1、关于混凝土碱集料反应（AAR）病害问题及对策的探讨 兼述北京地区混凝土碱集兼述北京地区混凝土碱集料反应预防规程料反应预防规程 2004.12.19 李亚铃李亚铃 内容提要 混凝土工程的合理寿命 混凝土工程的病害分类 混凝土碱集料反应病害的定义及分类 混凝土碱的来源，检定方法及含量限制 混凝土砂石（集料）的碱活性意义及检定方法 混凝土工程的分类设防规定 抑制混凝土碱集料反应病害的机理 市建委、市规委关于混凝土碱集料反应预防规程的实施 一、混凝土工程的合理寿命 波特兰水泥专利（1824、英J.阿普斯丁）钢筋混凝土桥（1875、法、宽3.96m、长16m）钢筋混凝土理论（1879、法F、埃纳比克）唐
2、山水泥厂投产（1889、启新水泥厂）中国现存混凝土建筑物 山东刘公岛炮台（1894年前）上海电话大楼（1908年）北京东郊民巷水泥柱（1917年）在合理使用维护条件下混凝土工程100年 二、混凝土病害分类 1.新浇混凝土硬化早期的裂纹 2.冻融开裂、剥蚀 3.钢筋锈蚀开裂、剥蚀 4.化学剥蚀 5.高温烘烤（300以上温度）6.碱集料发应胀裂、剥蚀 三、碱集料发应（Alkali Aggregate Reaction 简写作AAR）定义 碱指K、Na 通常按 Na2OE=Na2O+0.658xK2O 活性集料（砂石）：指玻璃质、隐晶质、微晶质的岩矿或晶格扭曲、损坏的岩矿 碱凝胶产生、聚集、吸水膨胀
3、开裂 现场建筑物多种病害的综合症状 西直门原老桥在1999年春拆除前留影 西直门原老桥在1999年春拆除前留影 混凝土碱凝胶的微观放大图 碱集料反应（AAR）分类 碱硅酸反应（ASR）美国D.E.Standon 1940 2NaOH+XSiO2-Na2O.XSiO2.H2O 碱碳酸发应（ACR）加拿大E.G.S.Wenson 1957 CaMg(CO3)2+2NaOH-Mg(OH)2+CaCO3+Na2CO3 Na2CO3+Ca(OH)2-2NaOH+CaCO3 北京地区以ASR为主体（ACR待勘定）碱硅凝胶的化学组成(EDAX能谱法)(显示硅、钠等的明显集聚)样品 Na2OE SiO2 Ca
4、O Al2O3等 1 11.33 65.26 0.91 16.90 2 11.52 57.79 2.78 22.04 3 26.81 34.82 5.54 19.09 4 10.74 47.20 2.52 35.52 水泥熟料 1%20%65%6%碱碳酸反应生成物Mg(OH)2水镁石的基本技术特征 三方晶系、层状构造 比重2.32.4 硬度莫氏2.5 晶体常数L63L2PC 3 3 四、混凝土碱的来源，检定方法及含量限制 1.水泥含碱0.51.0%,来自石灰石，粘土和富集KNa烟道灰，以及水渣等混合物（按100全碱计）2.粉煤灰含碱1.5-4%，来自原煤（按15全碱计）3.高炉水淬渣，含碱1.
5、5-4%，来自矿石，耐火材料（按50全碱计）4.硅灰含碱13%，来自矿石，耐火材料（按50全碱计）5.化学外加剂含碱较高的Na盐，硫酸钠,亚钠，硝钠等（按100全碱计）6.砂石水洗一般不含可溶K,Na 7.碱检定用火焰光度计（有效碱用ASTM C311）五、混凝土用砂石(集料)的碱活性及检定方法 1.岩相法 ASTM C295,JGJ53 2.化学法 ASTM C289,JGJ53 3.砂浆棒法 ASTM C227,JGJ53(6个月周期)ASTM C1260(16天周期)(只适用于ASR)4.岩石柱法 ASTM C586,JGJ53(84个周期)(只适用于ACR)5.混凝土棱柱法CSA A2
6、32 14A(一年周期)（ASR ACR通用）6.小砂浆棒法（推荐使用，ASR,ACR通用）7.矿物外加剂抑制AAR评价法 ASTM C441 ASTM C227(JGJ53)(用于检定ASR)5.00-2.50 2.50-1.25 1.25-0.63 0.63-0.315 0.315-0.160 10%25%25%25%15%1、粒级 2、水泥比集料 1：2.25(水泥含碱1.2%)3、水量 以流动度105120mm计 4、24H脱模（模4040160mm）测基长 5、在402，100湿度下养护 6、6个月 膨胀量 0.1%为活性 0.2%为活性 0.1%为非活性 当0.1-0.2%时再延长
7、养护到28d，检查膨胀 量变化 ASTM C586 (用于检定碳酸岩的ACR)1.用5稀HCl，检定碳酸岩 2.在岩石样本上钻取岩芯（91mm 长355mm）3.在202 的水中浸泡岩芯，每24H测长一次 约35d后，测长度变化0.02%时为基长 4.在202，1M NaOH溶液中浸泡岩芯，84d后，膨胀量0.1%为活性 0.1%为非活性 CSA A23.2-14A(用于检定ASR ACR)1.粒级：取混凝土常用石子，非碱活性砂，砂率735%2.水泥：按3105Kg/m3计（水泥碱含量1.25%）3.水量：按坍落度8010mm计 4.模：120120450mm，24H脱模，测基长 5.养护：碳
8、酸岩集料 23，100湿度 硅质岩集料 38，100湿度 6.膨胀量：一年后 碳酸集料：冰冻有盐环境0.025为安全 不冻无盐环境0.040为安全 硅质集料：冰冻有盐环境0.04为安全 不冻无盐环境 0.25%掺有矿物外加剂 应0.02，则判定该矿物外加剂有抑制AAR效能 推荐小砂浆棒法（ASR、ACR通用法）1.粒级：4.25-12.5mm(连续级配)2.水泥比集料：900g：900g（水泥含碱不限）3.水量：300g（水泥比0.33）4.模：4040160mm，23 条件下24H2H脱模，再在80 水中养护24H,测基长 5.在80，1M NaOH溶液中养护30d 6.膨胀量：0.04%为
9、非活性集料（对硅灰岩可适当放宽到0.14%为非活性集料）7.本方法也可用于评定矿物外加剂对ASR的抑制效能 北京地区砂石（集料）碱活性特点及其演化 19901993普查砂石碱活性 1989 秋 唐明述院士对京津地区AAR评价 1990 冬 北京市科委，建委下达北京地区砂石碱活性及AAR对策 的研究任务 1993 冬 提出北京地区AAR情况及对策的报告 北京地区砂石在90年代初年产2000万t，1年耗水泥450万t，年 产商品混凝土200万m3 取样2.8t(永定河、温榆河、潮白河及南口)岩石薄片33，XRD16，化学检定82 砂浆棒7494条 先检定活性岩石（8类岩石有5类为活性）再检定砂砾中
10、活性岩 石比率 判定永定河石子活性最高，温榆河次之，潮白河最低，南口石 子活性也高而沙子活性低 北京地区常见岩石碱活性检定表 类 岩石类别 6个月膨胀量（）活性判定及活性矿物 1 长英沉积岩 0.218 活性（微晶晶体受伤）2 长英岩浆岩 0.042 非活性（花岗岩）3 条状硅质岩 0.254 活性（微晶隐晶）4 块状硅质岩 0.236 活性（微晶隐晶）5 中酸岩浆岩 0.078 非活性 6 中基岩浆岩 0.071 非活性 7 碳酸岩 0.151 活性（微晶）8 硅质碳酸岩 0.207 活性（微晶）北京地区混凝土用石子碱活性检定表 分 类 活性岩石含量 膨胀量 1 3 4 7 8 小计 6个月
11、 16天 永定河 12 5 4 13 21 55 0.107 0.136 永定河 13 5 3 16 14 51 0.119 0.127 温榆河 16 2 3 5 5 31 0.044 0.098 潮白河 15 3 2 6 6 30 0.050 0.066 潮白河 14 3 2 5 6 30 0.047 0.087 南口 0 0 0 5 95 100 0.147 0.132（北京砂子为非活性）20002004年演变情况(ASTM C1260法)1.永定河，潮白河停采 温榆河砂石枯竭 新供应点军庄门头沟、涿州、三河、怀来 2.军庄门头沟石灰岩为非活性 涿州砾石（拒马河）为活性 三河硅质灰岩为活性
12、 怀来石灰岩为非活性 3.按膨胀量分类：非碱活性石子0.1-0.2%高碱活性石子0.2%六、混凝土工程的分类及预防AAR规定 I.类工程：干燥环境，不直接同水接触的环境的厂房、仓库、居室、办公室等 II.类工程：同水有接触，长时间处于潮湿环境的水池，桥墩，轨枕，地下构筑物等 III.类工程：潮湿且接触化冰盐水，或处于海水浸害中的盐碱浸蚀的桥梁，道路，码头，污水厂，化工厂等 设计单位应按上述分类设计工程构筑物规定所用材料的限制要求 混凝土工程预防AAR的规定 I.类工程可不作预防AAR的措施（卫生间、厨房等要作防水措施）II.类工程一般是采用非碱活性石子时可以不作预防AAR的措施 否则混凝土的总
13、碱量应控制在5000cm2/g为好（主要是关注10 的颗粒的机械化学效应）5.尽量把混凝土中的游离碱（有害碱）转化做非游离碱，即把碱固定（进入碱凝胶进入CSH格架和进入沸石格架）正确学习与贯彻有关标准、规范和规定 1.北京市建委19955号文件（外加剂带入混凝土的碱1Kg）化学外加剂与矿物外加剂综合计算为宜 2.北京市建委，规委1999 TY5-1999有关预防混凝土AAR技术管理的规定，近日修订后更名为北京地区预防混凝土工程碱集料发应规程 检测及咨询单位 市政三所（马尾沟）68318572 建工一所（五棵松）68134721 建材质检站（金顶街）88715186 李亚铃 13621170709 谢谢大家！
