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本文選自《商品混凝土》雜志2023年第6期

橋涵混凝土，堿含量如何控制？

聞寶聯

1 問題的提出

堿骨料反應被稱為混凝土的“癌癥”，直接影響著結構耐久性。混凝土中的堿類和具有堿活性的骨料發生化學反應，使混凝土發生不均勻膨脹，產生裂縫，并伴有強度和彈性模量的下降等不良現象，從而縮短混凝土的壽命，危及工程安全。

為此，《公路工程混凝土結構耐久性設計規范》（JTG/T 3310—2019）要求選用的骨料應在施工前進行堿活性試驗，應優先采用非活性骨料。不應使用堿—碳酸鹽反應活性骨料和膨脹率大于0.20%的堿—硅酸反應活性骨料。當所采用骨料的堿—硅酸反應膨脹率在0.10%～0.20%時，混凝土中的總堿含量不宜大于3.0kg/m（特大橋、大橋和重要橋梁不宜大于1.8kg/m），且應經堿骨料反應抑制措施有效性試驗驗證合格。

JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術規范》規定：每方混凝土的總堿含量，對一般橋涵宜不大于3.0kg/m，對特大橋、大橋和重要橋梁宜不大于2.1kg/m，相較于JTG/T 3310—2019，適當放開了一點。

但很多工程都表明，無論骨料具有堿活性與否，只按橋梁的規模來限定控制這么嚴格的指標，一是難度大，二是似無必要。無論特大、大、中、小橋，一條路上的橋出問題，一樣影響交通

2 堿骨料反應的機理

堿骨料反應通常可分為堿—硅酸反應（Alkali-Silica Reaction，簡稱 ASR）和堿—碳酸鹽反應（Alkali-Carbonate Reaction，簡稱 ACR）兩類。

其中堿—硅酸反應式為：

2NaOH+SiOnHO→NaO·SiO·nHO（堿硅酸凝膠

堿硅酸凝膠吸水膨脹，體積可以增大倍，在混凝土中產生膨脹壓力和滲透壓力，使混凝土開裂破壞。

堿硅酸反應的特點是：

（1）混凝土表面產生雜亂無章的網狀裂縫；

（2）破壞處的骨料周圍出現反應環和反應邊；

（3）在裂縫及其附近的孔隙中，有硅酸鈉（鉀膠，當其失水后可硬化或粉化。

堿—碳酸鹽反應在1951 年由加拿大的Swenson提出，其對應的巖石比較特殊， 現在也以加拿大的 Kingston 黏土質白云巖為典型，其他地區報道較少，對反應機理認識也還不清楚。目前通常認為堿—碳酸鹽反應是水泥中的堿與某些碳酸鹽骨料，如白云石發生反應引起膨脹，使混凝土開裂破壞。

上述脫白云石化循環反應式為：

CaMg(CO+2ROH→Mg(OH)+CaCO+RCO

CO+Ca(OH)→2ROH+CaCO

其中：Mg(OH)為水鎂石，R為堿（K或Na）

經計算表明，白云石變成水鎂石其體積膨脹 239%，足以造成混凝土的破壞。

堿—碳酸鹽反應的特點是：

（1）反應膨脹的骨料是碳酸鹽巖石，而不是硅質巖石；

（2）反應產生的裂縫膨脹等外部特點與ASR 基本相同，裂縫呈花紋形或地圖形，但在混凝土的孔隙和反應骨料的邊界等處沒有凝膠存在，而是碳酸鈣、氫氧化鈣；

（3）反應邊較骨料本身的密度大，與堿—硅酸反應邊不同。

3 混凝土工程發生堿骨料反應必備的三個條件

首先是混凝土的原材料水泥、混合材、外加劑和水中含堿量高；第二是骨料中有相當數量的活性成分；第三是潮濕環境，有充分的水分或濕空氣供應。

早在1940年，斯坦敦用加利福尼亞州骨料作砂漿棒膨脹試驗時，就發現水泥含堿量愈高，堿骨料反應的膨脹量愈大，在水泥含堿量低于0.6%時，就可以避免堿骨料反應發生。隨著水泥工業出現含不同混合材的水泥以及混凝土愈來愈多地摻用各種外加劑，以及日本、英國使用海砂配制混凝土，發現混凝土各種原材料成分中的堿（NaO、KO），均可導致發生堿骨料反應，對工程產生損害。

有關活性骨料，經世界各國許多學者四十余年的研究歸納，具有堿活性的骨料基本上都是含活性二氧化硅的礦物。

從成分看，一種是無定形（非晶體二氧化硅，如蛋白石，火山玻璃；一種是結晶不完整的二氧化硅，如玉髓、磷石英、微晶石英等；另一種是結晶完整的， 例如花崗巖為深成巖，其中石英結晶很完整，但由于地殼變動，受擠壓力產生晶格扭曲變形，當其中應變石英含量大于30%時，就會發生堿活性。還有一種層狀硅酸鹽，屬于現在有爭議的堿—硅酸鹽反應活性骨料。

常見含堿活性成分的巖石見表1

由此可以看出，一般碳酸鹽巖中含有黏土質或硅質時，才有堿活性反應的可能。

最后一個條件就是潮濕多水，愈是在潮濕多水的環境條件下堿骨料反應對工程的損害發展愈快，往往在同一個混凝土工程，混凝土配制材料具備堿骨料反應的條件，在這個工程潮濕多水的部位首先發生堿骨料反應，在其它部位則發展緩慢。

4 混凝土中堿含量合理控制指標確定

4.1 國外為抑制堿集料反應所規定的混凝土堿含量

英國交通部和水泥學會都認為混凝土的堿含量控制在3.0kg/m以下是安全的；新西蘭水泥和混凝土協會規定混凝土的堿含量低于2.5kg/m是安全的；南非標準（SABS0100PartⅡ）中則指出混凝土的堿含量必須低于 2.1kg/m才是無害的。甚至有資料談到混凝土的堿含量要超過5.0kg/m才是有害的。這里存在兩個問題：（1）如果使用活性骨料，混凝土的堿含量必須有所控制。對于這一點，認識基本上是統一的。（2）上述的混凝土堿含量控制指標是各國在用本國骨料進行研究的基礎上提出來的，控制指標的差別反映了各國骨料的差別。

2003年4月，國際材料與結構研究試驗聯合會（RILEM）提出了“減少混凝土中堿反應的國際標準草案”。在這一草案中，對于不同活性的骨料提出不同的堿含量限制指標。對于低活性骨料（相應于非活性骨料），沒有對混凝土堿含量的限度提出要求；對于中等活性骨料，混凝土堿含量的限度為3.0kg/m3.5kg/mNaOeq；對于高活性骨料，混凝土堿含量的限度應低于2.5kg/mNaOeq混凝土堿含量限度的控制原則是比試驗室測定的骨料單方堿臨界值少2.0kg/mNaOeq。從這一控制原則來看，國際上已經認識到骨料的差異，改變了用一個指標簡單的控制混凝土堿含量的做法，而是把混凝土堿含量的限度與骨料的性能結合起來。畢竟不同的混凝土堿含量限值是不同的，甚至差別非常大，對于不同的骨料應該有不同的堿含量限值。RILEM 的提案正是出于這一考慮。這是一個十分重要的發展趨勢。表是一些國家對堿含量的控制。

4.2 國內工程和規范對堿含量的控制

4.2.1 混凝土結構耐久性設計規范 GB/T 50476—2019

B.2 混凝土中氯離子、三氧化硫和堿含量

B.2.4 單位體積混凝土中的含堿量（水溶堿，等效 NaO 當量）應滿足以下要求：

對骨料無活性且處于干燥環境條件下的混凝土構件，含堿量不應超過3.5kg/m，當設計使用年限為 100 年時，混凝土的含堿量不應超過 3kg/m

1 對骨料無活性但處于潮濕環境相對濕度75%）條件下的混凝土結構構件，含堿量不超過 3kg/m

2 對骨料有活性且處于潮濕環境相對濕度75%）條件下的混凝土結構構件，應嚴格控制混凝土含堿量并摻加礦物摻合料。

4.2.2 鐵路混凝土結構耐久性設計規范 TB 10005—2010

含堿環境是指直接與高含鹽堿地、海水、含堿工業廢水或鈉（鉀）鹽等接觸的環境；干燥環境或潮濕環境與含堿環境交替變化時，均按含堿環境對待。

4.2.3 國內外重點工程的控制

丹麥大貝爾特海峽工程包括長6.5km的公路、鐵路并列雙線橋，主跨為長1634m的懸索橋、總長7km的公路橋和長8km的雙孔鐵路隧道。為保證實現設計壽命100年，預先進行了大量專題研究，規定了嚴格的混凝土技術標準，無堿骨料反應——限制活性骨料含量、限制總含堿量不超過3kg/m

港珠澳大橋混凝土結構耐久性指標，按120年壽命設計，要求總含堿量不超過3kg/m

香港青馬大橋是世界上跨度最大的公路、輕軌鐵路兩用懸索橋，主跨1377m，設計服役壽命為120年，要求總含堿量不超過3kg/m

國外研究表明，即便骨料有一定的堿活性，堿含量在4kg/m以內，也很少會發生膨脹反應（圖1）。

5 橋涵混凝土堿含量建議

從技術和規范以及國內外重點工程案例可見，對于非活性骨料，總堿含量的控制一般都3.0kg/m以上，只有在有潛在活性以及潮濕環境下，才會小于3.0kg/m

最新頒布的《混凝土結構通用規范》GB 55008—2021中：

3.1.7 結構混凝土采用的骨料具有堿活性及潛在堿活性時，應采取措施抑制堿骨料反應，并應驗證抑制措施的有效性，也并未刻意限制堿含量。

綜合以上幾點原因，建議橋涵混凝土堿含量在使用非活性骨料前提下限制定為 3.0kg/m

供稿人：聞寶聯

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產品質量追溯規范》團標

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2025中國混凝土企業家高峰論壇

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續發展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應用技術和工藝技能線上培訓

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建筑垃圾再生砂粉應用技術

建筑垃圾再生輕粗骨料技術

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《新技術在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書

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