河南省建設(shè)工程堿-集料反應(yīng)潛在危害及對(duì)策

王天印

洛陽(yáng)黃河同力水泥責(zé)任有限公司（471600）

0 引言

堿—集料反應(yīng)(Alkali-Aggregate-Reaction:AAR)是指混凝土中的堿與骨料中的堿活性成分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),生成遇水具有膨脹性質(zhì)的凝膠，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，造成混凝土開裂破壞的現(xiàn)象[1]。

集料在混凝土中呈均勻分布，一旦發(fā)生AAR所造成的混凝土開裂破壞是整體性的,這種開裂往往又會(huì)加劇混凝土鋼筋銹蝕、凍融破壞、碳化和侵蝕等多種破壞，彼此疊加和相互促進(jìn)，導(dǎo)致混凝土耐久性迅速下降，嚴(yán)重的可使混凝土疏松崩解，喪失使用功能，因此又稱“混凝土工程的癌癥”。

混凝土工程發(fā)生AAR反應(yīng)只要同時(shí)滿足以下三個(gè)條件[2]就可能造成大型建筑工程的嚴(yán)重破壞:①集料為活性集料；②混凝土原材料(包括水泥、混合材、外加劑和水等)中含堿量高；③潮濕環(huán)境，有充分的水分或濕空氣供應(yīng)。因此，凡水利工程開采集料時(shí)必須進(jìn)行堿活性檢驗(yàn),并同時(shí)采用低堿水泥等預(yù)防堿集料反應(yīng)的措施。但以上必不可少的檢驗(yàn)過程在實(shí)際工程中往往被人們所忽略，使得堿集料反應(yīng)的潛在危害增加。我國(guó)在八十年代以后也相繼出現(xiàn)了多起AAR破壞實(shí)例[3]，造成的損失是不言而喻的。

1 我省混凝土工程堿-集料反應(yīng)的潛在危險(xiǎn)

1.1 我省水泥堿含量大多數(shù)超標(biāo)

由于受原材料影響,河南省內(nèi)水泥企業(yè)生產(chǎn)的水泥中堿含量大部分超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的堿含量安全指標(biāo)。例如，筆者統(tǒng)計(jì)的總計(jì)56個(gè)樣品中，共有24個(gè)樣品堿含量合格，合格率僅占43%。其中最高堿含量為1.11，超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全含量近1倍，如表1所示。

由于水泥在混凝土中使用量大,所以其堿含量成為混凝土中堿含量的最重要的來源。盡管國(guó)家已經(jīng)逐步推出了有關(guān)水泥中堿含量的指標(biāo),但是堿含量標(biāo)準(zhǔn)仍屬于非強(qiáng)制性執(zhí)行的參考標(biāo)準(zhǔn)。有不少建設(shè)工程也對(duì)水泥的堿含量進(jìn)行檢測(cè),但是未能采取有效的預(yù)防堿—集料反應(yīng)的綜合檢測(cè)方法，往往難以把控制落到實(shí)處。

表1 河南省主要水泥生產(chǎn)企業(yè)堿含量檢測(cè)數(shù)據(jù)

1.2 砂、石集料堿含量不容忽視

表2是我省部分混凝土集料堿含量化驗(yàn)結(jié)果。由此看出，建筑用砂堿含量大部分在5%以上，而石子的堿含量在0.01%～2.4%之間，如果不加限制，則會(huì)導(dǎo)致混凝土總的堿含量升高。必須指出，我省大部分地區(qū)的建筑用砂、石的堿活性都較高,成為造成混凝土堿—集料反應(yīng)危害的主要因素之一。另外，部分地區(qū)建筑工程使用的河卵石，屬于具有較高的堿活性的集料范疇,應(yīng)該盡量避免使用或采用嚴(yán)格的監(jiān)控措施和方法。

表2 砂、石集料堿含量檢測(cè)數(shù)據(jù)

1.3 部分外加劑堿含量高

目前，混凝土外加劑在施工中被普遍使用，這更加大了我省大體積建筑工程堿—集料反應(yīng)隱患的嚴(yán)重程度。表3的檢驗(yàn)結(jié)果表明，常用的外加劑中堿含量最高達(dá)到17.28%，有一半以上堿含量超過10%，如果不加控制，勢(shì)必成為混凝土堿含量超標(biāo)的又一個(gè)原因。

表3 常用幾種混凝土外加劑堿含量檢測(cè)數(shù)據(jù)

1.4 部分混凝土添加礦粉中堿含量高

部分混凝土攪拌站在生產(chǎn)過程中，摻加礦渣粉、粉煤灰作為混合材，也可能會(huì)帶入一定量的堿。

目前，我省處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的黃金時(shí)期，國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)工程、高速公路建設(shè)工程、大型場(chǎng)館基礎(chǔ)建設(shè)工程項(xiàng)目繁多。盡管堿含量問題已經(jīng)引起了部分領(lǐng)導(dǎo)部門、工程監(jiān)理部門和研究人員的重視，但未能進(jìn)行系統(tǒng)有效的檢驗(yàn)和監(jiān)控。在相臨的湖北省內(nèi),所有大型建設(shè)工程和高速公路建設(shè)工程原材料均被強(qiáng)制進(jìn)行在武漢理工大學(xué)進(jìn)行堿含量檢測(cè)和堿活性檢驗(yàn)。在我省，鄭州大學(xué)建材實(shí)驗(yàn)室根據(jù)部分高速公路施工路段和重點(diǎn)建設(shè)工程的要求,結(jié)合河南省建設(shè)工程項(xiàng)目和原材料狀況,初步提出了河南省大型建設(shè)工程堿—集料反應(yīng)檢測(cè)方法和參考標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 模擬堿活性檢驗(yàn)結(jié)果不容樂觀

鄭州大學(xué)材料學(xué)院建材實(shí)驗(yàn)室對(duì)鄭州、南陽(yáng)、信陽(yáng)、三門峽、焦作等地部分建筑工地、南陽(yáng)地區(qū)部分高速公路標(biāo)段等大型工程的砂、石集料進(jìn)行了隨機(jī)抽樣堿活性模擬檢驗(yàn)，所得結(jié)果表明:石子樣品堿—集料反應(yīng)活性基本合格，而個(gè)別中砂具有潛在的堿—集料反應(yīng)活性。例如,編號(hào)為ZZJ-0001的檢驗(yàn)報(bào)告中,三條試塊膨脹率分別為0.10%、0.08%和0.14%，評(píng)定結(jié)果為0.12%,判定為具有潛在的堿-集料反應(yīng)活性。這表明,對(duì)于河南省境內(nèi)大型混凝土建設(shè)工程進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)具有非常重要的意義，也是非常必要的。

2 對(duì)策與措施

根據(jù)我省具體情況，筆者提出應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手，避免乃致遏止堿—集料反應(yīng)在大體積混凝土制品和重點(diǎn)工程中的潛在的破壞作用。

2.1 明確堿—集料反應(yīng)潛在危害的檢驗(yàn)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

目前,我省建筑行業(yè)沒有明確的檢驗(yàn)堿—集料反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。鄭州大學(xué)材料學(xué)院檢測(cè)中心根據(jù)河南省本地的具體情況,結(jié)合國(guó)際、國(guó)內(nèi)有關(guān)建筑工程堿—集料反應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，以美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ASTMC1260[4]基礎(chǔ)，提出了以TB/T2922.5-2002《快速砂漿棒法》作為主要檢驗(yàn)方法,以GB/T14685-2001巖相法為輔助檢驗(yàn)方法的組合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。具有樣品處理方法簡(jiǎn)單可行、檢驗(yàn)方法快速、檢驗(yàn)誤差小、檢驗(yàn)結(jié)果復(fù)演性好等優(yōu)點(diǎn)[5]。

根據(jù)我省具體情況，對(duì)于大體積混凝土建設(shè)工程，當(dāng)試塊膨脹率小于0.10%時(shí),為非堿活性集料；當(dāng)膨脹率在0.10%～0.20%之間時(shí)，為潛在堿活性集料，應(yīng)當(dāng)慎用，或依照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)后確定能否使用；當(dāng)膨脹率大于0.20%時(shí)，為堿活性集料，嚴(yán)禁使用。

2.2 嚴(yán)格控制大體積工程使用水泥的堿含量

根據(jù)我省大多數(shù)水泥生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品中堿含量超標(biāo)的具體問題，應(yīng)當(dāng)建立水泥供應(yīng)企業(yè)產(chǎn)品堿含量臺(tái)帳。嚴(yán)格控制大體積建筑工程用水泥的堿含量不超過0.60%。對(duì)每一批購(gòu)進(jìn)水泥都要進(jìn)行堿含量檢測(cè),把堿超標(biāo)水泥阻擋在工地之外。

2.3 嚴(yán)格控制建筑用骨料質(zhì)量

對(duì)于大體積建筑工程用砂、石骨料，在使用前必須進(jìn)行堿活性試驗(yàn)，拒絕堿活性超標(biāo)的骨料進(jìn)入建筑工地。

2.4 嚴(yán)格控制混凝土外加劑和外摻礦粉的堿含量

對(duì)于在建筑施工中使用的混凝土外加劑,應(yīng)該嚴(yán)格限制其堿含量,同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土攪拌過程中添加的礦渣粉和粉煤灰中的堿含量,拒絕使用堿含量高的混凝土外加劑和摻和料。

2.5 建立嚴(yán)格的檢測(cè)控制制度

委托可靠的試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu),對(duì)大體積工程用水泥和骨料實(shí)行堿含量檢測(cè)和骨料堿活性進(jìn)行檢驗(yàn)，建立水泥、骨料堿含量和堿活性臺(tái)帳，以科學(xué)的態(tài)度和手段徹底杜絕堿-集料反應(yīng)對(duì)我省大體積建設(shè)工程的潛在危害。

只要從源頭上入手進(jìn)行嚴(yán)格的控制,完全能夠使我省大型建筑工程避免堿—集料反應(yīng)引起的危害,保證國(guó)家資源和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全。

3 結(jié)論

1）河南省大型混凝土工程存在潛在的堿—集料反應(yīng)危害。利用有效的試驗(yàn)檢測(cè)手段，對(duì)省內(nèi)大型混凝土工程所用骨料進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)是非常必要的。

2）混凝土中的堿來源于水泥、堿活性骨料、混凝土外加劑或堿含量高的摻和料以及養(yǎng)護(hù)過程堿侵入。只要嚴(yán)格控制水泥堿含量、堿活性骨料、外加劑、混合材堿含量和混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)境條件,就完全能避免堿—集料反應(yīng)對(duì)混凝土的破壞作用，保證建筑工程的長(zhǎng)期質(zhì)量安全。

3）建議以TB/T2922.5-2002《快速砂漿棒法》作為主要檢驗(yàn)方法，以GB/T14685-2001巖相法為輔助檢驗(yàn)方法的組合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

4）堿—集料活性快速檢驗(yàn)結(jié)果評(píng)定，當(dāng)試塊膨脹率小于0.10%時(shí)，為非堿活性集料；當(dāng)膨脹率在0.10%～0.20%之間時(shí)，為潛在堿活性集料，應(yīng)當(dāng)慎用，或進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)后確定能否使用；當(dāng)膨脹率大于0.20%時(shí)，為堿活性集料，嚴(yán)禁使用。

[1] 于文勇,黃晶巖,王國(guó)鋒.混凝土堿集料反應(yīng)及預(yù)防措施[J].黑龍江交通科技,2003,4:82

[2] 李青芳,李林,倪亞敏.堿-集料反應(yīng)機(jī)理及條件分析[J].山西建筑,2002,14（31）:159

[3] 鄧敏.堿-碳酸鹽反應(yīng)－國(guó)內(nèi)工程實(shí)例、機(jī)理和抑制措施[J].南京:南京化工學(xué)院,1992

[4] 盧都友,許仲梓,呂憶農(nóng),唐明述.集料ASR堿活性檢測(cè)方法評(píng)述[J].南京化工大學(xué)學(xué)報(bào),1998,2(5):86

[5] 劉珩,盧都友,許仲梓.集料堿活性檢測(cè)方法評(píng)述[J].混凝土與水泥制品,2003,4:2