基本介紹
- 中文名：骨材鹼性反應
- 外文名：Alkali aggregate reaction
- 學科：土木工程
- 定義：骨材中鹼活性礦物發生化學反應
- 危害：混凝土膨脹開裂
- 化學成分：氧化鈉、氧化鉀、二氧化矽
簡介,鹼性骨料,骨料與瀝青作用機理,鹼性骨料和鹼值,骨料鹼活性的檢驗方法,影響因素,
簡介
骨材鹼性反應是指骨料中特定內部成分在一定條件下與混凝土中的水泥、外加劑、摻合劑等中的鹼物質發生化學反應。骨材鹼性反應應該具有以下條件：水泥及其他原材料（外加劑、摻和料等）的含鹼量較高；活性骨料，骨料中含有一定量活性氧化矽等活性成分；水或潮濕環境。反應的類型主要為以下兩種：鹼-矽酸反應（Alkali-Silica Reaction，簡稱ASR），是指混凝土中的鹼與不定型二氧化矽的反應；鹼-碳酸鹽反應（Alkali-Carbonate Reaction，簡稱ACR），是指混凝土中的鹼與某些碳酸鹽礦物的反應。
鹼性骨料
骨料與瀝青作用機理
採用鹼性骨料的瀝青混凝土，在與水接觸中，其水穩定性較好，抗水剝離能力好。對鹼性骨料，其與瀝青的結合主要是化學吸附力，瀝青與骨料的黏附性強，水不容易穿透瀝青達到骨料表面將骨料與瀝青分開。而酸性骨料與瀝青的結合主要依靠相對較弱的分子間作用力， 其之間不會形成化學吸附力，水更容易穿透瀝青達到骨料表面將骨料與瀝青分開，抗水剝離能力差。採用鹼活性骨料可能造成的破壞包括： 導致混凝土開裂，嚴重的會使混凝土結構崩潰。
鹼性骨料和鹼值
鹼性骨料 DL/ T5363-2006 水工碾壓式瀝青混凝土施工規範提出粗骨料宜採用鹼性岩石。 SL514-2013 水工瀝青混凝土施工規範中提出評判骨料酸鹼性有多種方法，鹼值試驗方法是其一，並已列入《水工瀝青混凝土試驗規程》（DL/ T5362-2006 ），但還沒有以鹼值判斷骨料酸鹼性的標準。DL/ T 5411-2009 土石壩瀝青混凝土面板和心牆設計規範提出判別骨料酸鹼性有多種方法，最簡單的方法是用稀鹽酸滴在岩石上，能發生氣泡的就是鹼性岩石；還可用礦物分析的方法，二氧化矽當含量65% 時為酸性岩石；還有一種按計算鹼度模數 M 的方法，M =（CaO+MgO+FeO）/ 
，當 M >1 為鹼性， M =0. 6～1 為中性， M <0. 6 為酸性。水工瀝青工程中黏附性一般為 4 級或 4 級以上的骨料都可採用，酸性骨料本身黏附性達不到 4 級。二氧化矽含量在52% 以下的骨料， 與瀝青黏附力很強，達到 4 級及 4 級以上。
鹼值Ca ：鹼值試驗方法已列入 《水工瀝青混凝土試驗規程》（DL/ T5362-2006 ，但還沒有以鹼值判斷骨料酸鹼性的標準。一般衡量礦料的鹼值標準是>0.8 為良好，0.7～0.8為合格。常見岩石的鹼值包括：石炭岩0.97、安山岩0.71、玄武岩 0.64、片麻岩 0.62、花崗岩 （黑色）0.57、砂岩0.55、花崗岩（紅色）0.54。公路工程中常將玄武岩、 輝綠岩用於瀝青混凝土面層。
骨料鹼活性的檢驗方法
岩相法
通過眼睛觀察並結合偏光顯微鏡、X射線衍射，差熱分析、紅外光譜分析等手段，確定骨料的岩石種類，礦物組成和各組分含量，屬傳統的岩石鹼活性鑑定方法，所提供的信息僅表明被檢骨料產生鹼骨料反應的可能性或可疑性，無法對其膨脹性作出定量的判定，故不能作為骨料鹼活性的最終判定，還需要與化學法或砂漿長度法配合使用。
化學法
在一定試驗條件下測定某些粒級的骨料與規定濃度的NaOH溶液反應所溶出的SiO2濃度Sc（mmol/l）及溶液鹼度降低值Rc（mmol/l）。當試驗結果出現Rc>70而Sc>Rc或Rc<70而Sc>35+Rc/2中的任一種情況，該骨料就被認為具有潛在活性。如果不出現上述情況，則判定為非活性骨料，可作為最終判定，工程實踐證明，化學法可能出現誤判，不適用於膨脹過程緩慢的骨料，如片麻岩、含微晶石英或應變石英的砂岩等。因此，化學法的適用範圍正在縮小。
砂漿長度法
是將骨料按一定粒級配製後再按比例與水泥製成砂漿，在特定養護條件下，按齡期分別測出砂漿試件的長度。對於砂石骨料，當砂漿半年膨脹率超過0.1%，可判定骨料具有鹼活性。主要缺點是試驗時間長，不能滿足現代工程需要。
快速砂漿棒法
將試件放入80℃的1mol/l NaOH溶液中，以浸泡14d的膨脹值作為評定骨料潛在活性的依據。膨脹率<0.1%為非活性，膨脹率>0.2%為活性，膨脹率在0.1%-0.2%之間為潛在活性，此法也被稱為NBRI法，經多個國家的驗證，研究發現此法與實際工程有較好的相關性，1994年稍作修改後被訂為美國標準（ASTM C1260-94）和加拿大標準（CSA A23.2-25A）。我國學者在鹼骨料反應研究中也多採用該法。
影響因素
1）混凝土鹼含量
鹼含量越高，鹼骨料反應膨脹開裂越嚴重；矽質集料的活性越高，其“安全總鹼含量”越低。
2）活性骨料含量與尺寸：每種活性骨料都存在一個最不利摻量範圍，這與混凝土中活性SiO2/鹼含量有關
3）礦物摻合料：可有效抑制鹼骨料反應對混凝土的破壞。
4）環境溫度與濕度：高溫、高濕環境對鹼骨料反應有明顯加速作用。
5）其它因素：
摻入引氣劑，可在一定程度上減小鹼骨料反應膨脹；
骨料顆粒級配的影響：對於不同的活性二氧化矽含量，存在一個不同的最不利顆粒尺寸，此時的膨脹壓力最大。
受力狀態：受外約束力作用越大，膨脹開裂越小。
