火山灰质混合材料的活性SiO2对抑制碱-骨料反应具有良好效果

1.碱-骨料反应的定义及危害

混凝土内部水泥凝胶体中的碱性氧化物（Na2O、K2O）与骨料中的活性SiO2，活性碳酸盐在有水存在的条件下发生化学反应，生成碱-硅酸盐凝胶（或碱-碳酸盐凝胶），堆积在骨料与水泥凝胶体的界面，吸水后体积膨胀（大约3倍以上），导致混凝土开裂破坏，如图5-32所示，称为碱-骨料反应。

图5-32　典型的碱-骨料反应开裂

世界上最早发现碱-骨料反应是在美国，1938年美国建成派克混凝土大坝，两年后发现大量裂缝。经查明，该大坝工程采用了含碱量分别为0.55％、1.13％、1.25％及1.42％的四种水泥，其中采用含碱量1.42％的水泥混凝土部位裂缝最为明显。从钻心取样的混凝土发现，安山岩骨料颗粒与高碱水泥浆接触面发生了化学反应，出现了白色硅酸钠物质，这就是最早发现的碱-骨料反应。为此，美国从1941年开始限制水泥含碱量，当混凝土所用的骨料具有活性时，规定水泥含碱量不得超过0.6％。

冰岛雷克雅未克地区1/5的房屋毁于碱-硅酸反应。长期以来，许多人一直认为该地区温度低，碱-硅酸反应速度慢或根本不可能发生，可是竟有1/5的房屋毁于碱-硅酸反应。究其原因，可能是使用了挖自海底的骨料未经清洗，额外增加了碱含量，以及混凝土中水泥用量较大所致。也有人认为使用氯化钠作防冻剂加剧了这种破坏。在日本和我国，也不同程度地出现了由于碱-骨料反应造成混凝土耐久性下降问题。

2.抑制碱-骨料反应的措施(www.xing528.com)

混凝土发生碱-骨料反应需要三个必要条件，即水泥石中碱含量较高，通常Na2O＋0.658K2O＞0.6％，骨料中含有活性SiO2或活性碳酸盐，同时必须有水存在。碱-骨料反应严重降低混凝土结构物的耐久性，而在有些国家和地区，受自然资源的限制，又不得不使用含碱活性物质的骨料，因此，可以考虑从以下几个方面采取措施抑制碱-骨料反应。

（1）开发低碱水泥，尽量降低水泥中碱性物质的含量。目前我国标准规定通用水泥中（Na2O＋0.658K2O）含量小于0.6％。

（2）在水泥中掺入火山灰质混合材料。火山灰质混合材料中活性SiO2成分较多，相当于骨料中的碱活性物质，在水泥水化反应早期，这些活性成分就与水泥中的碱性物质反应，及早将碱性物质作用掉，避免硬化后的碱-骨料反应。另一方面在混凝土拌合物还处于塑性阶段时生成膨胀性物质，不会对混凝土的结构造成危害，反而会使混凝土更加密实。已有的研究成果表明，使用掺混合材料的水泥，或在拌制混凝土时掺入粉煤灰、矿渣粉、沸石粉等活性掺合料对抑制碱-骨料反应具有良好的效果。

（3）掺入引气剂或引气减水剂，使混凝土中产生许多分散的微小气泡，可吸收膨胀作用，对减轻碱-骨料反应造成的膨胀裂缝起到缓解作用。