无法阻止其破坏继续发展,且破坏后不宜修复,因此被称为混凝土的“癌症”。,1.3.1破坏特征(1)时间性 受碱骨料反应影响的混凝土需要几年或更长时间才会出现开裂破坏。(2)表面开裂
3、 如果混凝土没有施加预应力,裂缝呈网状,每条裂缝长约数厘米。在预应力作用区域裂缝将主要沿预应力方向发展,形成平行于钢筋的裂缝。(3)膨胀(4)渗出凝胶Si-ONa(5)内部凝胶 碱骨料反应后的膨胀是由反应生成碱-硅酸凝胶吸水引起的,因此凝胶的存在是发生了碱-硅酸反应最直接的证明。,(6)反应环 有些骨料在与碱发生反应以后,会在骨料周围形成一个深色的薄圈,称为反应环。(7)内部裂纹 当碱骨料反应引起超量膨胀时,会在混凝土中心形成内部裂纹,裂纹常常充满凝胶。混凝土暴露面限制了内部混凝土的膨胀,因此导致了面层的拉应力。如果反应程度足够大,在此情况下就会产生大的裂纹。,1.4碱骨料反应发生条件及分类和
4、机理(1)碱骨料反应发生条件 发生碱骨料反应需要具有三个条件 混凝土的原材料水泥、混合材、外加剂和水中含碱量高。骨料中有相当数量的活性成分;潮湿环境,有充分的水分或湿空气供应。(2)碱骨料反应的分类和机理 按照活性材料及其产生破坏时的反应机理不同,一般将碱集料反应分为三种:,碱硅酸反应(Alkali-Silica Reaction),即最早的AAR或经典的碱骨料反应。具体是指混凝土中的碱与骨料中微晶或无定型硅酸发生反应,生成碱硅酸类2NaOH+SiO2+nH2O Na2OSiO2(n+1)H2O碱硅酸类会在混凝土表面形成凝胶(如图),干燥后为白色的沉淀物,具有强烈吸水膨胀的特性,此类反应一般发
5、生在骨料与水泥石界面处,致使混凝土产生不均匀膨胀引起开裂。,碱硅酸盐反应(Alkali-Silicate Reaction,ASR),活性骨料是结晶良好的硅酸盐岩石。碱硅酸盐反应是指混凝土中的碱与骨料中的某些层状结构的硅酸盐发生反应,使层状硅酸盐层间距增大,集料发生膨胀致使混凝土开裂。,碱碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction,ACR),其活性骨料是指某些碳酸盐岩石。碱碳酸盐反应是指混凝土中的碱与具有特定结构的黏土质细粒白云质石灰岩或黏土质细粒白云岩集料发生下列反应,进行的所谓去(脱)白云化作用 CaMg(CO3)2+2NaOH Mg(OH)2+CaCO3+Na2CO3
6、 Na2CO3+Ca(OH)2 2NaOH+CaCO3这种反应持续进行,直至白云石被完全作用或碱浓度降到足够低为止,其特点是反应较快,而且反应少见凝胶产物,多呈龟裂或开裂。,1.5碱-骨料反应的检测与评价方法 碱骨料反应具有很长的潜伏期,尽早确定含岩石骨料是否具有碱活性具有非常重要的意义。大体上分为三类:一是通过岩相鉴定检验骨料中是否有活性组分的岩相法;二是以骨料与碱作用后所产生的膨胀率大小作为判断的依据;三是依骨料在碱液中的反应程度作为判据的化学法。下面介绍通用的碱骨料反应实验方法。(1)岩相法 该方法借助光学显微镜,X射线衍射分析等岩相分析方法,鉴定骨料的岩石种类,矿物组成及各组分含量,并
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