碱集料反应对混凝土耐久性的影响与防治
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摘 要：当前建筑领域中，对混凝土材料的应用十分广泛，混凝土的耐久性等性能，对建筑结构质量将产生直接影响。碱集料反应是混凝土耐久性的一个主要影响因素，为保证混凝土的结构安全和性质稳定，需要对碱集料反应做出有效的防治。因此，首先需要对碱集料反应的主要原理加以明确，分析了影响碱集料反应的主要因素，采取了有效的预防措施，确保了混凝土性能的稳定和结构的安全。
关键词：碱集料反应；混凝土；耐久性；影响；防治
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.010
0 前言
碱集料反应，是混凝土材料中比较容易发生的一种化学反应，主要是混凝土当中及环境中可能渗入的碱性成分，混凝土骨料与碱活性矿物组分的反应主要发生在混凝土凝固后。混凝土凝固后，凝胶材料发生缓慢的化学反应，吸水膨胀，导致混凝土的损伤和开裂等。在当前很多混凝土结构建筑物当中，这种现象是造成结构破坏的一个重要因素，因此必须受到足够的重视和有效的防治。
1 碱集料反应的基本原理
混凝土结构的碱骨料反应主要是混凝土中的活性矿物骨料和混凝土孔隙中的碱溶液。当混凝土中同时存在水、可溶性碱性物质和活性矿物骨料时，可能发生碱骨料反应。主要反应类型有碱硅反应、碱硅酸盐反应和碱碳酸盐反应[1]。水泥在水化之后，会有少量有利氢氧化钙，能够和集料中的钠长石、钾长石反应，形成氢氧化钠或氢氧化钾。同时，在水泥水化初期，骨料周围会存在胶凝物和氢氧化钙附着层。而氢氧化钙和长石反应产生的氢氧化钠和氢氧化钾，为碱集料反应提供了可能。氢氧化钠和氢氧化钾能够与活性矿物集料发生反应，但在不同矿物成分中，发生的反应也有所不同。
另外，不同浓度的氢氧化钠和氢氧化钾条件下，反应类型也会不同。如果浓度较低，一般不会造成严重的混凝土内部结构破坏，但如果浓度较高，反应持续进行，不仅可以中和硅颗粒表面和微孔中的氢离子，还会破坏硅与氧之间的键合，导致硅颗粒结构疏松。随着反应的深入和到达结构内部，产生碱性硅胶，然后吸收微孔中的水分，膨胀。然而，周围的混凝土结构已经硬化，当体积膨胀受到约束时，会产生膨胀应力。一旦超过混凝土的抗拉强度，就会导致结构开裂，进而破坏混凝土结构。由于反应中的体积膨胀变化，会受到混凝土孔隙含水率的影响，所以可以通过做好防水护理，减少水分向混凝土中的渗入，以降低膨胀盈利。碱硅酸盐反应原理和碱硅反应相似，但反应速度更慢。
2 碱集料反应的主要因素
碱集料反应的形成，有很多影响因素，包括水泥碱度、混凝土水灰比、活性骨料特性、混凝土孔隙度、环境温湿度等。水泥研究表明，水泥含碱量将直接影响碱集料反应中的膨胀程度，含碱量越高，膨脹体积将会越大。所以，对于混凝土中的含碱量标准，根据不同工程类型及环境条件，分别设置了具体的限制。在普遍情况下，混凝土含碱量不应超过每立方米310千克，所以施工人员容易将这一数值作为具体限制，但是仍需要考虑具体情况。混凝土水灰比将会对碱集料反应造成较为复杂的影响，较大的水灰比会增加混凝土孔隙率，增加水分子扩散移动速度，会促进碱集料反应。但是，大水灰比增大孔隙率，会相应的降低孔隙水碱液浓度，而减缓碱集料反应。在具体的施工中，要结合实际情况综合考虑[2]。
反应性骨料的特性影响混凝土碱骨料的反应，如骨料用量、骨料分级粒度、骨料矿物等。一般情况下，增加活性骨料的含量会增加混凝土的活性膨胀。团聚体粒径对反应过程也有影响，中间粒径为0.15mm～0.6mm。容易形成最大的总表面积，因而反应膨胀量也最大。混凝土和砂浆的孔隙，能够使胶体吸收水产生的膨胀应力得到缓解，进而减轻碱集料反应。孔隙率适当增大，减少了反应膨胀量，特别是微孔，可以达到更好的缓冲剂效果。因此，空气可以被适当地引入建筑中，从而减少膨胀量。水是碱集料反应的重要条件，所以反应会受到环境湿度影响。通常低温下，碱集料反应会增加，不过如果相对湿度不足85%，在没有外界供水的情况下，混凝土反应胶体吸水膨胀也会减缓或停止。
3 碱集料反应的防治措施
实际施工中，应积极采取有效措施防治碱集料反应。使用低碱性水泥，降低了混凝土细孔溶液的碱度。在水泥中，如硅灰、矿渣、粉煤灰等外加剂，以降低混凝土的碱度，碱集料反应得到控制。如果水泥含碱量过高，必须更加重视掺合料的添加。使用掺合料的时候，要做好钢筋锈蚀的预防，保证粉煤灰的质量和混凝土的稠度和强度。如需添加硅粉，应同时添加高效减水剂，以延缓混凝土需水量的增加。做好骨料质量控制工作，对于容易引起反应的骨料，应尽可能避免使用。在混凝土结构的施工、使用当中，应积极改善环境条件。确保混凝土施工质量，保证振捣严实，避免蜂窝麻面。
做好养护工作，避免温度裂缝或干缩裂缝，减少混凝土外水渗入，从而减轻碱骨料反应。在使用混凝土结构时，需要尽量保持干燥，避免频繁的干湿交替。可以使用憎水或防水涂层，在混凝土结构表面，应用高效透水高效防水液，可以在混凝土内部形成链状结晶，并发生抗毛细孔隙现象，进而形成防水疏水反应层，从而提高混凝土表面的防水效果。同时还不会对混凝土外观颜色造成影响。这样，混凝土结构可形成非膜式渗透型防水功能，达到结构防水一体化的效果。这种方法可以防止水被用作腐蚀混凝土的载体，进而阻止各类腐蚀性介质的渗入。另外，还能够将混凝土抗冻融、抗风化能力提高，更有效的缓解碱集料反应，使混凝土的性能和结构稳定得到保证。
4 结论
对于混凝土结构性能安全来说，碱集料反应是一个比较重要的影响因素，是造成混凝土内部缺陷和开裂的主要原因之一。很多原因都会造成混凝土的碱集料反应，进而影响混凝土的耐久性。在混凝土结构的施工、养护、使用等过程中，需要采取有效的防治措施，控制混凝土碱集料反应的发生，以保证混凝土结构及性能的安全。
参考文献：
[1]李西利.耐久性混凝土碱集料反应的机理与防治[J].投资与合作，2012（02）：174.
[2]卢都友，吕忆农.加强基础研究 确保机制砂石混凝土耐久性[J]. 混凝土世界，2011（04）：68-72.
作者简介：杨冰鹤（1998-），男，黑龙江哈尔滨人，本科在读，主要从事建筑工程结构、建筑工程材料等方面研究。
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