混凝土碱骨料反应的预防与监测.pdf

规划设计 东北水利水 电 2 0 1 0年第 1 期 f 文章编号 】 1 0 o 2 -0 6 2 4 ( 2 o 1 0) 0 1 一o o 1 6 一O 1 混凝土碱骨料反应的预防与监测 周丽 张鹤 ( 嫩江尼尔基水利水 电有限责任公司 ， 黑龙江 齐齐哈尔 1 6 1 0 0 5 ) 摘 要文章介绍了碱骨料反应发生机理及预防措施。同时介绍了尼 尔基水利枢纽工程运行 中， 由于混凝土骨料中含有部分流纹岩 、 安山岩等活性盐类 因此容易发生混凝土碱骨料反应 破坏。针对此状况， 采取相对措施， 并在工程运行 中密切关注， 加强监测， 从而抑制了混凝土碱 骨料反应发生。 关键词混凝土； 碱骨料反应； 预防措施； 尼 尔基水利枢纽 中图分类号T V4 3 1 文献标识码 A 1 碱骨料 反应发 生机理及预 防措施 碱 骨料反应是混凝土原材料 中的水泥 、外 加 剂、 混合材和水 中的碱( Na O 或 o) 与骨料 中的 活性成分反应。在混凝土浇筑成型后若干年逐渐 反应 ， 反应生成物吸水膨胀 ， 使混凝土产生内部应 力 ， 膨胀开裂 ， 导致混凝土失去设计性能。 由于活 性骨料经搅拌后大体 上呈均 匀分布 ，所 以一旦发 生碱骨料反应 ， 混凝土 内各部分均产生膨胀 应力 ， 将混凝土 自身膨胀 ， 发展严重的只能 拆除 ， 无法补 救 ， 后果非常严重。 目前碱骨料反 应一般 可分为碱硅 酸反应 、 碱 碳酸反应 、 碱硅酸盐反应。能与碱发生反应 的活性 氧化硅矿物有蛋白石 玉髓 、 鳞石英 、 方英石 、 火 山 玻璃及结 晶有缺欠的石英 以及微晶 、 隐晶石英等 ， 而这些活性矿物广泛存在于多种岩 石中，迄今为 止 。世界各 国发生的碱骨料反应绝大多数为碱硅 酸反应。 混凝土发生碱一骨料反应破坏必须同时具备 ： 混凝土骨料中有相当数量活性成分；混凝土中含 有一定数量 的碱 ：混凝土建筑物在潮湿环境 中运 行。因此 为防止混 凝土发生碱一 骨料反应破坏而 采取 的技术措施有 ： ( 1 ) 混凝土骨料采用非活性骨料 活性骨料 的存在是发生碱一骨料反应的根源 因此 ， 在工程初步设计 阶段 ， 需要对工程混凝土选 用骨料进行详细的勘探试验选择储量丰富的非 活性骨料作为混凝土骨料场。若经检测为活性骨 料， 则不能使用； 若经与非活性骨料按一定比例混 合后 ， 经试验对工程无损害时 ， 方可按试验 的比例 】 6 混 合 使 用 。 ( 2 ) 控制混凝土 中的碱含量 碱骨料反应是否发生和发 生的程度主要取决 于混凝土 中的碱含量。如果水 利工程 的地质勘探 资料显示确实没有储量丰富的非活性 骨料作为混 凝 土骨料使 用， 使 用低碱水泥( 碱含量低于 0 6 ) 、 掺合料 ( 碱含量低于 1 5 ) 、 外加剂等材料 ， 以控制 混凝土 中的碱含量。 ( 3 ) 在混凝土中掺加活性矿物质掺合料取代部 分水泥 大量的研究表明 ， 对于非用活性骨料不可的工 程而言 用粉煤灰 、 矿渣 、 硅灰等一些混合材 部分 地取代水泥可 以抑制碱一 骨料反应。但是 ， 如使 用 不 当。 仍然可能发生较严重的碱一骨料反应。从抑 制碱骨料反应角度看 ，混合材料必须 超过一定的 掺量 ， 硅粉的掺量应不低于 1 0 1 5 ， 粉煤灰掺量 应大于 3 0 ， 矿渣掺量应大于 5 0 ， 实际掺量应根 据骨料的活性和混合材的品质并通过试验确定。 ( 4 ) 在混凝土建筑物表面设置防潮阻水层 如果条件允许 。在混凝土构筑物表面涂刷封 闭材料 ( 如聚脲涂层 ) ， 也 可 以防止水分渗 透至混 凝士内部， 进而防止混凝土发生碱骨料反应。 2 尼尔基工程预防混凝土碱骨料反应措施 尼尔基水利枢 纽属于土石坝坝型 。其 中泄洪 建筑物 、 河床式水 电站厂房和灌溉引水建筑物等均 为混凝 土建筑物 。 由于尼尔基水利枢纽工程混凝土 骨料( 河卵石) 中含有部分流纹岩、 安山岩等活性岩 类， 容易导致混凝土发生碱 骨料反应。因为活性骨 ( 下转第 5 5 页) 2 0 1 0 年第 1 期 东北水利水电 水生态环境 同样可得其它项 目的归一化权重。计算结果见表 3 ， 本例为 V级标准的平均值 。 表 3 各污染物 归一化权 重计算 表 N 卜 L 一 N C O D 高锰酸盐指数 总磷 氟化物 由此算 出的各污染物权重 。构成 一个 1 x 5的 行矩阵 A= ( 0 1 2 ， 0 4 4 ， O 1 9 ， 0 0 8 ， O 1 7 ) 。 ( 3 ) 模糊矩阵复合运算及评价 结果 为 了进行综合评价 ，将上述 A 和 尺矩 阵进行 复合运算。通过经 复合运 算后得 出的结果进行综 合评价。 最终得 出： 该水质的综合评价结果属 I v级。 3 结语 ( 1 ) 单因子评价 法 ， 方法 简明， 计算方便 ， 易操 作 ， 但对水质指标要求严格 ， 有偏面性 。模 糊数学 法 ， 应 用隶属 函数 ， 能 客观评价水 质状 况 ， 避免 了 单 因子评价 的片面性 ，体现 了不同评价 因子对水 质的综合影 响。 ( 2 ) 在做水 质评价 时 ， 要 根据评价 目标 ， 选择 相应的水质参数、 水质标准和评价方法。 对水体的 质量利 用价值及水的处理要求作 出评定。 【 收稿 日期】 2 0 0 9 1 0 1 3 作者简介 孙晓梅 ， 女， 吉林白城人， 工程师， 大学本科。 现从事水 文工作 。 石 _ 、 石 石 ； ； 、 ，、 、! _ 、 扮 e二 石 冀 ； 、 ： 、 石 ；： ( 上接第 1 6页 ) 料中的火 山玻璃质 、 隐晶质硅酸盐 、 应变石英 、 鳞石 英等矿物组分长期在潮湿环境 中会与水泥 、 外加剂 中的碱发生化学反应 ， 生成硅 酸盐凝胶并吸水产生 膨胀， 进而导致混凝土骨料 界面发 生开裂破坏。因 此尼尔基工程在开工前对骨料进行碱活性检验 并 采取积极措施预防碱 骨料反应的发生。 首先采 用岩相法对工程所 用骨料进 行磨片鉴 定 然后采用快速碱 一 硅酸反应法检验骨料是否存 在活性 并根据工程施工 用混凝 土配合 比计算各 部位混凝 土中的碱含量 ，分析发 生混凝土碱骨料 破坏的可能性 。 根据实验结果综合考虑 ，对于 工程中混凝 土 主要集 中部位厂房和溢洪道 。常年运 行在水中的 混凝土基本上采用 了低碱 的中热硅酸 盐水泥 ( 碱 含量为 0 5 6 ) ， 因而控制了混凝土中的碱含量， 外 加剂采用 GI K YQ一 3引气型高效减水 剂和 s K引 气型减水剂。 混凝土中没有掺合料。 3 工程运行 中的监测数据分析 为了监测厂房和 溢洪道 混凝土结构 的运行状 况 在厂房重要工程部位蜗壳及 闸墩 布设双向应 变计 组 。在溢洪道 的核心控制工程部 位闸墩布设 三向平面应变计组 。 ( 1 ) 厂房混凝土应 变监测数据分析 。根据 2号 机组蜗壳 、 左边墩应变计 观测数据分析 ， 该部位混 凝 土处 于受压状态 ，混凝 土应变与气温温度相关 性 较强 ， 与气 温温度 正相关 ， 随季节周 期性 变化 ， 说明混凝土整体性较好 ， 未发生碱 骨料反应。 ( 2 ) 溢洪道混凝土应变监测数据分析 。 根据 1 0 号闸墩 应变计观 测数据分析 该部位混凝土处于 受压状态 ， 混凝土应变与气温温度相关性较强 ， 与 气温温度正相 关， 随季节周期性变化 说 明混凝土 整体性较好 ， 未发生碱骨料反应。 4 结语 混凝土碱骨料反应的潜在危害非常大 应该 在设计 、 施工 中给予高度重视 ， 避免工程混凝土发 生碱骨料反应， 导致混凝土开裂。 混凝土结构崩溃 的险情发生 。在工程设计阶段就应采取相应措施 ， 预防碱骨料 反应对工程的损害。实践 证明尼尔基 水利枢纽在预防混凝 土碱 骨料方 面所做 的措施是 有效的 ， 但是碱骨料反应的时间是很长 的 ， 还需通 过更长 的时 间来验证 。 【 收稿 日期】 2 0 0 9 0 8 一佗 作者简介 周丽( 1 9 8 3 一 ) ， 女， 内蒙古赤峰人， 助理工程师， 从事 枢 纽安 全监 测工作 。 5 5 D 5 5钉2 1 1 1 1 1 1 c； c； _ 3 加 加 O O O O c ； 2 4 6 蟾 哪 加 5 D In 0”佗 n O 2 n二 ： n c ； ，v G s