1、关于混凝土碱集料反响AAR 病害问题及对策的探讨兼述北京地区混凝土碱集料反响预防规程 2004.12.19 李亚铃第一页，共三十四页。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响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响病害的机理市建委、市规委关于混凝土碱集料反响预防规程的实施第二页，共三十四页。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、埃纳比克唐山水泥厂投产1889、启新水泥厂中国现存混凝
2、土建筑物 山东刘公岛炮台1894年前 上海联系电话 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年第三页，共三十四页。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、剥蚀第四页，共三十四页。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、吸水膨胀开裂现场建筑物多种病害的综合病症第五页，
3、共三十四页。西直门原老桥在1999年春撤除前留影第六页，共三十四页。西直门原老桥在1999年春撤除前留影第七页，共三十四页。混凝土碱凝胶的微观放大图第八页，共三十四页。碱集料反响AAR分类碱硅酸反响ASR美国D.E.Standon 19402NaOH+XSiO2-Na2O.XSiO2.H2O碱碳酸发应ACR加拿大E.G.S.Wenson 1957CaMg(CO3)2+2NaOH-Mg(OH)2+CaCO3+Na2CO3Na2CO3+Ca(OH)2-2NaOH+CaCO3北京地区以ASR为主体ACR待勘定第九页，共三十四页。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Na2
4、OESiO2CaOAl2O3等111.3365.260.9116.90211.5257.792.7822.04326.8134.825.5419.09410.7447.202.5235.52水泥熟料1%20%65%6%第十页，共三十四页。碱碳酸反响生成物Mg(OH)2水镁石的根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 33第十一页，共三十四页。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1.5-4%，
5、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,Na7.碱检定用火焰光度计有效碱用ASTM C311第十二页，共三十四页。五、混凝土用砂石(集料)的碱活性及检定方法1.岩相法 ASTM C295,JGJ532.化学法 ASTM C289,JGJ533.砂浆棒法 ASTM C227,JGJ53(6个月周期)4.ASTM C1260(16天周期)(只适用于ASR)5.岩石柱法 ASTM C586,JGJ53(84个周期)(只适用于ACR)6.混凝土棱柱法CSA A232 1
6、4A(一年周期)ASR ACR通用7.小砂浆棒法推荐使用，ASR,ACR通用8.矿物外加剂抑制AAR评价法 ASTM C441第十三页，共三十四页。ASTM C227(JGJ53)(用于检定ASR)5.00-2.502.50-1.251.25-0.630.63-0.3150.315-0.16010%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%时再延长养护到28d，检查
7、膨胀 量变化第十五页，共三十四页。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355mm3.在202 的水中浸泡岩芯，每24H测长一次4.约35d后，测长度变化0.02%时为基长5.在202，1M NaOH溶液中浸泡岩芯，84d后，膨胀量0.1%为活性 0.1%为非活性第十六页，共三十四页。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.
8、养护：碳酸岩集料 23，100湿度6.硅质岩集料 38，100湿度7.膨胀量：一年后8.碳酸集料：冰冻有盐环境0.025为平安9.不冻无盐环境0.040为平安10.硅质集料：冰冻有盐环境0.04为平安11.不冻无盐环境 0.25%8.掺有矿物外加剂 应0.02，那么判定该矿物外加剂有抑制AAR效能第十八页，共三十四页。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0.334.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
9、30d6.膨胀量：0.04%为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的抑制效能第十九页，共三十四页。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
10、性岩石8类岩石有5类为活性再检定砂砾中活性岩 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第二十页，共三十四页。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）第二十一页，共三十四页。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13478小计6个月
11、16天永定河12541321550.1070.136永定河13531614510.1190.127温榆河162355310.0440.098潮白河153266300.0500.066潮白河143256300.0470.087南口0005951000.1470.132北京砂子为非活性第二十二页，共三十四页。20002004年演变情况(ASTM C1260法)1.永定河，潮白河停采2.温榆河砂石枯竭3.新供给点军庄门头沟、涿州、三河、怀来4.军庄门头沟石灰岩为非活性5.涿州砾石拒马河为活性6.三河硅质灰岩为活性7.怀来石灰岩为非活性8.按膨胀量分类：非碱活性石子0.1-0.2%11.高碱活性石子0
12、.2%第二十三页，共三十四页。六、混凝土工程的分类及预防AAR规定I.类工程：枯燥环境，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IV.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第二十四页，共三十四页。混凝土工程预防AAR的规定I.类工程可不作预防AAR的措施II.卫生间、厨房等要作防水措施III.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IV.否那么混凝土的总碱量应控制在5000cm2/g
13、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 第三十一页，共三十四页。正确学习与贯彻有关标准、标准和规定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3.检测及咨询单位4.市政三所马尾沟 683185725.建工一所五棵松 681347216.建材质检站金顶街 887151867.李亚铃 13621170709第三十二页，共三十四页。谢谢大家！第三十三页，共三十四页。内容总结关于混凝土碱集料反响AAR 病害问题及对策的探讨。兼述北京地区混凝土碱集料反响预防规程。2NaOH+XSiO2-Na2O.XSiO2.H2O。加拿大E.G.S.Wenson 1957。Na2CO3+Ca(OH)2-2NaOH+CaCO3。4、24H脱模模4040160mm测基长。4、24H脱模模24.524.5285mm80 热水中养护。模子：7070280mm第三十四页，共三十四页。
