摘要：碱硅酸盐反应的实质是碱离子破坏骨料中的活性成分氧化硅的硅氧键使其解体，生成碱硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶。碱骨料硅酸盐反应需要一定的条件，首先水泥、外加剂或掺和料和水中的含碱量要超过最低限度;其次骨料中有相当数量的活性成分二氧化硅;最后环境中要有充分的水分或湿空气供应。
关键词：碱硅酸盐反应,碱活性,水泥,砂浆法
1. 硅酸盐反应的作用原理
混凝土的硅酸盐反应是1965年基洛特对加拿大的诺发 .斯特提亚区的混凝土膨胀开裂事例进行研究发现的，它是指水泥(或混凝土)中的碱与某些层状硅酸盐骨料反应使层状硅酸盐的层间距离增大(一般可由10A增至12A)，使砂浆和水泥产生异常膨胀，导致混泥土开裂。
碱骨料硅酸盐反应属于碱骨料反应的一种，相对碱碳酸盐反应与碱硅酸反应来说发生的频率较低，但其对混凝土使用造成的危害也不能忽视，一旦发生就会使混凝土内各部分均产生膨胀应力，将混凝土自身胀裂，发展严重的只能拆除,无法补救。此外，这种反应通常进行得很慢，其引起的破坏往往经过若干年后才会出现，所以为了延长混凝土的使用寿命，事先对其骨料的碱活性进行测定显得至关重要，在方法论上可以根据骨料碱活性检测结果，进行抑制碱硅酸盐反应(ASR)膨胀的实验。
2. 骨料碱活性的检验方法
鉴于骨料的碱活性和活性程度对工程混凝土的影响，世界各国都很重视骨料碱活性的检测研究。早期遭受AAR严重的国家都制定了相应的标准和规范预防AAR的发生，如美国的ASlM标准、加拿大的CSA标准等。目前最活跃的是RILEM(国际材料与建筑构造研究试验所联合会)标准的制定。纵观世界各国的研究成果，目前使用较为广泛且行之有效的骨料碱活性实验方法有如下几种。
2.1 岩相法
岩相法是鉴定各种砂石骨料的种类和矿物成份的必选方法，该方法是借助肉眼和显微镜观察新鲜岩石断口来鉴定骨料的种类和成分，以及矿物结晶程度和结构。岩相法的优点是速度快，可直接观察到骨料中的活性组分，岩相鉴定的结果对其后选择合适的检测方法有重要指导作用。但其不足之处是得不到活性组分含量与膨胀率的定量关系。
2.2 化学法
化学法是通过在规定条件下，测定碱溶液和骨料反应溶出的二氧化硅浓度及碱度降低值来实现的，该方法的显著特点是高碱水泥使用场合下的混泥土骨料危害性的判断。但该方法不适用于含碳酸盐的骨料且不能鉴定由于微晶石英或变形石英所导致的众多慢性膨胀骨料。
2.3 砂浆棒快速法
砂浆棒快速法的显著特点是能在16 天内检测出骨料在砂浆中的潜在有害的碱—硅酸反应，同时也是美国和加拿大定的标准方法(ASTM C1260-94 和CSAA23.2-25A)，该方法的优点是精确可靠，但缺点是过于严格，该方法适合于检验反应缓慢或只在后期才产生膨胀的骨料。
2.4 压蒸法
压蒸法是由中国工程建设标准化协会推荐的(CES 48∶93 中的150℃压蒸法)，该方法的优点是鉴定速度快，其能在砂浆试件成型一天后就对骨料的碱活性给出定量的判断，缺点是鉴定结果可靠性不高，因为压蒸法检测过程中高温高压的环境对水泥水化条件有较大的改变。
3. 硅酸盐骨料的碱活性实验研究
由于骨料的种类多样，针对不同的骨料的碱活性研究也有多种实验方法，从目前的研究情况来看，要准确鉴定某种骨料的碱活性需结合多种实验方法，最后通过对多组实验结果的对比与分析才能准确判定骨料的碱活性。在此，笔者对某一工程矿物采用岩相法和砂浆棒快速法对硅酸盐骨料的碱活性进行相关实验研究。
3.1 硅酸盐骨料的岩相分析首先对该工程骨料进行取样，用实体显微镜(XT220型)观察后，再将样品磨制成薄片，然后用偏光显微镜(I/POL—BK型)观察，所得结果如表1所示。
表1 样品岩相分析结果表
样品及编号
样品来源
岩相分析
1
料场1
主要由长石、石英及各种岩屑组成，含有强烈波状消光的石英、微晶质的石英含玉髓约30%
2
料场2
主要由闪长岩、花岗岩、石英岩、砂岩组成，硅质岩屑含5%
该结果可判定样品属于硅酸盐类型，无碱-碳酸盐反应类型。为进一步判断其潜在的碱硅酸盐反应，本文采用砂浆棒快速法对骨料进行碱活性测试。
3.2硅酸盐骨料的砂浆棒快速法实验
首先对样品按规定级配进行粉碎后，采用压蒸膨胀率小于0.20%碱含量为0.9%±0.1%的水泥进行成型，水泥与骨料的质量比为1/2.25，一组为3 个试件，共需水泥400g、砂900g,砂浆水灰比为0.47。放入80±2℃的烘箱中，测得基准长度后进行3 次观测，即3d、7d、14d。其检测结果分别如图1、图2所示[1]。
图1 料场1骨料砂浆棒快速法膨胀率曲线
图2 料场2骨料砂浆棒快速法膨胀率曲线
分析两个料场的骨料砂浆棒快速法膨胀曲线图可知，两个料场骨料样品砂浆条14 天膨胀率分别为0.046%、0.031%，均小于0.1%。
又根据砂浆棒快速法评定标准[2]：
(1)砂浆试件14d 的膨胀率小于0.1%，则骨料为非活性骨料;
(2)砂浆试件14d 的膨胀率大于0.2%，则骨料为具有潜在危害性反应的活性骨料;
(3)砂浆试件14d 的膨胀率在0.1%至0.2%之间的，对这种骨料应结合现场记录、岩相分析、或开展其他的辅助试验、试件观测的时间延至28d 后。
将实验结果与评定标准进行对比可知两个料场的骨料均为非活性骨料。
4.碱硅酸盐反应的预防措施
从骨料硅酸盐反应的条件来看，为预防碱硅酸盐反应可以对其反应的三个条件进行控制，即在骨料的选择、水泥的选择和湿度的控制三个方面采取相应的措施。
4.1骨料的选择
骨料是混凝土的骨架，在混凝土的成型过程中起着关键性的作用，骨料按其活性成分可以分为硅质活性骨料和碳酸盐类活性骨料，由于地壳组成的80%属硅酸盐，所以硅质骨料的选择余地较大。另一方面，目前对骨料碱活性特别是慢膨胀骨料潜在碱活性尚无绝对可靠的方法。虽然业界一致认同选择非活性骨料是防止碱硅酸盐最安全可靠的措施，但由于区域地质和经济方面的原因难以实现，随着经济的发展，在以后的混凝土工业中用到活性骨料的场合也会增加，所以加大骨料碱活性的研究力度对使用非活性骨料这一目标的实现有着不可推卸的责任。
4.2水泥的选择
水泥中碱的存在是碱硅酸盐反应发生的必要条件。对同种骨料来说，随着水泥中碱含量的增加碱硅酸盐反应膨胀增大。对于任何一种活性骨料其都有相应的发生碱硅酸盐反应的最低碱含量与之对应，这里所说的最低碱含量就称为活性骨料的阈值。阈值与骨料的活性成反比，即阈值越大，骨料的碱活性越弱。所以在选择水泥时，为防止碱硅酸盐反应，论文所选择的水泥碱含量必须控制在阈值以下。在实际的选择过程中，水泥碱含量控制原理是：当水泥碱含量(以Na2Oeq—Na2O+0.658K2O计)低于一定值，通常认为3 kg/m3，所形成的混凝土孔溶液中K+、Na+裂破坏。在早期发生碱硅酸盐反应破坏严重的国家，如美国、英国、日本、新西兰等曾广泛使用碱含量低于0.6%的水泥以降低混凝土中的碱含量，有效的缓解了碱硅酸盐反应发生的现象。但是，近年来由于追求混凝土高强度，单位混凝士水泥用量增加和多种早强外加剂(大部分含碱)使用，限制混凝土碱含量愈加困难。对存在外部碱源的混凝土工程，如海工混凝土、暴露于盐碱地和使用去冰盐的混凝土工程，即使碱含量较低也不能抑制碱硅酸盐反应的发生[3]。
4.3混凝土的湿度控制
一定的湿度也是碱硅酸反应发生的必要条件之一，理论上来讲。适当的降低混凝土的湿度在抑制碱硅酸盐反应中有一定成效，但实际混凝士所处湿度条件是不易人为控制的，而且干湿循环、通电等因素还可以导致混凝土中的碱迁移并在局部聚集，这样反而会加剧碱硅酸反应的发生[3]。5.总结
在硅酸盐骨料的碱活性实验方面，只有采取多种检测方法相结合的措施才能得到准确的实验结果，如本实验中采用岩相法和砂浆棒快速法对骨料的碱活性进行综合分析。实际工作中如果对实验结果怀有疑义，建议采用棱柱体法做进一步分析，并作出最终的判断。此外，在预防骨料的碱硅酸盐反应方面，可以从反应发生的三个必要条件出发采取相应的抑制措施，但在具体的实施过程中还遇到很多困难，所以在以后的研究工作中应加强抑制碱硅酸盐反应的应用技术研究。
参考文献
[1]卢都友，许仲梓，吕忆农，集料ASR活性检测方法评述，1998(02).
[2]曹鹏举,三峡工程花岗岩人工骨料碱活性试验研究,《混凝土》编辑部2001,10.
[3]《水工混凝土试验规程》(SL352-2006),中国水利水电出版社出版发行,2006.
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