桥梁病害及成因

桥梁病害及成因

      8 混凝土碱-集料反应及裂缝
      混凝土碱-集料反应是混凝土中某些活性矿物集料与混凝土孔隙中的碱性溶液之间发生的反应。
      混凝土碱-集料反应是对混凝土桥梁危害很大的一种病害，随时间推移而呈现混凝土表面开裂，混凝土剥离和混凝土破坏现象。
      碱-集料反应破坏最重要的现场特征之一是混凝土表面开裂。如果混凝土没有施加预应力，则混凝土碱-集料反应产生的表面裂缝呈网状，每条裂缝长约数厘米。刚开始时，裂纹从网节点呈三条放射状裂纹，夹角约120°，起因于混凝土表面下的反应集料颗粒周围的凝胶或集料内部产物的吸水膨胀。当其他集料颗粒发生反应时，便产生更多的裂纹，最终这些裂纹相互连通，形成网状裂缝。

      预应力混凝土构件遭受严重的碱-集料反应破坏时，其膨胀力将垂直于约束力的方向，在预应力作用的区域裂缝将主要沿预应力方向发展，形成平行于预应力钢筋的裂缝，在非预应力作用的区域或预应力作用较小的区域混凝土表面出现网状开裂。
      在工程现场检查时，应注意区别碱-集料反应裂缝与混凝土收缩裂缝。混凝土结构的收缩裂缝也会出现网状裂缝，但出现时间较早，多在混凝土施工期内，而碱-集料反应裂缝出现较晚，多在施工后数年甚至十几年以后；所处大气环境越干燥，混凝土收缩裂缝就越大，而碱-集料反应裂缝则是随着大气环境湿度增大而发展；在受约束的条件下，碱-集料反应膨胀裂缝平行于约束的方向，而混凝土收缩裂缝则垂直于约束方向。
      混凝土碱-集料反应引起混凝土开裂的同时有时出现引起混凝土局部膨胀，以致混凝土表面一条裂缝的两个边缘不在一个平面（混凝土表面）上，这是混凝土碱-集料反应裂缝所特有的现象。

      碱-集料反应生成的碱-硅酸凝胶有时候会由裂缝流到混凝土表面，新鲜的凝胶透明或呈浅黄色，外观类似树脂状。脱水后，凝胶变成白色。

      混凝土结构在受雨水冲刷后，构件内混凝土中的氢氧化钙也会溶解流出，在空气中碳化后成为白色，这可用稀盐酸加以区别。混凝土结构中的氯盐、硫酸盐和硝酸盐等溶出时也会出现渗流物，这可以用水擦洗去掉，而混凝土中渗出的凝胶则不容易擦掉。
      碱-集料反应的发生条件
      碱-集料反应是混凝土组分中的水泥、外加剂、掺和料或拌合水中的可溶性碱和混凝土孔隙中及集料中能与碱反应的活性成分在硬化混凝土中逐渐发生的一种化学反应。
     （1）混凝土中有一定量的碱
      a. 配制混凝土时带入的碱
      b. 外界环境中带入的碱
     （2）混凝土中有相当数量的活性集料
      参与这种反应的集料有蛋白石、黑硅石、燧石、鳞石英、方石英、玻璃质火山岩、玉髓及微晶或变质石英等。
     （3）使用环境有足够的潮湿度
      空气中相对湿度是否大于80％，或者直接与水接触。
      碱-集料反应不同于其他混凝土病害，其开裂破坏是整体性的，且目前尚未有有效的修补方法，而其中的碱-碳酸盐反应的预防尚无有效措施。由于碱-集料造成的混凝土开裂破坏难以被阻止，因而被称为混凝土的“癌症”。半个多世纪以来，混凝土碱-集料反应已经在全世界近二十多个国家混凝土工程中造成了严重的损失。