關(guān)于混凝土堿集料反應(yīng)(AAR-)病害問題及對策的探討

關(guān)于混凝土堿集料反響〔AAR〕病害問題及對策的探討－－－－兼述北京地區(qū)混凝土堿集料反響預(yù)防規(guī)程2004.12.19李亞鈴第一頁，共三十四頁。內(nèi)容提要混凝土工程的合理壽命混凝土工程的病害分類混凝土堿集料反響病害的定義及分類混凝土堿的來源，檢定方法及含量限制混凝土砂石〔集料〕的堿活性意義及檢定方法混凝土工程的分類設(shè)防規(guī)定抑制混凝土堿集料反響病害的機(jī)理市建委、市規(guī)委關(guān)于混凝土堿集料反響預(yù)防規(guī)程的實(shí)施第二頁，共三十四頁。一、混凝土工程的合理壽命波特蘭水泥專利〔1824、英J.阿普斯丁〕鋼筋混凝土橋〔1875、法、寬3.96m、長16m〕鋼筋混凝土理論〔1879、法F、埃納比克〕唐山水泥廠投產(chǎn)〔1889、啟新水泥廠〕中國現(xiàn)存混凝土建筑物山東劉公島炮臺〔1894年前〕上海聯(lián)系電話大樓〔1908年〕北京東郊民巷水泥柱〔1917年〕在合理使用維護(hù)條件下混凝土工程100年第三頁，共三十四頁。二、混凝土病害分類新澆混凝土硬化早期的裂紋凍融開裂、剝蝕鋼筋銹蝕開裂、剝蝕化學(xué)剝蝕高溫烘烤〔300℃以上溫度〕堿集料發(fā)應(yīng)脹裂、剝蝕第四頁，共三十四頁。三、堿集料發(fā)應(yīng)〔AlkaliAggregateReaction簡寫作AAR〕定義堿指K、Na通常按Na2OE=Na2O+0.658xK2O活性集料〔砂石〕：指玻璃質(zhì)、隱晶質(zhì)、微晶質(zhì)的巖礦或晶格扭曲、損壞的巖礦堿凝膠產(chǎn)生、聚集、吸水膨脹開裂現(xiàn)場建筑物多種病害的綜合病癥第五頁，共三十四頁。西直門原老橋在1999年春撤除前留影第六頁，共三十四頁。西直門原老橋在1999年春撤除前留影第七頁，共三十四頁。混凝土堿凝膠的微觀放大圖第八頁，共三十四頁。堿集料反響〔AAR〕分類堿硅酸反響〔ASR〕美國D.E.Standon19402NaOH+XSiO2-----Na2O.XSiO2.H2O堿碳酸發(fā)應(yīng)〔ACR〕加拿大E.G.S.Wenson1957CaMg(CO3)2+2NaOH-----Mg(OH)2+CaCO3+Na2CO3Na2CO3+Ca(OH)2-----2NaOH+CaCO3北京地區(qū)以ASR為主體〔ACR待勘定〕第九頁，共三十四頁。堿硅凝膠的化學(xué)組成(EDAX能譜法)(顯示硅、鈉等的明顯集聚)樣品Na2OESiO2CaOAl2O3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%第十頁，共三十四頁。堿碳酸反響生成物Mg(OH)2水鎂石的根本技術(shù)特征三方晶系、層狀構(gòu)造比重2.3－2.4硬度莫氏2.5晶體常數(shù)L63L2PC

33第十一頁，共三十四頁。四、混凝土堿的來源，檢定方法及含量限制水泥含堿0.5－1.0%,來自石灰石，粘土和富集K＋Na＋煙道灰，以及水渣等混合物〔按100％全堿計(jì)〕粉煤灰含堿1.5-4%，來自原煤〔按15％全堿計(jì)〕高爐水淬渣，含堿1.5-4%，來自礦石，耐火材料〔按50％全堿計(jì)〕硅灰含堿1－3%，來自礦石，耐火材料〔按50％全堿計(jì)〕化學(xué)外加劑含堿較高的Na鹽，硫酸鈉,亞鈉，硝鈉等〔按100％全堿計(jì)〕砂石水洗一般不含可溶K,Na堿檢定用火焰光度計(jì)〔有效堿用ASTMC311〕第十二頁，共三十四頁。五、混凝土用砂石(集料)的堿活性及檢定方法巖相法ASTMC295,JGJ53化學(xué)法ASTMC289,JGJ53砂漿棒法ASTMC227,JGJ53(6個月周期)ASTMC1260(16天周期)(只適用于ASR)巖石柱法ASTMC586,JGJ53(84個周期)(只適用于ACR)混凝土棱柱法CSAA23214A(一年周期)〔ASRACR通用〕小砂漿棒法〔推薦使用，ASR,ACR通用〕礦物外加劑抑制AAR評價法ASTMC441第十三頁，共三十四頁。ASTMC227(JGJ53)(用于檢定ASR)5.00-2.502.50-1.251.25-0.630.63-0.3150.315-0.16010%25%25%25%15%1、粒級2、水泥比集料1：2.25(水泥含堿1.2%)3、水量以流動度105～120mm計(jì)4、24H脫?！材?0×40×160mm〕測基長5、在40＋2℃，100％濕度下養(yǎng)護(hù)6、6個月膨脹量≥0.1%為活性<0.1%為非活性第十四頁，共三十四頁。ASTM1260(用于檢定ASR)1、粒級：同ASTMC2272、水泥比集料：1：2.25(水泥含堿不限)3、水量：以水灰比0.47計(jì)4、24H脫模〔模24.5×24.5×285mm〕80℃熱水中養(yǎng)護(hù)24H測基長5、在80℃1MNaOH溶液中養(yǎng)護(hù)14d6、膨脹量>0.2%為活性<0.1%為非活性當(dāng)0.1-0.2%時再延長養(yǎng)護(hù)到28d，檢查膨脹量變化第十五頁，共三十四頁。ASTMC586(用于檢定碳酸巖的ACR)用5％稀HCl，檢定碳酸巖在巖石樣本上鉆取巖芯〔Φ9＋1mm長35＋5mm〕在20＋2℃的水中浸泡巖芯，每24H測長一次約3－5d后，測長度變化<0.02%時為基長在20＋2℃，1MNaOH溶液中浸泡巖芯，84d后，膨脹量≥0.1%為活性<0.1%為非活性第十六頁，共三十四頁。CSAA23.2-14A(用于檢定ASRACR)粒級：取混凝土常用石子，非堿活性砂，砂率735%水泥：按310＋5Kg/m3計(jì)〔水泥堿含量1.25%〕水量：按坍落度80＋10mm計(jì)模：120×120×450mm，24H脫模，測基長養(yǎng)護(hù)：碳酸巖集料23℃，100％濕度硅質(zhì)巖集料38℃，100％濕度膨脹量：一年后碳酸集料：冰凍有鹽環(huán)境<0.025％為平安不凍無鹽環(huán)境<0.040為平安硅質(zhì)集料：冰凍有鹽環(huán)境<0.04％為平安不凍無鹽環(huán)境<0.075為平安

第十七頁，共三十四頁。ASTMC441(用于制定礦物外加劑抑制ACR效能)粒級：同ASTMC227,集料采用活性玻璃或活性石子水泥比集料：1：2.25〔水泥含堿1＋0.5%〕水量：以流動度105－120mm計(jì)礦物外加劑按體積計(jì)取代水泥25％〔按重量計(jì)約相當(dāng)于20％左右〕模：24.5×24.5×285mm，24H脫模測基長在40＋2℃，100％濕度條件下養(yǎng)護(hù)14d當(dāng)采用活性玻璃作集料時，其膨脹量不摻礦物外加劑應(yīng)>0.25%摻有礦物外加劑應(yīng)<0.02，那么判定該礦物外加劑有抑制AAR效能第十八頁，共三十四頁。推薦小砂漿棒法〔ASR、ACR通用法〕粒級：4.25-12.5mm(連續(xù)級配)水泥比集料：900g：900g〔水泥含堿不限〕水量：300g〔水泥比0.33〕模：40×40×160mm，23℃條件下24H＋2H脫模，再在80℃水中養(yǎng)護(hù)24H,測基長在80℃，1MNaOH溶液中養(yǎng)護(hù)30d膨脹量：<0.04%為非活性集料〔對硅灰?guī)r可適當(dāng)放寬到<0.14%為非活性集料〕本方法也可用于評定礦物外加劑對ASR的抑制效能第十九頁，共三十四頁。北京地區(qū)砂石〔集料〕堿活性特點(diǎn)及其演化1990－1993普查砂石堿活性1989秋唐明述院士對京津地區(qū)AAR評價1990冬北京市科委，建委下達(dá)北京地區(qū)砂石堿活性及AAR對策的研究任務(wù)1993冬提出北京地區(qū)AAR情況及對策的報(bào)告北京地區(qū)砂石在90年代初年產(chǎn)2000萬t，1年耗水泥450萬t，年產(chǎn)商品混凝土200萬m3取樣2.8t(永定河、溫榆河、潮白河及南口)巖石薄片33，XRD16，化學(xué)檢定82砂漿棒7494條先檢定活性巖石〔8類巖石有5類為活性〕再檢定砂礫中活性巖石比率判定永定河石子活性最高，溫榆河次之，潮白河最低，南口石子活性也高而沙子活性低第二十頁，共三十四頁。北京地區(qū)常見巖石堿活性檢定表類巖石類別6個月膨脹量（％）活性判定及活性礦物1長英沉積巖0.218活性（微晶晶體受傷）2長英巖漿巖0.042非活性（花崗巖）3條狀硅質(zhì)巖0.254活性（微晶隱晶）4塊狀硅質(zhì)巖0.236活性（微晶隱晶）5中酸巖漿巖0.078非活性6中基巖漿巖0.071非活性7碳酸巖0.151活性（微晶）8硅質(zhì)碳酸巖0.207活性（微晶）第二十一頁，共三十四頁。北京地區(qū)混凝土用石子堿活性檢定表分類活性巖石含量％膨脹量13478小計(jì)6個月16天永定河12541321550.1070.136永定1190.127溫榆河162355310.0440.098潮白河153266300.0500.066潮白河143256300.0470.087南口0005951000.1470.132〔北京砂子為非活性〕第二十二頁，共三十四頁。2000－2004年演變情況(ASTMC1260法)永定河，潮白河停采溫榆河砂石枯竭新供給點(diǎn)軍莊－門頭溝、涿州、三河、懷來軍莊－門頭溝石灰?guī)r為非活性涿州礫石〔拒馬河〕為活性三河硅質(zhì)灰?guī)r為活性懷來石灰?guī)r為非活性按膨脹量分類：非堿活性石子<0.04%低堿活性石子≥0.04-0.1%堿活性石子>0.1-0.2%高堿活性石子>0.2%第二十三頁，共三十四頁。六、混凝土工程的分類及預(yù)防AAR規(guī)定類工程：枯燥環(huán)境，不直接同水接觸的環(huán)境的廠房、倉庫、居室、辦公室等類工程：同水有接觸，長時間處于潮濕環(huán)境的水池，橋墩，軌枕，地下構(gòu)筑物等類工程：潮濕且接觸化冰鹽水，或處于海水浸害中的鹽堿浸蝕的橋梁，道路，碼頭，污水廠，化工廠等設(shè)計(jì)單位應(yīng)按上述分類設(shè)計(jì)工程構(gòu)筑物規(guī)定所用材料的限制要求第二十四頁，共三十四頁。混凝土工程預(yù)防AAR的規(guī)定類工程可不作預(yù)防AAR的措施〔衛(wèi)生間、廚房等要作防水措施〕類工程一般是采用非堿活性石子時可以不作預(yù)防AAR的措施否那么混凝土的總堿量應(yīng)控制在<3kg/m3同時采用礦物加外加劑取代水泥20％〔粉煤灰，沸石粉〕或50％〔高爐水渣粉〕或10％〔硅灰〕類工程除Ⅱ類的要求外，還需作混凝土構(gòu)筑物的外表防水層第二十五頁，共三十四頁。七、預(yù)防混凝土AAR病害的機(jī)理探討北京地區(qū)目前已證實(shí)的只有ASR病害ASR病害概念的演化原有傳統(tǒng)的三元素論〔活性集料、堿、水〕近年研究說明，要進(jìn)一步深化認(rèn)識堿：全堿、有效堿、總堿水溶堿〔Na2SO4、NaNO3、NaNO2等，和水泥〕非水溶堿〔礦物外加劑所含硅酸鹽堿〕在HF中全溶堿與混凝土中局部溶堿，進(jìn)入凝膠的堿。進(jìn)入CSH的堿進(jìn)入沸石晶格中的堿(游離堿轉(zhuǎn)化作非游離堿)凝膠的集聚(Focus)概念用非Focus凝膠抑制AAR的新說第二十六頁，共三十四頁。非Focus凝膠抑制AAR的實(shí)例

法國圖盧茲市的M.Moisson(莫瓦森)

〔國際混凝土AAR會議～2004.10.北京〕％SiO2Al2O3CaONa2OE細(xì)度cm2/g石英巖95.22.60.20.54000硅灰?guī)r17.01.942.20.66000蛋白石93.60.30.10.056500活性玻璃67.61.94.216.34000采用4種活性集料并研磨成細(xì)粉使用(活性集料產(chǎn)生膨脹，而參加活性細(xì)粉反會抑制)第二十七頁，共三十四頁?；炷猎嚰浔取瞜g/m3〕

石子〔活性集料〕粒徑4－16mm

砂子〔非活性〕中砂，礦粉〔活性〕水泥水礦粉(%)砂子石子石英巖1467207061811022453201120(26)4801062硅灰?guī)r3467208056611554458203111(24)4461129蛋白石5458204062410486429190116(22)4661000活性玻璃744319706659478429210133(30)5309181.3.5.7不加礦粉2.4.6.8參加礦粉第二十八頁，共三十四頁?；炷猎嚰?qiáng)度及膨脹效果比照抗壓（MPa）對比％膨脹(%)對比石英巖1601000.30100.02711180.0826.6硅灰?guī)r3581000.16100.04671150.1168.8蛋白石5471000.24100.06811720.014.2活性玻璃7451000.9010087115800第二十九頁，共三十四頁?；炷猎嚰苽涑绦蛩嘀性袎A參加NaOH調(diào)整到混凝土總堿量5kg/m3(按Na2OE計(jì))模子：70×70×280mm成