混凝土堿骨料反應(yīng)的預(yù)防與監(jiān)測

周 麗，張 鶴

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

1 堿骨料反應(yīng)發(fā)生機(jī)理及預(yù)防措施

堿骨料反應(yīng)是混凝土原材料中的水泥、外加劑、混合材和水中的堿（Na2O或K2O）與骨料中的活性成分反應(yīng)，在混凝土澆筑成型后若干年逐漸反應(yīng)，反應(yīng)生成物吸水膨脹，使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，膨脹開裂，導(dǎo)致混凝土失去設(shè)計性能。由于活性骨料經(jīng)攪拌后大體上呈均勻分布，所以一旦發(fā)生堿骨料反應(yīng)，混凝土內(nèi)各部分均產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，將混凝土自身膨脹，發(fā)展嚴(yán)重的只能拆除，無法補救，后果非常嚴(yán)重。

目前堿骨料反應(yīng)一般可分為堿硅酸反應(yīng)、堿碳酸反應(yīng)、堿硅酸鹽反應(yīng)。能與堿發(fā)生反應(yīng)的活性氧化硅礦物有蛋白石，玉髓、鱗石英、方英石、火山玻璃及結(jié)晶有缺欠的石英以及微晶、隱晶石英等，而這些活性礦物廣泛存在于多種巖石中，迄今為止，世界各國發(fā)生的堿骨料反應(yīng)絕大多數(shù)為堿硅酸反應(yīng)。

混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng)破壞必須同時具備：混凝土骨料中有相當(dāng)數(shù)量活性成分；混凝土中含有一定數(shù)量的堿；混凝土建筑物在潮濕環(huán)境中運行。因此，為防止混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng)破壞而采取的技術(shù)措施有：

（1）混凝土骨料采用非活性骨料

活性骨料的存在是發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的根源，因此，在工程初步設(shè)計階段，需要對工程混凝土選用骨料進(jìn)行詳細(xì)的勘探試驗，選擇儲量豐富的非活性骨料作為混凝土骨料場。若經(jīng)檢測為活性骨料，則不能使用；若經(jīng)與非活性骨料按一定比例混合后，經(jīng)試驗對工程無損害時，方可按試驗的比例混合使用。

（2）控制混凝土中的堿含量

堿骨料反應(yīng)是否發(fā)生和發(fā)生的程度主要取決于混凝土中的堿含量。如果水利工程的地質(zhì)勘探資料顯示確實沒有儲量豐富的非活性骨料作為混凝土骨料使用，使用低堿水泥（堿含量低于0.6%）、摻合料（堿含量低于1.5%）、外加劑等材料，以控制混凝土中的堿含量。

（3）在混凝土中摻加活性礦物質(zhì)摻合料取代部分水泥

大量的研究表明，對于非用活性骨料不可的工程而言，用粉煤灰、礦渣、硅灰等一些混合材部分地取代水泥可以抑制堿-骨料反應(yīng)。但是，如使用不當(dāng)，仍然可能發(fā)生較嚴(yán)重的堿-骨料反應(yīng)。從抑制堿骨料反應(yīng)角度看，混合材料必須超過一定的摻量，硅粉的摻量應(yīng)不低于10%～15%，粉煤灰摻量應(yīng)大于30%，礦渣摻量應(yīng)大于50%，實際摻量應(yīng)根據(jù)骨料的活性和混合材的品質(zhì)并通過試驗確定。

（4）在混凝土建筑物表面設(shè)置防潮阻水層

如果條件允許，在混凝土構(gòu)筑物表面涂刷封閉材料（如聚脲涂層），也可以防止水分滲透至混凝土內(nèi)部，進(jìn)而防止混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)。

2 尼爾基工程預(yù)防混凝土堿骨料反應(yīng)措施

尼爾基水利樞紐屬于土石壩壩型，其中泄洪建筑物、河床式水電站廠房和灌溉引水建筑物等均為混凝土建筑物。由于尼爾基水利樞紐工程混凝土骨料（河卵石）中含有部分流紋巖、安山巖等活性巖類，容易導(dǎo)致混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)。因為活性骨料中的火山玻璃質(zhì)、隱晶質(zhì)硅酸鹽、應(yīng)變石英、鱗石英等礦物組分長期在潮濕環(huán)境中會與水泥、外加劑中的堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硅酸鹽凝膠并吸水產(chǎn)生膨脹,進(jìn)而導(dǎo)致混凝土骨料界面發(fā)生開裂破壞。因此尼爾基工程在開工前對骨料進(jìn)行堿活性檢驗，并采取積極措施預(yù)防堿骨料反應(yīng)的發(fā)生。

首先采用巖相法對工程所用骨料進(jìn)行磨片鑒定，然后采用快速堿-硅酸反應(yīng)法檢驗骨料是否存在活性，并根據(jù)工程施工用混凝土配合比計算各部位混凝土中的堿含量，分析發(fā)生混凝土堿骨料破壞的可能性。

根據(jù)實驗結(jié)果綜合考慮，對于工程中混凝土主要集中部位廠房和溢洪道，常年運行在水中的混凝土基本上采用了低堿的中熱硅酸鹽水泥 （堿含量為0.56%），因而控制了混凝土中的堿含量，外加劑采用GR-YQ-3引氣型高效減水劑和SK引氣型減水劑，混凝土中沒有摻合料。

3 工程運行中的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為了監(jiān)測廠房和溢洪道混凝土結(jié)構(gòu)的運行狀況，在廠房重要工程部位蝸殼及閘墩布設(shè)雙向應(yīng)變計組，在溢洪道的核心控制工程部位閘墩布設(shè)三向平面應(yīng)變計組。

（1）廠房混凝土應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。根據(jù)2號機(jī)組蝸殼、左邊墩應(yīng)變計觀測數(shù)據(jù)分析，該部位混凝土處于受壓狀態(tài)，混凝土應(yīng)變與氣溫溫度相關(guān)性較強(qiáng)，與氣溫溫度正相關(guān)，隨季節(jié)周期性變化，說明混凝土整體性較好，未發(fā)生堿骨料反應(yīng)。

（2）溢洪道混凝土應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。根據(jù)10號閘墩應(yīng)變計觀測數(shù)據(jù)分析，該部位混凝土處于受壓狀態(tài)，混凝土應(yīng)變與氣溫溫度相關(guān)性較強(qiáng)，與氣溫溫度正相關(guān)，隨季節(jié)周期性變化，說明混凝土整體性較好，未發(fā)生堿骨料反應(yīng)。

4 結(jié)語

混凝土堿骨料反應(yīng)的潛在危害非常大，應(yīng)該在設(shè)計、施工中給予高度重視，避免工程混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土開裂，混凝土結(jié)構(gòu)崩潰的險情發(fā)生。在工程設(shè)計階段就應(yīng)采取相應(yīng)措施，預(yù)防堿骨料反應(yīng)對工程的損害。實踐證明尼爾基水利樞紐在預(yù)防混凝土堿骨料方面所做的措施是有效的，但是堿骨料反應(yīng)的時間是很長的，還需通過更長的時間來驗證。