混凝土碱骨料反应及其影响分析

混凝土碱骨料反应是指混凝土中的水泥、外加剂及掺合料中的碱性氧化物与骨料中的活性二氧化硅，在一定条件下发生化学反应，产生具有膨胀性的物质，导致混凝土结构膨胀、开裂甚至破坏的现象。混凝土碱骨料进行缓慢，通常需要经过若干年以后才会出现，且难以修复，是影响混凝土耐久性的重要因素之一。Stanton［30］是第一个提出碱硅酸盐反应的学者，并指出，碱硅酸盐反应的发生需要同时满足三个条件：足够的非晶质硅、足够的碱含量和有水存在。

碱激发矿渣水泥碱性很大，这使得其潜在的碱集料反应成为实际工程应用中一个关注的焦点。相比硅酸盐水泥中的水化产物C-S-H，碱矿渣水泥水化产物C-S-H的钙硅比（C/S）较低，可以吸附更多的碱离子，阻止碱集料反应［31］。研究已证实，碱集料反应实际上确实发生在碱激发矿渣混凝土中。在电子显微镜下可以看到有一定量碱集料反应的产物，如图9-28、图9-29所示［32-33］，但这种反应比硅酸盐水泥混凝土中的弱，试验结果如图9-30所示［34］。

图9-28　NaOH激发矿渣砂浆的碱集料反应产物［32］

图9-29　碱激发混凝土养护10个月后的情况［33］(www.xing528.com)

图9-30　硅酸盐水泥和碱矿渣水泥混凝土碱-集料反应试验结果［34］

矿渣+NaOH∶1 mol/L溶液中的碱矿渣混凝土试件；
矿渣+H2O：纯净水中的碱矿渣混凝土时试件；
OPC+NaOH∶1 mol/L NaOH氢氧化钠溶液中的普通硅酸盐水泥混凝土试件；
OPC+H2O：纯净水中的普通硅酸盐水泥混凝土试件。

另外，用钙含量低的火山灰或偏高岭土替代高炉矿渣，可以减少碱骨料反应发生的膨胀量，主要原因是碱激发胶凝材料中孔隙溶液的含钙量降低，限制了膨胀反应［35-36］，如图9-31所示［35］。因此，碱-硅酸盐反应不仅仅是碱质和非晶质硅之间的反应，还需要有Ca2+的存在［37］。

图9-31　不同碱激发剂的混凝土试件的膨胀［35］