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水 利 学 报

２０２２年 １１月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １１期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１１ － １３８３ － １４

混凝土碱－ 硅酸反应破坏机理及其进程影响研究进展

苏怀智 １，２ ，杨立夫 １，２
（１．河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 ２１００９８；
２．河海大学 水利水电学院，江苏 南京 ２１００９８）

摘要：碱－ 硅酸反应（Ａｌｋａｌｉ － ＳｉｌｉｃａＲｅａｃｔｉｏｎ，ＡＳＲ）作为一种混凝土中所含碱与骨料中碱活性成分在一定湿度条件
下发生的物理化学反应，在混凝土内部生成凝胶产物，进而引起混凝土发生变形、开裂、强度下降等病变行为，
严重时将威胁结构物长期运行的功能性和安全性。随着非活性骨料的日益减少以及混凝土种类的不断改进和创
新，ＡＳＲ及其相伴的工程隐患和危害等问题的探究和防范应更加予以重视。在对混凝土工程 ＡＳＲ病害典型案例
进行剖析的基础上，综述了 ＡＳＲ产生机理以及 “吸水膨胀” 和 “渗透压” 两种 ＡＳＲ诱发破坏假说的研究现状；
从内部骨料特征和外部环境两个视角，论述了骨料活性、骨料粒径、骨料含量与级配以及环境温度和环境相对湿
度等因素对 ＡＳＲ进程的影响；从完善 ＡＳＲ诊断方法与病害评估体系的目标出发，提出了混凝土 ＡＳＲ破坏机理及
其进程影响研究方面亟待攻克和值得进一步关注的问题。
关键词：混凝土；碱－ 硅酸反应；破坏机理；进程影响；骨料；温度；相对湿度
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＵ５２８ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０００９

１ 研究背景

作为目前用量最大的建筑材料，混凝土因其原材料来源广、成本低、制备简便以及防火、防冲
刷、适应性强等优点，被广泛应用于高层建筑、桥梁、港口码头、大坝等工程中。在混凝土结构的长
期服役过程中，混凝土材料老化与劣化问题，不仅关乎混凝土结构物本身的功能发挥和服役安全，甚
至影响整 个 工 程 的 安 危。其 中，被 称 为 混 凝 土 “癌 症” 的 碱 － 骨 料 反 应 （Ａｌｋａｌｉ － Ａｇｇｒｅｇａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎ，
ＡＡＲ）病变，一直是世界范围内混凝土耐久性研究的热点问题。ＡＡＲ是指在一定湿度条件下，混凝土
中的活性骨料和孔隙溶液中的碱发生的物理化学反应。在湿度足够的环境下，反应产物会进一步膨
胀，使得产物周围内应力增大，导致混凝土膨胀、开裂和力学性能的退化，进而严重威胁结构物长期
运行的功能性和安全性 ［１ － ３］ 。ＡＡＲ按其骨料参与反应的矿物成分不同分为碱－ 硅酸反应（Ａｌｋａｌｉ － ＳｉｌｉｃａＲｅ
［４］
ａｃｔｉｏｎ ，ＡＳＲ）和碱－ 碳酸反应（Ａｌｋａｌｉ － ＣａｒｂｏｎａｔｅＲｅａｃｔｉｏｎ，ＡＣＲ） 。由于 ＡＳＲ破坏形式较为常见，本
文以其作为主要分析研究对象。
ＡＳＲ的发生需三个必要条件，即适量的活性二氧化硅（主要来源于骨料）、有效碱（主要来源于胶
凝材料）和充足的水（主要来源于工作环境） ［５ － ６］ 。相较其他混凝土结构，水工建筑物具有体积大、服
役时间长、工作条件恶劣等特点，大骨料、低水泥用量的水工混凝土因其良好的抗渗、抗气蚀、耐腐
蚀等优点，成为水利工程（特别是大型水利工程）中最主要的建筑材料，常用于水工建筑物的挡水坝
段、厂房、溢洪道等主体或核心部位。对照 ＡＳＲ发生的三个必要条件可知，骨料含量较多且长期在水
中服役的水工混凝土结构，其工作状况为 ＡＳＲ提供了有利的发展环境，因此存在更大的 ＡＳＲ病变风

收稿日期：２０２２ － ０１ － ０６；网络首发日期：２０２２ － ０７ － １４
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０７１４．１１１４．００３．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５１９７９０９３）；国家重点研发计划课题（２０１９ＹＦＣ１５１０８０１，２０１８ＹＦＣ０４０７１０１）
作者简介：苏怀智（１９７３—），博士，教授，主要从事涉水工程安全防控与提能延寿研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｓｕ＿ｈｕａｉｚｈｉ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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