骨料粒径对碱骨料反应膨胀及开裂的影响

    在骨料粒径对碱骨料反应膨胀的影响方面，目前普遍认为[1,2]，对于硅质骨料，当骨料粒径为0.15～0.80mm时砂浆棒的膨胀值最大。当骨料粒径增大时，砂浆棒的膨胀值显著减小。作者还发现[3]，当有粗骨料存在时，砂浆棒的膨胀将受到粗骨料的限制。从这些研究来看，似乎可以认为水工混凝土比普通混凝土更安全。但更深入的研究却表明，这种认识是不正确的。 

    (1)从骨料粒径来看，尽管砂浆棒的膨胀随骨料粒径的增大而减小，但这种影响仅仅是当骨料粒径小于2.5mm时是显著的。当骨料粒径超过2.5mm时，这一影响则不显著[3]。况且在水工混凝土中，也存在着较多的细骨料。如果这些细骨料是活性的话，仍然可能发生较严重的碱骨料反应，产生较大的膨胀。从这一点看，尽管水工混凝土的最大骨料粒径可以比普通混凝土大好几倍，但这并不足以使人们产生安全感。 

    (2)从粗骨料对砂浆膨胀的作用来看，粗骨料可以约束砂浆的膨胀，但这是有条件的。这一条件就是在碱的作用下，粗骨料的自由膨胀小于砂浆的自由膨胀。在混凝土中，如果细骨料和粗骨料都是非活性的，这就不存在着碱骨料反应问题。如果细骨料是活性的，而粗骨料是非活性的，在这种条件下，显然粗骨料的自由膨胀小于砂浆的自由膨胀。因此，粗骨料约束砂浆的膨胀是可能的。由于水工混凝土中粗骨料含量多于普通混凝土，因而，在水工混凝土中，这种约束作用则较强，使得混凝土表现出较小的膨胀。但是，这种约束作用是以两相变形的不一致性为前提的。这种变形的不一致性势必在界面产生拉应力。如果这一拉应力超过界面的抗拉极限，粗骨料周围则会产生周边缝。粗骨料粒径越大，周边缝也将越长。这些较大缺陷的存在也将影响混凝土的许多性能。如果细骨料是非活性的，而粗骨料是活性的话，显然粗骨料的自由膨胀大于砂浆的自由膨胀。因而，粗骨料不能约束砂浆的膨胀。相反，而是砂浆约束粗骨料的膨胀。在这种条件下，粗骨料越多，混凝土的膨胀也越大。水工混凝土中的粗骨料含量是较多的，因而可能造成较大的危害。如果粗、细骨料都是活性的，一般而言，在早龄期，砂浆的自由膨胀大于粗骨料的自由膨胀，粗骨料可能约束砂浆的膨胀。但在晚龄期，粗骨料的自由膨胀可以超过砂浆的自由膨胀。此时，粗骨料不再约束砂浆的膨胀，反而促进砂浆的膨胀。因此，粗骨料对碱骨料反应膨胀的作用仅仅是延缓。 

    (3)从混凝土的开裂来看，对于不同粒径的骨料，膨胀与开裂也是不一致的。作者曾经发现[4]，对于0.15～0.80mm的骨料，当试件的膨胀率为0.175%时，用立体显微镜观察试件，在试件表面没有找到任何裂纹。当试件的膨胀率达到0.247%时，在部分试件表面观察到裂纹。如果用5～10mm的骨料，试件的膨胀率不到0.040%时，所有试件都观察到裂纹。这表明骨料粒径较大时，尽管试件的膨胀率减小，但却更容易开裂。由此看来，试件的膨胀率随骨料粒径增大而减小并不意味着安全性提高。原因在于：当粗骨料粒径较小时，碱骨料反应所产主的膨胀应力能够较均匀地分布在试件中，因而不一定产生开裂。但当骨料粒径较大时，碱骨料反应所产生的膨胀应力则较强地集中在骨料周围，局部应力可能超过基体相的抗拉极限，因而产生开裂。水工混凝土的骨料粒径是较大的，一旦发生碱骨料反应，这种应力集中也将较强，因而开裂的可能性也较大。从上述分析可以看出，在水工混凝土中骨料粒径较大，而且数量较多。尽管这些大骨料与碱的反应较慢，而且在适当的条件下可以约束砂浆的膨胀，但这并不意味着水工混凝土比其它混凝土更安全。恰恰相反，无论是从粗骨料对砂浆的作用来分析，还是从混凝土的开裂来分析，正是由于水工混凝土中的骨料粒径较大，而且数量较多，一旦发生碱骨料反应，水工混凝土将比普通混凝土更容易破坏。