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作者：龔誠仁

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▶混凝土堿-骨料反應，作為工程人您聽過嗎？◀

大約四五年前，公司同事找到我說，他的一位朋友，在上海松江做化工類産品。最近發現，車間裡有個生産用罐體發生傾斜，似乎是罐體基礎出了問題。

經現場車間踏勘，了解到這是一家主要生産過—硫酸氫鉀複合物（單過硫酸氫鉀鹽）的化工企業。發生傾斜的罐體，肉眼目測就能看出，幾乎就要碰到外套鋼平台架。經與車間生産負責人溝通，除了這個罐體發生傾斜外，其他罐體并未發生異常情況，都在正常生産。

據了解，他們是租用已有廠房，廠房投入使用已經有七八年了。廠區内及附近，最近也沒有進行市政管溝方面的施工作業，所以基本可以排除地面發生不均勻沉降的可能。

這樣兜轉一圈無果，仍然又回到這個罐體本身。我就讓生産負責人再想想，這個罐體近期有什麼改動。他想了一下說，大概一年前左右吧，這個罐體下面那個承裝酸性液體的攪拌桶，曾經把周邊清空，重新澆築了一個多立方的混凝土。因為原來的嵌固不實，攪拌過程中攪拌桶會晃動，導緻酸性溶液飛濺出來。

我在現場看到，罐體下面确實有個攪拌桶，但周邊基本都被白色的粉末覆蓋，看不清楚。于是叫人幫忙把白色粉末清理幹淨并沖洗，這時問題就顯現出來了。很明顯，後澆築的混凝土發生了膨脹開裂，從而擾動了罐體基礎，導緻罐體發生傾斜。

雖然導緻罐體傾斜的原因找到了，但我還是有一個疑惑并未消除。那就是他們自行澆築混凝土，就算施工作業不規範，如後期養護不到位等等，但似乎也不至于發生如此嚴重的開裂啊？

于是我又問這位生産負責人，在澆築混凝土過程中，還進行了哪些操作？

他又仔細回想了一下說，攪拌桶周邊清空後，因為考慮原來生産中是有酸性溶液外濺出來的，擔心酸性環境會影響澆築混凝土的質量，于是就在攪拌桶周邊撒了一些堿性劑，為的是中和一下……

至此，我突然覺得豁然開朗了，原來，這是一起典型的混凝土堿-骨料反應。

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▶堿-骨料反應的特點◀

堿-骨料反應（Alkali-aggregate Reaction，AAR)，這個概念大家應該不會陌生。簡單地概括，就是混凝土中的堿性物質（包括外界滲入的堿）與骨料中的堿活性礦物成分發生化學反應，導緻混凝土膨脹開裂等現象[1]。

堿-骨料反應，是混凝土的重要耐久性指标之一，由于它具有反應過程緩慢，影響因素極為複雜，而一旦發生，其引起的起混凝土開裂、破壞過程幾乎無法阻斷，是不可逆的，所以素來就有“混凝土癌症”之稱。

堿-骨料反應問題，是在1940年由美國科學家T.E.stanton首次公開提出，而後的幾十年時間内，科學家及工程專家們又對堿-骨料反應的機理及預防進行了較為深入的研究。從研究成果上看，大緻将堿-骨料反應劃分為三種類型。

第一種類型 堿-矽酸反應

常溫下，骨料中的活性二氧化矽SiO2與水泥水化析出在溶液中的Na 、K 、OH（或者外來滲入）發生反應，生成矽酸鹽凝膠。矽酸鹽凝膠在水的作用下産生膨脹，造成混凝土結構物開裂、損傷。

堿-矽酸反應被稱為“經典的堿-骨料反應”，這也是人們最早認識到的堿-骨料反應。

這類反應的工程事故有三個明顯特點——

1. 混凝土表面産生雜亂無章的網狀裂縫。

2. 活性骨料出現反應環和反應邊。

3. 在裂縫中及其附近的空隙中有矽酸鹽（鉀）凝膠，當其失水後可硬化或粉化，就是有析出物。

第二種類型 堿-矽酸鹽反應

堿與某些層狀矽酸鹽骨料反應，使層狀矽酸鹽層間距離增大，骨料發生膨脹，造成混凝土膨脹、開裂。

不過近些年來，國際上漸漸把堿-矽酸反應與堿-矽酸鹽反應統一起來，歸為一類。我國唐明述院士有研究表明：這些層狀結構矽酸鹽礦物自身不具有堿活性，産生膨脹反應的是其中含有微晶石英或玉髓。所以本質上，堿-矽酸鹽反應的實質仍屬堿-矽酸反應[2]。

這類反應變現出的特點是：速度異常緩慢，但不停地進行，最後導緻嚴重的破壞。

第三種類型 堿-碳酸鹽反應

這種反應發現得較晚，是骨料中的某些微晶或隐晶的碳酸鹽岩石（白雲石、石灰石等）與水泥中的堿發生反應[3]。反應産物是方解石、水鎂石和碳酸堿。生成的碳酸堿會與水泥水化産生的氫氧化鈣反應，生成碳酸鈣并使堿再生，從而使反應持續進行。

該反應生成的方解石和水鎂石晶體，在受限的空間生長會産生結晶壓力，這也是該反應膨脹的驅動力。外觀上，堿-碳酸鹽反應跟堿-矽酸反應并沒有本質上的區别。

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▶堿-骨料反應的分析和預防◀

堿-骨料的反應機理比較複雜，一般認為混凝土加水攪拌後，水泥中的堿類不斷溶解，水泥漿中鋁酸鈣和矽酸鹽吸收水使堿液變濃。在使用高堿水泥混凝土時，這種堿液具有很強的腐蝕性，在凝結以後的養護期中與活性骨料中的矽酸物質起反應，生成矽酸堿類。此矽酸堿類似膠體狀，并從周圍介質中吸水膨脹（體積可增大3倍以上），當膨脹受到周圍已硬化水泥石的限制而發生較大的膨脹壓和滲透壓時，就足以壓壞混凝土了。

從上面的反應機理可以看出，堿-骨料反應造成混凝土結構開裂破壞，要具備以下三個條件：1.混凝土中骨料含有活性組分；2.混凝土中含有足夠的堿；3.有水存在。

其中第2個因素，是關鍵因素。因為另外兩個因素在混凝土中是普遍存在的，隻有當第2個因素滿足時，堿-骨料反應才更容易觸發發生。

堿-骨料反應一旦發生，目前幾乎沒有行之有效的抑制手段，産生的混凝土破壞結果也非常嚴重，幾無修補的可能。所以，現階段，比較可靠的手段就是盡最大可能，避免反應的發生，通過事前控制達到抑制堿-骨料反應的目的。

關于堿-骨料反應的預防，施工作業規範中給出了這樣幾條建議，歸納如下：

1. 首先從原材料方面采取措施，盡量使用非活性骨料，這樣反應的概率非常低。

2. 當使用活性骨料時，要嚴格控制混凝土中的總堿含量不要超标。水泥含堿量小于0.6％，這是控制發生堿-骨料反應的關鍵。

3. 水泥原料中，應使用低碳的矽石或砂岩代替堿量高的黏土，盡量降低混凝土 中水泥用量。

4. 在保證混凝土施工質量情況下，摻入摻合料以抑制堿-骨料反應，比如摻加粉煤灰、磨細礦渣粉、超細沸石粉等。但摻粉煤灰要适宜，一般摻30％左右低鈣灰為好。

5. 摻加堿-骨料反應的抑制劑，常用的有锂鹽、鈣鹽、2％～6％的碳酸鋇 、硫酸鋇、氯化鋇等。合理使用抑制劑，也能在一定程度上抑制堿-骨料反應的發生。

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▶兄弟，混凝土沒您想的那麼簡單◀

應該說，我國對堿-骨料反應危害性的重視和展開研究、預防還是比較早的。有資料顯示，我國 1953年建設第一個大型水利工程佛子嶺水庫時，建材與土木工程專家吳中偉院士就建議預防堿-骨料反應。當時水利部也采納了他的建議，制訂了預防堿-骨料反應的操作規程。因而，中國建國後建設了幾百座大中型水利工程，尚未發生一起堿-骨料反應損害，這在國際工程界上也是罕見的[4] 。

在普通民用工程領域，堿-骨料反應确實也不多見。因為商品混凝土及砂漿的大面積推廣使用，現場水泥的使用量已經比以往大大減少。原來要分外小心的水泥安定性不合格、堿-骨料反應這類工程上比較棘手的問題，發生率已經大幅降低。

對于我來說，堿-骨料反應原本也隻是停留在施工規範裡的一個名詞，屬于那種“聽說過沒見過”的工程概念。但即便如此，我們也不能掉以輕心。因為商品混凝土及砂漿的大面積推廣使用，本身也是一把“雙刃劍”。因為這類産品中，往往要摻加多種外加劑進行和易性的調劑。

早強劑、防凍劑、膨脹劑等常用外加劑，一般均含有硫酸鈉、亞硝酸鈉等，使得商品混凝土中含堿量是偏高的，已經非常接近引發堿-骨料反應的臨界值，這一點要引起充分重視。

何況施工現場，往往有一個很不好的現象，就是操作的随意性。比如在冬季澆築混凝土，因為溫度低的原因，混凝土的初凝時間都會延遲。但現場總想着要盡快進入下一道工序，往往要求攪拌站加倍添加早強劑，甚至于自行私自添加。這一點，很像前文所述化工廠裡的用堿性劑去“中和”酸性環境的行為，太過“想當然”，質量安全隐患極大。一着不慎，滿盤皆輸。

混凝土，一種看似簡單的生産工藝産品，是具有非常複雜的硬化機理的。現場施工作業，除了關注原材料本身質量，也要足夠重視施工作業的工藝環境。否則一旦中招堿-骨料反應，恐怕就是“此恨綿綿無絕期”，最後隻有推倒重來這一條死路作為退路了。

[1] GB／T 50733—2011,預防混凝土堿-骨料反應技術規範[S]. 中國建築工業出版社,2011.

[2]唐明述,堿-集料反應分類[J]中國科學基金,1992年,第3期,P34.

[3]馮乃謙,顧晴霞,郝挺宇.混凝土結構的裂縫與對策第10章[M].北京： 機械工業出版社,2006.

[4]傅沛興,堿-骨料反應——中國混凝土工程的一大隐患[J]建築技術，1999年，第1期，P36.

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