堿活性骨料指可與水泥或混凝土中的堿離子發(fā)生化學反應并產生體積膨脹的骨料，一般分為2種類型：一種是含有非晶體或結晶不完整的二氧化硅的骨料，稱為堿－硅酸反應活性骨料；另一種是含有具有特定結構構造的微晶白云石骨料，稱為堿－碳酸鹽反應活性骨料。對堿活性骨料的判別，主要分為初判和復判；初判主要采用巖相法，復判通常包括化學法、砂漿棒快速法、砂漿長度法、巖石圓柱體法和混凝土棱柱體法等。目前，對堿－硅酸反應活性骨料，通常采用摻拌一定比例的粉煤灰等方法來抑制其堿活性；對堿－碳酸鹽反應活性骨料還沒有找到行之有效的抑制方法。

半個多世紀以來，在世界各地已發(fā)生多起因堿活性骨料反應而導致混凝土工程嚴重破壞的案例，部分工程因石料存在潛在堿活性反應而不得不放棄運距較近的料場。例如，美國的布克壩建成10年后，發(fā)生了較嚴重的堿活性骨料反應；加拿大魁北克省的博赫爾格依斯水電站建成10余年后，陸續(xù)發(fā)現壩體因堿活性骨料反應而出現嚴重的地圖狀開裂，并導致壩體各部位發(fā)生不同程度的位移；向家壩水電站運距較近的三疊系雷口坡組T22灰?guī)r料場，經試驗證明，其中的含泥云質泥晶灰?guī)r、泥質泥晶云灰?guī)r、泥晶云灰?guī)r等，存在堿－碳酸鹽活性反應，且不能進行有效抑制，最終不得不放棄。鑒于此，混凝土骨料的堿活性反應問題，已引起國內外工程技術人員的高度重視。

1 堿活性骨料反應及其危害

堿活性骨料指可與水泥或混凝土中的堿離子發(fā)生化學反應并產生體積膨脹的骨料。堿活性骨料反應主要包括堿－硅酸及堿－硅酸鹽反應和堿－碳酸鹽反應兩類。

（1）堿－硅酸反應是指水泥中的堿（K2O、Na2O）與骨料中的活性SiO2反應產生堿硅凝膠。堿硅凝膠不僅固體體積大于反應前的體積，而且具有強烈的吸水性，其吸水膨脹后，在混凝土內部產生膨脹應力，導致混凝土開裂；此外，堿硅凝膠吸水后會進一步促進堿骨料反應的發(fā)展，使混凝土內部膨脹應力繼續(xù)增大，發(fā)展嚴重的會使混凝土結構崩潰。

堿－硅酸鹽反應則是水泥中的堿（K2O、Na2O）與某些層狀硅酸鹽骨料反應，使層狀硅酸鹽層間距離增大，骨料膨脹而造成混凝土膨脹和開裂。

（2）堿－碳酸鹽反應的機理與堿－硅酸反應完全不同。在泥質、灰質白云巖中，含黏土和方解石較多，水泥中的堿（K2O、Na2O）與骨料中的碳酸鈣鎂發(fā)生反應，將其中的白云石（MgCO3）轉化為水鎂石（Mg（OH）2），水鎂石晶體排列的壓力以及黏土吸水膨脹，均會在混凝土內部產生膨脹應力，導致混凝土開裂。這種破壞在混凝土芯樣的表現為：在混凝土中形成與骨料相連的網狀裂紋，骨料有時會開裂，其裂紋會延伸到周圍的漿體中去，裂紋能延伸到另一顆骨料，有時也會從另一未發(fā)生反應的骨料邊緣通過。

2 堿活性骨料判別

國內目前現行的各類行業(yè)標準或規(guī)范，對堿活性骨料的判別和試驗，主要參考ASTM的相關規(guī)范制定。

2.1 堿活性骨料初判

堿活性骨料初判，主要采用巖相法。詳見表1。

表1 常見含堿活性成分的巖石

2.2 堿活性骨料復判

對初判具有潛在堿活性的骨料，需送試驗室進行骨料堿活性的復判。

混凝土骨料堿活性試驗方法及適用范圍與判定標準參見表2。一般而言，應采取多種檢測方法相互對照進行綜合判定。

表2 混凝土骨料堿活性試驗方法適用范圍與判定標準

3 骨料堿活性破壞防治措施

3.1 堿－硅酸反應活性骨料

混凝土工程發(fā)生堿－硅酸反應破壞必須具備3個條件，一是配制混凝土時由水泥、摻合料、骨料、外加劑和水帶進一定數量的堿，或者混凝土處于堿摻入的環(huán)境中；二是存在一定數量的堿活性骨料；三是水或潮濕環(huán)境，可以提供反應物吸水膨脹時所需的水分。堿（K2O、Na2O）是混凝土堿骨料活性反應的內在根源之一，不含堿或堿含量過低，混凝土不會發(fā)生堿骨料活性反應破壞?；钚怨橇鲜菈A骨料活性反應的必須反應物，活性骨料對堿骨料活性反應的影響主要體現在其種類、含量和粒徑3個方面，目前已發(fā)現的堿－硅酸活性反應主要是由含活性SiO2的骨料引起的。堿骨料活性反應發(fā)生膨脹的主要根源在于反應物吸水膨脹，如果混凝土或砂漿中不能提供反應物吸水的條件，即使堿與活性骨料發(fā)生了化學反應，反應物也不會膨脹。

基于以上分析，對于堿－硅酸反應活性骨料，通常采用如下方法來抑制其堿活性。

3.1.1 控制水泥含堿量

1941年，美國提出水泥含堿量低于0.6%氧化鈉當量（即Na2O+0.658K2O）為預防發(fā)生堿骨料反應的安全界限。雖然有些地區(qū)的骨料在水泥含量低于0.4%時仍可發(fā)生堿骨料反應對工程的損害，但在一般情況下，水泥含堿量低于0.6%作為預防堿骨料反應的安全界限已為世界多數國家所接受，已有20多個國家將此安全界限列入國家標準或規(guī)范。許多國家如新西蘭、英國、日本等國內大部分水泥廠均生產含堿量低于0.6%的水泥。加拿大鐵路局則規(guī)定，不論是否使用活性骨料，鐵路工程混凝土一律使用含堿量低于0.6%的低堿水泥。

3.1.2 限制混凝土堿含量

預防堿骨料反應最直接、最有效的技術措施就是降低混凝土內部的堿含量?；炷林械膲A來源于兩個方面：一方面是配制混凝土時形成的堿，包括水泥、摻合料、外加劑和混凝土拌合用水中的堿；另一方面是混凝土結構物在使用過程中從周圍環(huán)境中侵入的堿，如海水、融雪劑等中的堿。因此在降低混凝土內部堿含量時，不僅要限制水泥的堿含量，還要控制混凝土的總含堿量。我國GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》規(guī)定：若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于0.6%或由供需雙方商定；CECS53—93《混凝土堿含量限值標準》規(guī)定：混凝土最大含堿量不大于3kg/m3。

3.1.3 采用非活性骨料

為避免堿骨料反應發(fā)生，凡可能發(fā)生堿骨料反應的工程，在配制混凝土之前，均應檢驗所使用骨料是否具有堿活性。國家標準JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》對骨料的堿活性檢驗有明確要求。經堿骨料反應試驗后，由所使用骨料制備的試件應無裂縫、酥縫、膠體外溢等現象，在規(guī)定的試驗齡期內膨脹率應小于0.1%。

3.1.4 摻用低堿粉煤灰

粉煤灰抑制堿－硅酸反應的機理，可概括為粉煤灰對堿的物理稀釋以及對Ca（OH）2的吸附，使之與火山灰反應減少，甚至消除其間的Ca（OH）2與火山灰反應生成的低Ca/Si比產物對堿的吸附、滯留和體系的致密化作用。通過試驗證明，摻用25%～35%的Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰，有顯著的抑制堿骨料膨脹破壞的作用，粉煤灰的比表面積越大，效果越明顯。

3.1.5 摻入礦物摻合料

礦物摻合料摻入到混凝土中后，可改變混凝土孔隙結構、降低滲透性、有效抑制堿骨料反應的發(fā)生，繼而提高混凝土結構的耐久性，但礦物摻合料摻量大小應考慮水泥、骨料和外加劑等因素，通過試驗確定他們的最佳摻量。摻量過多，會對混凝土早期強度增長有所不利，為施工人員難于接受；摻量太小，則會增加堿骨料反應的破壞作用。實踐證明，硅粉摻入量為5%～10%時，混凝土的膨脹量可降低10%～20%；粉煤灰摻入量大于20%、磨細礦渣粉摻入量大于60%時，混凝土的膨脹量可降低75%。

3.1.6 避免潮濕

為防止堿骨料反應的發(fā)生，應盡量使混凝土結構處于干燥狀態(tài)，特別是防止經常遭受干濕交替作用。必要時還可采用防水劑或憎水涂層，改善混凝土的密實度，降低混凝土的滲透性，減少雨水浸入混凝土內部。

3.1.7 摻用引氣劑

摻用引氣劑，使混凝土具有一定的含氣量，可以容納一定數量的反應物，減輕堿骨料反應的膨脹壓力。如在混凝土中引入4%的空氣，能使堿骨料反應產生的膨脹量減少40%。

3.1.8 摻用低堿外加劑

化學外加劑中堿含量基本上為可溶鹽（如Na2SO4等中性鹽），加入到混凝土后，會與水泥中的水化產物如Ca（OH）2等發(fā)生反應，產生部分OH-離子，并與留在孔隙溶液中的Na+、K+保持電荷平衡。由于含堿鹽外加劑能顯著增加孔隙溶液中的OH-離子濃度，進而加速堿骨料反應，因此，無論混凝土是否含有活性骨料，化學外加劑帶入的堿不得超過0.13kg/m3。

3.1.9 其它措施

采用氫氧化鋰溶液對混凝土試件進行浸泡處理后，活性骨料在氫氧化鋰溶液中形成片狀晶體，有助于消除堿骨料反應危害；這是因為Li+與吸附在活性骨料表面的Na+、K+交換，搶先形成非膨脹型晶體產物。在混凝土中摻加適量鋼纖維，也有助于降低堿骨料反應的危害；鋼纖維或其他纖維（如尼綸纖維、腈綸纖維、碳纖維等）的存在雖不能抑制堿骨料反應的進行，但是配制一定數量的纖維，可以提高混凝土的抗拉強度和韌性，并對堿骨料反應所產生的膨脹壓力產生分散作用，繼而減小因堿骨料反應所引起的破壞作用。

3.2 堿－碳酸鹽反應活性骨料

碳酸鹽巖產生堿活性反應同樣需要具備3個方面的特征，質地純正的石灰?guī)r、白云巖是沒有堿活性的：（1）巖石具有獨特結構，即細小的白云石晶體晶粒一般為50μm，分散在更細粒的方解石和黏土礦物基質中；（2）具有特定的礦物組成合成分，即白云石占碳酸鹽的40%~60%；（3）含有一定數量的酸不溶殘渣，其含量為5%~25%。

目前，國內外對堿－碳酸鹽反應活性骨料還沒有找到行之有效的抑制方法。

4 結語

（1）隨著工程實踐中逐漸發(fā)生和發(fā)現堿活性骨料反應及其破壞，骨料的堿活性問題，已越來越引起國內外工程技術人員的重視。

（2）對堿活性骨料的判定，首先應采取巖相法進行初判，在此基礎上進一步進行堿活性復判。

（3）對堿－硅酸反應活性骨料，已有多項措施對其堿活性進行抑制，采用低堿水泥并摻拌一定比例的粉煤灰來抑制骨料的堿活性，是工程中常用的措施之一。目前，對堿－碳酸鹽反應活性骨料還沒有找到行之有效的抑制方法。質地純正的石灰?guī)r、白云巖不具有堿活性。