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 161005）

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（Na2O或K2O）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-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-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-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-骨料反应。但是，如使用不当，仍然可能发生较严重的碱-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10%～15%，粉煤灰掺量应大于30%，矿渣掺量应大于50%，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土内部，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-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0.56%），因而控制了混凝土中的碱含量，外加剂采用GR-YQ-3引气型高效减水剂和SK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10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。