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什么是混凝土碱集料反应病害?该如何找到它?
发布时间:2018-12-19      发布人:钻小二

    上世纪40年代初,美国学者TH·E·Stanton最早提出了在美国发现的一些混凝土开裂病损的实例。经过研究,病因是由于水泥和掺入混凝土中的矿粉与化学外加剂带入的过量钾钠离子同混凝土一些碱活性石子(集料)发生化学反应,生成碱凝胶体再吸取水分膨胀,导致已硬化了的混凝土构筑物开裂破损,日积月累,最终导致构筑物水坝、桥梁、房屋基础与梁柱等的裂损。

 

  其后,欧洲、非洲和澳大利亚的一些学者也发现系列类似的混凝土开裂破损实例。于是,1974年一些学者就在丹麦Koge开了第一次国际研讨会议,定名为“混凝土碱集料反应(治理)会议”(internationalconferenceofAlkali-Aggregate-Reaction)。当时我国有位学者出席了这次会议,回国后他宣讲了会议的内容,讲给他的学生听。在后来的多届会议上,也是这位德高望重的老师,带领了众多年轻的学生出席,并宣讲中国人的研究成果。到2004年,中国承办了第十二届混凝土碱集料反应治理国际会议,成为历届会议出席人数最多、发表论文也最多的一次盛会。这个国际会议每4年召开一次,到2016年已是第十五届了,热度不减。

 

  人们问:混凝土碱集料反应病害的机理究竟是什么呢?它实质上就是一些混凝土所用的石子的结晶度出了问题。一些非晶的(玻璃型的)或结晶结构受到外力挤压而使得晶格破损的石子,其晶格点阵上的某些离子处于不稳定状态,于是同混凝土中过量的碱(来自水泥矿粉与化学外加剂的过量钾钠离子)及时发生化学反应形成一种碱凝胶的新物质,吸水膨胀导致已硬化的混凝土膨胀开裂破损。而在野外找到活性的石子并不很难,如果您在大学一年级读过的普通化学还没有忘记,再读一点结晶矿物学的教科书,就不难弄懂碱集料反应的机理。大家开采的石子(河道砾石或爆破的山石),历经漫长地质时期的多方面的地质物理化学应力作用,不时会生成非晶的或晶体欠缺的石子是十分自然的。因此,几乎可以不时找到它的。如果在实验室内再用一些简便的方法,如切磨岩石薄片、使用偏光显微镜可方便找到光学不正常即结晶有欠缺的石子,就会使这些石子显现活性的原形了。再打个比喻,好的结晶石子的微粒按一定秩序排列成完整的晶格,就像一座坚固的城堡,外面的钾钠有害离子很难攻破它,而非晶的石子的微粒就像散乱存在工地上的砖头,晶格受到外力挤压,破损后的砖头挂在了不稳定的位置上,这样就十分容易受到外界钾钠离子的侵蚀攻击。

 

  那么,要如何治理混凝土碱集料反应病害?会不会耗费大量投入后,劳而无功?

 

  在第十届碱集料反应会议(1996澳大利亚墨尔本)和第十二届会议(2004中国北京)上,有两篇论文不约而同提到了“采用磨细碱活性矿石制成的超细粉,掺入到具有潜在碱集料反应病害发生的混凝土中,人们发现病害被有效抑制了”。这又是一种什么机理呢?原来,磨细的碱活性石粉,同混凝土带入的过量碱(KNa离子)及时化学反应形成了细分散态的碱凝胶,再吸水其膨胀力也极大分散化了,从而也极大地抑制了其膨胀合力的有效破坏力。碱集料反应发生的条件有三个,一是混凝土中带入过量的碱(KNa)(一般定量说其总碱当量达到3kg/m3以上),二是混凝土中又含有足够量的碱活性石子(一般定量说其含量达到石子总量的20%~30%以上),三是混凝土外界有充足的自由水供应。现在看来,还要加上一个新的概念,即碱活性石子被磨细粉后不再聚集时(nofocus),则碱集料反应形成的碱凝胶也分散细化了,吸水后的膨胀力也分散细化了,因而也极大地缓解了混凝土硬化后的破损。

 

  原北京南口采石场开采的一种硅质灰岩(一种地质上称作雾迷山层的具有条带特征的硅质灰岩石),经过试验证实,它是一种碱活性很高的石子(北京主管部门其后认定封闭了这座矿山)。采用这种活性矿石磨细粉掺入混凝土中,将是一种很好的抑制碱集料反应的材料。由于种种原因,大家还缺一个如同前述学者用碱活性矿粉抑制混凝土碱集料反应病害那样的验证试验,十分可惜。相信这种活性磨细粉,终有一天会被大家用上。它不但便宜,用在工程上也十分简便。

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