维普资讯 http://www.cqvip.com 第３２卷第５期 山 西 建 筑 Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．５ ・１５６・ ２ ０ ０ ６年３月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲ（：ＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｍａｒ． ２００６ 文章编号：１００９．６８２５（２００６）０５．０１５６－０２ 关于混凝土碱含量限定的几点建议 刘云霄 摘要：介绍了混凝土碱含量限值的具体规定以及碱的来源和存在状态，探讨了其他国家对于混凝土安全碱含量的研究 动态，总结了有关混凝土碱含量限定的几点建议。 关键词：混凝土，碱含量限值，水泥用量 中图分类号－＇ＴＵ５２８．０４２ 文献标识码：Ａ 引言 虑各种因素的综合影响。 混凝土中不可避免地含有碱。混凝土中碱的来源可以是用 １ 混凝土碱含量限值的规定 于拌制混凝土的各种原材料（水泥、砂石、矿物掺合料、化学外加 ＣＥＣＳ５３：９３混凝土碱含量限值标准“总则”第１、０．２条规 剂、拌合用水等）；也可以是混凝土构件的使用环境（如冬天使用 定：“本标准适用于使用活性骨料的各种工程结构的素混凝土、钢 化冰盐的桥梁或路面、海水环境中的港口工程等）。 筋混凝土和预应力混凝土”。 混凝土含碱对混凝土有不利影响，如可能发生碱一骨料反 该标准“技术要求”第４．１．２条规定：“在骨料具有碱一硅酸 应，降低混凝土强度等，但这些不利影响都是在一定条件下才会 反应活性时，依据混凝土所处的环境条件对不同的工程结构分别 发生的。对此，国内外有关学者已进行了深入地研究，尽管观点 采取表１中碱含量的限值或措施”。 和试验结果不尽相同，但对混凝土中的碱，只有部分参与碱一骨 表１混凝±碱含量的限值（ＣＥｃｓ ５３：９３） 料反应的认识是相同的。现今高性能混凝土已经成为混凝土发 环境条件 混凝土最大碱含量（ｋｇ／ｍ３） 展的主体，在高性能混凝土中必须掺加相当数量的矿物掺合料， 一般工程结构 重要工程结构 特殊工程结构 而矿物掺合料已被证实是可以有效地抑制碱一骨料反应发生的。 燥环境 不 ３．０ 潮湿环境 ３．５ ３．０ ２．１ 研究发现，水泥用量不同，混凝土每立方米的安全碱含量也 含碱环境 ３．０ 用非活性骨料 会有所不同，而且，所用骨料的活性程度不同，混凝土每立方米的 第４．１．３条规定：“在骨料具有碱一碳酸盐反应活性时，干燥 安全碱含量也会有所不同。对于混凝土安全碱含量的限定，应考 环境中的一般工程结构和重要工程结构的混凝土可不碱含 ２８ ｄ强度提高２０％～３０％；３）可配制Ｃ６０～Ｃ８０混凝土，混凝上 改善了混凝土的应力状态，膨胀能转变为自应力，使混凝土处于 可在３ ｄ内达Ｃ４５；４）可配制抗渗等级￥３０以上混凝土；５）强度不 受压状态，从而提高了混凝土的抗裂性能；３）ＣＡＳ取代一部分水 变，减少水泥用量１２％，仍可配制坍落度２０￣ｌ－２２ ｃｍ的流动混 ｛＝ｊｌｉ，可提高混凝土的强度，在保持混凝土强度不变的情况下，节省 凝土；６）混凝土的初终凝时间延缓２ ｈ～５ ｈ；７）水泥水化热峰值推 水泥，从而大幅度降低混凝土的绝对升温，减小了温度裂纹的危 迟３ ｈ～８ ｈ，峰值下降，有效地克服了大体积混凝土由于温度应 害；４）ＣＡＳ分快凝型和缓凝型两种，适应施工多变要求。缓凝型 力所产生的裂缝等。木质素磺酸盐类减水剂，是研究成功最早、目 能降低水泥水化热的峰值，并推迟峰值到来时间，符合大体积混 前产量最大、应用最广泛的减水剂。其掺量为水泥重量的０．１２％ 凝土施工技术要求。外观为深灰色粉状固体。 ～０．１３％． ３结语 以木钙减水剂为例，具有如下特点：１）属阴离子表面活性剂， 在大体积混凝土施工中掺人混凝土外加剂，可大大改善混凝 在混凝土中对水泥颗料起扩散作用，能使水泥充分水化；２）改善 土工作性能，提高混凝土强度，增强混凝土的密实性，减少收缩、 混凝土的和易性，减水率为１０％～１５％，并可明显提高混凝土流 徐变和提高混凝土抗渗性，同时由于水泥用量的减少和混凝土微 动度；３）提高混凝土的密实性，改善混凝土的抗渗能力（由Ｓ６级 膨胀剂及高效缓凝减水剂的双掺应用，可推迟或延缓水泥水化热 提高到Ｓ１２～￥３０级）；４）２８ ｄ抗压强度可提高１０％～１５％，在混 的作用，增强混凝土的抗裂性能，防止大体积混凝土出现升温阶 凝土工作性和强度相近条件下，可节约水泥５％～１０％；５）当水 段的表面裂缝和降温阶段的收缩裂缝。 泥用量不变，强度相近条件下，塑性混凝土的坍落度可增加 参考文献： ５０ ｍｍ～１２０ ｒｎｒｎ。 ［１］马轶．浅谈混凝土外加刑［Ｊ］，山西建筑，２００４，３０（１６）：１０９ ＣＡＳ微膨胀剂，其主要特点如下：１）改善混凝土的孔隙结构， 】】０． 使总孔隙率减少，毛细孔径减少，从而提高了混凝土的抗渗性；２） Ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ＺＨＡＮＧ Ｒｕｉ－ｑｉｎｇ Ａ￣ｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｃｏｍｌＤ．ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ＆ｒｅ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｏｆ ｔｈｍｉ ｔｈｅｉｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ＆ｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｍｖｍｔｅ ｔｈｅ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ－ｎ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐ目ｆ（）Ｔｍａｎｃｅｓ ｏｆ ）ｎ ｄｃ， Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｄｍｉｘｔｕｒｅ，ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ 收稿日期：２００５．０９．１９ 作者简介：刘云霄（１９７６ ），女，讲师，长安大学建筑工程学院，陕西西安７１００６１ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２ 第３２卷第５期 ０ ０ ６年３月 刘云霄：关于混凝土碱含量限定的几点建议 ・１５７－ 量；特殊工程结构和潮湿环境及含碱环境中的一般工程结构和重 出了不同的碱含量指标。对于低活性集料（相应于非活性集 要工程结构应换用不具碱一碳酸盐反应活性的骨料”。 料），没有对混凝土碱含量的限度提出要求；对于中等活性集料 归纳混凝土碱含量限值规定的要点为：１）混凝土碱含量 （碱临界值大于５．０ ｋｇ／ｍ３当量Ｎａ２０），混凝土碱含量的限度为 的前提条件是确认骨料具有碱活性（包括碱一硅酸反应活性和碱 ３．０ ｌ￣／ｍ３或３．５ ／ｍ３ Ｎａ２Ｏｅｑ；对于高活性集料，混凝土碱含量的 —碳酸盐反应活性）。２）对采用活性骨料的混凝土工程，应根据 限度应低于２．５ ｋｇ／ｍ３ ＮａＥＯｍ。泥凝土碱含量限度的控制原则是 工程所处环境条件、工程重要性，对碱含量不或采用不同的 比试验室测定的集料碱临界值少２．０ ｋ＃ｍ３ Ｎａ２Ｏｅｑ。从这一控制 限值或更换骨料。３）碱一骨料反应是可以抑制的。 原则来看，国际上已经认识到集料的差异，改变了用一个指标简 ２混凝土中碱的来源及存在状态 单地控制混凝土碱含量的做法，而是把混凝土碱含量的限度与集 一般认为，混凝土孔隙溶液中的碱以离子形式存。在，它和活 料的性能结合起来。这是一个十分重要的发展趋势。 性骨料反应而导致碱一骨料反应破坏，这部分碱只是混凝土总碱 ４关于混凝土膨胀率与配合比关系的试验结果 量中的一部分，称之为有效碱或活性碱，清华大学封孝信建议称 研究表明，混凝土的膨胀率与混凝土的水泥用量有密切的关 为有害碱…。混凝土中，结合于ｃ＿Ｓ＿－Ｈ凝胶等固相中的碱则 系，试验结果见表２，该试验中混凝土的碱含量固定为６ ｋｇ／ｍ３，水 不参与碱一骨料反应，这部分碱常称为无害碱。 灰比为０．６。可见，在碱含量相同的条件下，混凝土的膨胀率随水 有效碱的测定方法可分为两类，一类为萃取孔溶液法，另一 泥用量的减少而增加。 类为溶出法，溶出法又可分为两种，一种为取出来溶出法，另一类 裹２ 固定碱含量时不同水泥用量的混凝土膨胀率 ％ 为原位置溶出法，详见文献［２，３］。 集料类型 水泥用量／ｋｇ・ｍ一０ ２．１ 水泥引入的碱在混凝土中的存在形态 ３００ Ｉ ４００ ｌ５００ ｝６００ 根据碱在水泥与水拌和及硬化后的存在状态可以将之分为 硅质集料 ０．１１９ 【０．１０４ １ ０．０９０ １ ０．０７６ 总碱、水溶性碱和有效碱。总碱是水泥中所含的所有形式的碱， 碳酸盐集料 ０．１４８ ｌ ０．３１５ ｌ ０．１２１ ｌ ０ １０８ 是通过酸溶法测定的；水溶性碱是指水泥与水拌和搅拌一定时间 由此可见，科学地控制混凝土碱含量是一个非常复杂的问 后能够溶解出的那一部分碱；有效碱是水泥水化硬化后留在孔溶 题，这就是在一些实际工程中对于混凝土碱含量控制指标难以决 液中那一部分碱，这种碱与混凝土中碱活性骨料发生反应使混凝 策的问题之所在，也是合理利用集料资源的关键之所在。 土产生膨胀性破坏，故又称为可利用碱、活性碱、有害碱。 ５建议 当水泥加水后，硫酸盐及碳酸盐形式的碱很快溶入水中，而 １）对重要工程结构（桥梁、大中型水利水电工程结构、高等级 固溶在熟料中的碱则随着矿物水化的进行而慢慢地溶入水中，同 公路、机场跑道、港口与航道工程结构、重要建筑结构）和特殊工 时溶入水中的碱又有部分被水化产物所吸收。表２是几种水泥 程结构（核工程结构关键部位、采油平台），当使用非活性骨料时 的总碱量、溶于水中的碱的分配情况＿４ Ｊ。可见，并不是水泥中的所 可以不混凝土碱含量；当采用活性骨料时应严格碱含 有碱都溶于水，也就是说碱在水泥中以可溶和不可溶的形式存在。 量，采用低碱原材料，或采用可靠的抑制措施。２）建议研究制定 ２．２其他原材料引入混凝土的碱 与混凝土碱含量标准相配套的有效碱（或有害碱）的测定方 水泥混合材及矿物掺合料也是混凝土中碱的重要来源。同 法标准。并以有效碱（或有害碱）作为混凝土碱含量的指标。 水泥中的碱一样，矿渣和粉煤灰中的碱有总碱、水溶性碱和有效 ３）我国幅员辽阔，应根据各地骨料的碱活性状况不同，制定相应 碱三种不同的表示方法。英国学者做了大量的研究认为粉煤灰 的碱含量限值标准。 中有效碱为其总碱量的１７％，即所谓的“１／６”有效碱原则。对于 参考文献： 矿渣中的碱，Ｄ．ｗ．Ｈ（ ｂｓ¨５ Ｊ建议其有效碱取其总碱量的１／２。 ［１］封孝信，冯乃谦．水泥及混凝土中的有害碱及无害碱［Ｊ］．混凝 Ｊ．Ｄｕｃｈｅｓｎｅ等人 ６对三种粉煤灰（ＰＦＡ）、两种硅灰（ＣＳＦ）和 土，２０００，１０（１３２）：３－７． 一种矿渣（Ｃ￣ＢＦＳ）的研究结果尽管与英国学者提出的有效碱比 ［２］孟志良，周卫，冯香勉．论萃取孔溶液法测定混凝土有效碱 例相差明显，但均说明了有效碱仅仅是矿物掺合料总碱中的一部 ［Ｊ］ 混凝土，２００１，２（１３６）：３９—４０． 分。拌合水引入的碱都是可溶性碱，此外，对于混凝土外加剂含 ［３］孟志良，蒋，朱峰，等．溶出法测定有效碱［Ｊ］．混凝土， 碱的数量及类型也应引起注意。 ２００１。６（１４０）：９－１０． ３其他国家对于混凝土安全碱含量的规定及研究动态 ［４］Ｐ，Ｂａｒａｅｓ．水泥的结构和性能［Ｍ］，吴兆琦，译，北京：中国建筑 对于混凝土安全碱含量问题，国际上仍是有争议的。英国认 工业出版社．１９９１，８４—８６， 为混凝土的碱含量控制在３．０ ｋｇ／ｍ３以下是安全的。新西兰提 ［５］Ｄ．Ｗ．ＦＩｏｂｂｓ．Ｄｅｌｅｔｅｒｉｏｕｓ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄｕｅ ｔｏ ＡＳＲ：ｉｎ— 出混凝土的碱含量低于３．５ ｋｇ 是安全的。南非则认为混凝 ｌｆｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐｆａ ａｎｄ ｓｌａｇ［Ｊ］．Ｍａｇａｚｉｎｅ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９８７， 土的碱含量必须低于２．１ ｋｇ／ｌｍ 才是无害的。甚至有资料谈到 ３８（１３７）：９１—２０５． 混凝土的碱含量要超过５．０ ｋｇ／ｌｍ３才是有害的。２００３年４月，国 ［６］Ｊ．Ｄｕｃｈｅｓｎｅ，Ｍ．Ａ．Ｂｅｒｕｂｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ＡＳＲ：Ｐａｒｔ２： 际材料与结构研究试验联合会（ＲＩＬＥＭ）提出了“减少混凝土中碱 反应的国际标准草案”。在这一草案中，对于不同活性的集料提 ｐｏｒｅ ｍｌｕｔｉｏｎ ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｃ．Ｃ．Ｒ，１９９１，２４（２）：２２１—２３０． Ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＵＵＹｎｎ－ｘｉａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｏｒｉｇｉｎ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓｔａｔｅ，ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ａｌ— ｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ，ｔｈｅｎ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｌｉｍｉｔｅｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ａｌｋａｌｉ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｃｅｍｅｎｔ ｑｕａｎｔｉｔｙ
