博聞廣議：橋涵混凝土，堿含量如何控制？

點擊藍字關(guān)注我們

本文選自《商品混凝土》雜志2023年第6期

橋涵混凝土，堿含量如何控制？

聞寶聯(lián)

1 問題的提出

堿骨料反應(yīng)被稱為混凝土的“癌癥”，直接影響著結(jié)構(gòu)耐久性?；炷林械膲A類和具有堿活性的骨料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土發(fā)生不均勻膨脹，產(chǎn)生裂縫，并伴有強度和彈性模量的下降等不良現(xiàn)象，從而縮短混凝土的壽命，危及工程安全。

為此，《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3310—2019）要求選用的骨料應(yīng)在施工前進行堿活性試驗，應(yīng)優(yōu)先采用非活性骨料。不應(yīng)使用堿—碳酸鹽反應(yīng)活性骨料和膨脹率大于0.20%的堿—硅酸反應(yīng)活性骨料。當(dāng)所采用骨料的堿—硅酸反應(yīng)膨脹率在0.10%～0.20%時，混凝土中的總堿含量不宜大于3.0kg/m（特大橋、大橋和重要橋梁不宜大于1.8kg/m），且應(yīng)經(jīng)堿骨料反應(yīng)抑制措施有效性試驗驗證合格。

JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：每方混凝土的總堿含量，對一般橋涵宜不大于3.0kg/m，對特大橋、大橋和重要橋梁宜不大于2.1kg/m，相較于JTG/T 3310—2019，適當(dāng)放開了一點。

但很多工程都表明，無論骨料具有堿活性與否，只按橋梁的規(guī)模來限定控制這么嚴格的指標(biāo)，一是難度大，二是似無必要。無論特大、大、中、小橋，一條路上的橋出問題，一樣影響交通

2 堿骨料反應(yīng)的機理

堿骨料反應(yīng)通常可分為堿—硅酸反應(yīng)（Alkali-Silica Reaction，簡稱 ASR）和堿—碳酸鹽反應(yīng)（Alkali-Carbonate Reaction，簡稱 ACR）兩類。

其中堿—硅酸反應(yīng)式為：

2NaOH+SiOnHO→NaO·SiO·nHO（堿硅酸凝膠

堿硅酸凝膠吸水膨脹，體積可以增大倍，在混凝土中產(chǎn)生膨脹壓力和滲透壓力，使混凝土開裂破壞。

堿硅酸反應(yīng)的特點是：

（1）混凝土表面產(chǎn)生雜亂無章的網(wǎng)狀裂縫；

（2）破壞處的骨料周圍出現(xiàn)反應(yīng)環(huán)和反應(yīng)邊；

（3）在裂縫及其附近的孔隙中，有硅酸鈉（鉀膠，當(dāng)其失水后可硬化或粉化。

堿—碳酸鹽反應(yīng)在1951 年由加拿大的Swenson提出，其對應(yīng)的巖石比較特殊， 現(xiàn)在也以加拿大的 Kingston 黏土質(zhì)白云巖為典型，其他地區(qū)報道較少，對反應(yīng)機理認識也還不清楚。目前通常認為堿—碳酸鹽反應(yīng)是水泥中的堿與某些碳酸鹽骨料，如白云石發(fā)生反應(yīng)引起膨脹，使混凝土開裂破壞。

上述脫白云石化循環(huán)反應(yīng)式為：

CaMg(CO+2ROH→Mg(OH)+CaCO+RCO

CO+Ca(OH)→2ROH+CaCO

其中：Mg(OH)為水鎂石，R為堿（K或Na）

經(jīng)計算表明，白云石變成水鎂石其體積膨脹 239%，足以造成混凝土的破壞。

堿—碳酸鹽反應(yīng)的特點是：

（1）反應(yīng)膨脹的骨料是碳酸鹽巖石，而不是硅質(zhì)巖石；

（2）反應(yīng)產(chǎn)生的裂縫膨脹等外部特點與ASR 基本相同，裂縫呈花紋形或地圖形，但在混凝土的孔隙和反應(yīng)骨料的邊界等處沒有凝膠存在，而是碳酸鈣、氫氧化鈣；

（3）反應(yīng)邊較骨料本身的密度大，與堿—硅酸反應(yīng)邊不同。

3 混凝土工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)必備的三個條件

首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加劑和水中含堿量高；第二是骨料中有相當(dāng)數(shù)量的活性成分；第三是潮濕環(huán)境，有充分的水分或濕空氣供應(yīng)。

早在1940年，斯坦敦用加利福尼亞州骨料作砂漿棒膨脹試驗時，就發(fā)現(xiàn)水泥含堿量愈高，堿骨料反應(yīng)的膨脹量愈大，在水泥含堿量低于0.6%時，就可以避免堿骨料反應(yīng)發(fā)生。隨著水泥工業(yè)出現(xiàn)含不同混合材的水泥以及混凝土愈來愈多地摻用各種外加劑，以及日本、英國使用海砂配制混凝土，發(fā)現(xiàn)混凝土各種原材料成分中的堿（NaO、KO），均可導(dǎo)致發(fā)生堿骨料反應(yīng)，對工程產(chǎn)生損害。

有關(guān)活性骨料，經(jīng)世界各國許多學(xué)者四十余年的研究歸納，具有堿活性的骨料基本上都是含活性二氧化硅的礦物。

從成分看，一種是無定形（非晶體二氧化硅，如蛋白石，火山玻璃；一種是結(jié)晶不完整的二氧化硅，如玉髓、磷石英、微晶石英等；另一種是結(jié)晶完整的， 例如花崗巖為深成巖，其中石英結(jié)晶很完整，但由于地殼變動，受擠壓力產(chǎn)生晶格扭曲變形，當(dāng)其中應(yīng)變石英含量大于30%時，就會發(fā)生堿活性。還有一種層狀硅酸鹽，屬于現(xiàn)在有爭議的堿—硅酸鹽反應(yīng)活性骨料。

常見含堿活性成分的巖石見表1

由此可以看出，一般碳酸鹽巖中含有黏土質(zhì)或硅質(zhì)時，才有堿活性反應(yīng)的可能。

最后一個條件就是潮濕多水，愈是在潮濕多水的環(huán)境條件下堿骨料反應(yīng)對工程的損害發(fā)展愈快，往往在同一個混凝土工程，混凝土配制材料具備堿骨料反應(yīng)的條件，在這個工程潮濕多水的部位首先發(fā)生堿骨料反應(yīng)，在其它部位則發(fā)展緩慢。

4 混凝土中堿含量合理控制指標(biāo)確定

4.1 國外為抑制堿集料反應(yīng)所規(guī)定的混凝土堿含量

英國交通部和水泥學(xué)會都認為混凝土的堿含量控制在3.0kg/m以下是安全的；新西蘭水泥和混凝土協(xié)會規(guī)定混凝土的堿含量低于2.5kg/m是安全的；南非標(biāo)準（SABS0100PartⅡ）中則指出混凝土的堿含量必須低于 2.1kg/m才是無害的。甚至有資料談到混凝土的堿含量要超過5.0kg/m才是有害的。這里存在兩個問題：（1）如果使用活性骨料，混凝土的堿含量必須有所控制。對于這一點，認識基本上是統(tǒng)一的。（2）上述的混凝土堿含量控制指標(biāo)是各國在用本國骨料進行研究的基礎(chǔ)上提出來的，控制指標(biāo)的差別反映了各國骨料的差別。

2003年4月，國際材料與結(jié)構(gòu)研究試驗聯(lián)合會（RILEM）提出了“減少混凝土中堿反應(yīng)的國際標(biāo)準草案”。在這一草案中，對于不同活性的骨料提出不同的堿含量限制指標(biāo)。對于低活性骨料（相應(yīng)于非活性骨料），沒有對混凝土堿含量的限度提出要求；對于中等活性骨料，混凝土堿含量的限度為3.0kg/m3.5kg/mNaOeq；對于高活性骨料，混凝土堿含量的限度應(yīng)低于2.5kg/mNaOeq混凝土堿含量限度的控制原則是比試驗室測定的骨料單方堿臨界值少2.0kg/mNaOeq。從這一控制原則來看，國際上已經(jīng)認識到骨料的差異，改變了用一個指標(biāo)簡單的控制混凝土堿含量的做法，而是把混凝土堿含量的限度與骨料的性能結(jié)合起來。畢竟不同的混凝土堿含量限值是不同的，甚至差別非常大，對于不同的骨料應(yīng)該有不同的堿含量限值。RILEM 的提案正是出于這一考慮。這是一個十分重要的發(fā)展趨勢。表是一些國家對堿含量的控制。

4.2 國內(nèi)工程和規(guī)范對堿含量的控制

4.2.1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范 GB/T 50476—2019

B.2 混凝土中氯離子、三氧化硫和堿含量

B.2.4 單位體積混凝土中的含堿量（水溶堿，等效 NaO 當(dāng)量）應(yīng)滿足以下要求：

對骨料無活性且處于干燥環(huán)境條件下的混凝土構(gòu)件，含堿量不應(yīng)超過3.5kg/m，當(dāng)設(shè)計使用年限為 100 年時，混凝土的含堿量不應(yīng)超過 3kg/m

1 對骨料無活性但處于潮濕環(huán)境相對濕度75%）條件下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，含堿量不超過 3kg/m

2 對骨料有活性且處于潮濕環(huán)境相對濕度75%）條件下的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)嚴格控制混凝土含堿量并摻加礦物摻合料。

4.2.2 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范 TB 10005—2010

含堿環(huán)境是指直接與高含鹽堿地、海水、含堿工業(yè)廢水或鈉（鉀）鹽等接觸的環(huán)境；干燥環(huán)境或潮濕環(huán)境與含堿環(huán)境交替變化時，均按含堿環(huán)境對待。

4.2.3 國內(nèi)外重點工程的控制

丹麥大貝爾特海峽工程包括長6.5km的公路、鐵路并列雙線橋，主跨為長1634m的懸索橋、總長7km的公路橋和長8km的雙孔鐵路隧道。為保證實現(xiàn)設(shè)計壽命100年，預(yù)先進行了大量專題研究，規(guī)定了嚴格的混凝土技術(shù)標(biāo)準，無堿骨料反應(yīng)——限制活性骨料含量、限制總含堿量不超過3kg/m

港珠澳大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性指標(biāo)，按120年壽命設(shè)計，要求總含堿量不超過3kg/m

香港青馬大橋是世界上跨度最大的公路、輕軌鐵路兩用懸索橋，主跨1377m，設(shè)計服役壽命為120年，要求總含堿量不超過3kg/m

國外研究表明，即便骨料有一定的堿活性，堿含量在4kg/m以內(nèi)，也很少會發(fā)生膨脹反應(yīng)（圖1）。

5 橋涵混凝土堿含量建議

從技術(shù)和規(guī)范以及國內(nèi)外重點工程案例可見，對于非活性骨料，總堿含量的控制一般都3.0kg/m以上，只有在有潛在活性以及潮濕環(huán)境下，才會小于3.0kg/m

最新頒布的《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB 55008—2021中：

3.1.7 結(jié)構(gòu)混凝土采用的骨料具有堿活性及潛在堿活性時，應(yīng)采取措施抑制堿骨料反應(yīng)，并應(yīng)驗證抑制措施的有效性，也并未刻意限制堿含量。

綜合以上幾點原因，建議橋涵混凝土堿含量在使用非活性骨料前提下限制定為 3.0kg/m

供稿人：聞寶聯(lián)

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團標(biāo)

【會議培訓(xùn)】

2025中國混凝土企業(yè)家高峰論壇

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預(yù)拌（商品）混凝土應(yīng)用技術(shù)和工藝技能線上培訓(xùn)

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學(xué)線上培訓(xùn)

【 咨詢服務(wù)】

科技成果評價

預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

課題研究

研發(fā)中心建設(shè)

產(chǎn)品檢測

綠色建材產(chǎn)品認證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務(wù)】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復(fù)合摻合料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準化試驗室建設(shè)指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動態(tài)，為全國混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認證評價和開發(fā)研究等，中心是建材情報所主要業(yè)務(wù)部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會分支機構(gòu)包括中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會混凝土專業(yè)委員會、中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會、中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺、中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來工程技術(shù)研究院（會員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項目，包括雄安新區(qū)混凝土項目咨詢、河北省多個高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認證和科技成果評價工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。