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图 ８ 加拿大某桥梁混凝土取芯 ＤＲＩ结果 ［４８］

４ 混凝土碱－ 硅酸反应进程影响因素剖析

作为一种复杂的物理化学反应，ＡＳＲ进程的影响因素众多，所诱发的混凝土破坏行为是多因子交
错的化－ 力耦合结果。从内部骨料特征和外部环境两个视角，下面重点就骨料活性、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进程影响的研究现状予以评述。
４．１ 骨料活性对碱－ 硅酸反应进程的影响 混凝土结构在服役过程中是否会遭受 ＡＳＲ破坏以及 ＡＳＲ
的具体演化进程，根本上是由骨料中的活性二氧化硅含量及其晶体结构决定的 ［４９ － ５０］ 。使用快速砂浆棒
测长法或者混凝土棱柱体法，根据试件在测试周期内的膨胀值，可将骨料分为活性与非活性骨料。国
外已将蛋白石（Ｏｐａｌ） ［５１ － ５２］ 和来自加拿大的天然岩石 Ｓｐｒａｔｔ等 ［６，５３］ 骨料认定为会引起 ＡＳＲ破坏的活性骨
料。唐明述 ［５４］ 、文梓芸 ［５５］ 、汪在芹等 ［５６］ 、杨华全等 ［５７］ 、蔡跃波等 ［５８］ 、史才军等 ［５９］ 、钱春香等 ［６０］
一大批国内科研工作者相继对我国各地区的骨料进行了系统的碱活性检测，发现许多岩石类型和多种
矿物具有潜在碱活性，其中常见的潜在活性骨料包括北京及其周边地区的白云岩、新疆地区的砾石、
南京地区的雨花石和长江中下游的燧石等 ［１８］ 。
虽然根据检测结果，直接选取非活性骨料是预防 ＡＳＲ破坏最根本且最有效的方法，但非活性骨料
受空间分布、数量的限制，考虑到运输成本，一些工程项目不得已就近使用一些潜在活性骨料或活性
骨料。例如，拉西瓦水电站建设过程中 ［１０，６１］ ，选用的骨料被检测为具有潜在 ＡＳＲ危害的活性骨料。
对于含有活性骨料的结构，一些学者认为活性骨料本身可以作为抑制剂，抑制 ＡＳＲ引起的膨胀和
损伤 ［６１ － ６３］ 。这种抑制措施是基于试验结果，即活性骨料的分布、含量和粒径范围对 ＡＳＲ的膨胀行为
有影响，并且具有 “最劣粒径” 行为。
４．２ 活性骨料粒径对碱－ 硅酸反应进程的影响 不同的活性骨料因为组成矿物成分的不同，所引起的
ＡＳＲ膨胀行为存在较大差异 ［６，５０］ ；另一方面，对于具有相同成分的活性骨料，ＡＳＲ膨胀行为亦受骨料
尺寸的影响 ［６４ － ６５］ 。通常来说，较小的活性骨料会引起更快的膨胀 ［６６ － ６９］ ，众多学者用扩散理论解释这
种现象 ［７０ － ７１］ 。在膨胀值方面，一些试验发现，足够小的骨料粒径展示了 ＡＳＲ抑制作用 ［６１ － ６３］ 。然而，
在另一些 ＡＳＲ试验中，非常小的活性骨料甚至引起了显著的膨胀 ［７２］ ，或者根本未引起膨胀 ［１２］ 。
大量 ＡＳＲ膨胀试验均观察到 “最劣粒径” 行为，即最终膨胀随活性骨料粒径的增加而增大，直
到粒径达到某一值，然后随着活性骨料粒径的增加而减小 ［７０ － ７１］ ，如图 ９（ａ）所示。值得注意的是，一
部分试验也发现，受 ＡＳＲ侵害的砂浆试件呈现出膨胀的 “最劣粒径” 的同时，试件的抗压强度同样
存在 “最劣粒径” 现象，如图 ９（ｂ）所示。
在采用不同活性骨料的 ＡＳＲ膨胀试验中，最劣粒径的大小存在较大差异。Ｄｕｎａｎｔ等 ［７３］ 发现，对
于一种来自瑞士阿尔卑斯山的活性骨料，２～４ｍｍ的活性骨料产生了最大的膨胀；在 Ｆｒｅｎｃｈ ［７４］ 的工作
中，４～１０ｍｍ的活性骨料造成了最有害的膨胀；在 Ｒａｍｙａｒ等 ［６９］ 的实验中，０．２５～０．５ｍｍ和 ０．５～１．０ｍｍ
分别是两种活性骨料的最劣粒径。然而，并非所有的 ＡＳＲ试验均表征出 “最劣粒径” 行为 ［７５ － ７６］ 。活
性骨料粒径对 ＡＳＲ膨胀的影响尚未清晰探明，而水工混凝土具有骨料含量多、粒径跨度大的特点，该
问题值得更加密切关注。

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