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混凝土的耐久性(下) 2碱骨料反应 碱骨料反应(AAR)类型碱硅酸反应 ASR(Aggregate-Silica Reaction)碱硅酸盐反应 ASR (实质是ASR)(Aggregate-Silicate Reaction)碱碳酸盐反应 ACR(Aggregate-Carbonate Reaction)特定类型白云石灰岩(由均匀分布白云石微晶、大量小方解石粒和填隙粘土构成) ，与孔溶液碱发生去白云化反应，产生膨胀和导致混凝土开裂。CaMg(CO3)2 + 2NaOH ? Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3Na2CO3 + 2Ca(OH)2 ? 2NaOH + CaCO3 (碱可再生)ACR较罕见，与ASR的区别在于以前没有发现凝胶，认为是粘土吸水膨胀。但现代技术扫描电镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)揭示：工程和试验室混凝土发生ACR的骨料中均有ASR凝胶，去白云化开放的空间出现ASR是导致膨胀的基本原因，故ACR也应归入ASR。 4硬化混凝土中，水泥石孔溶液中的碱金属离子(Na+, K+) 与骨料活性SiO2反应，生成碱—硅凝胶。凝胶可能产生吸水膨胀。内部膨胀最终可能导致混凝土开裂。碱硅酸反应 ASRASR活性骨料较常见，一般含有下列矿物：应变石英、微晶石英、麟石英蛋白石、玉髓、燧石火山玻璃体、一些合成玻璃 5混凝土中的碱当量氧化钠Na2Oe = Na2O(%) + (62.0/94.2)K2O(%) = Na2O(%) + 0.658K2O(%) 低碱水泥：Na2Oe ≤ 0.6%粉煤灰碱以1/6、磨细矿渣碱以1/2计入总碱量水溶性? 3 kg/m3 6碱—硅凝胶的吸水膨胀性 7 8碱骨料反应破坏的特征(1)膨胀变形、素混凝土结构呈现地图裂缝或有凝胶析出 9碱骨料反应破坏的特征(2)受钢筋的约束，裂缝呈顺筋方向 10碱骨料反应破坏的特征(3)预应力梁 11碱骨料反应破坏的特征(4)潮湿或接触水部位先产生ASR裂缝 12AAR与其它破坏因素的复合作用ASR+钢筋锈蚀ASR+DEFASR+冻融循环 13AAR+冻融？干湿循环+冻融？ 14预防AAR的方法使用非活性骨料，特别是不使用ACR活性骨料使用低碱水泥，限制混凝土单方含碱量( 3.0 kg/m3)使用混合水泥或用一定比例的活性掺和料替代水泥保持混凝土环境湿度一直低于80% 15混凝土耐久性破坏原因分析 16案例：DEF或ASR分析 (1)美国南部某高架路建于1980s，墩柱早期劣化需要分析确定原因和责任建成约15年后的状态(接近10年时发现裂缝)混凝土：高早强水泥用量约450kg/m3部分混凝土使用粉煤灰混凝土骨料可能有碱活性墩柱最小方向尺寸约2m，预计早期温升超过75oC 17案例：DEF或ASR分析 (2)区分DEF与ASR试验设计：结构芯样浸泡在热碱溶液(促进ASR)，检验是否有残余ASR膨胀；常温饱和石灰水(有助于K+、Na+流失抑制ASR)，检验潜在DEF膨胀。试验方法验证混凝土使用活性NR和非活性RS骨料高早强、高碱水泥 (1.25%Na2Oe)加入NaOH使含碱量5.25kg/m3Na2Oe水泥用量420kg/m3试验方法Φ150x300mm试件初始分别23oC养护和最高95oC热养护38oC密封容器水上养护150天，均出现膨胀裂缝取Φ50mm芯样，安装不锈钢测头，分别浸泡在23oC石灰水和80oC 1M NaOH溶液测量长度变化 18案例：DEF或ASR分析 (3)A墩柱骨料有碱活性(粗细骨料与B和D墩柱类似)，但含碱量低，实际上未发生ASR。DEF是唯一导致破坏原因。 19案例：DEF或ASR分析 (4)A墩柱B墩柱C墩柱D墩柱60μm100μm90μm300μmAFt在ASR反应的骨料边缘生成AFt背散射电子图像粉煤灰AFtAFt仅DEFASR+DEFASR+DEF无ASR和DEF 20裂缝对混凝土耐久性的影响 21阶段裂缝类型裂缝再分类裂缝出现时间非常早龄期或初龄期塑性沉降钢筋上面 A10分钟至3小时拱形 B截面厚度变化 C模板沉降塑性收缩随机 E半小时至6小时钢筋上面 F平行、对角 D早期混凝土硬化过程自生干燥(自生收缩)w/c 0.45硬化期间龟裂抹面后(过度抹面)1至7天，有时更迟模板覆盖表面 J热裂缝(温度裂缝)表面裂缝 G1天至几周贯穿裂缝 H结构部分完成后干燥收缩单面干燥 I1月至几个月外部约束 I最终的不均匀收缩热裂缝(温度裂缝)表面裂缝 G冷却至长期环境温度贯穿裂缝 H预应力混凝土锚固处裂缝施加预应力后K混凝土结构裂缝——早期(施工期) 22阶段裂缝类型裂缝再分类裂缝出现时间服役期荷载裂缝微裂缝受荷载作用时受拉裂缝弯曲裂缝剪切裂缝扭转裂缝长期荷载裂缝徐变完成后强制变形基础沉降钢筋锈蚀氯引发 L 1年碳