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混凝土一旦發生堿-集料反應破壞,就會表現出堿-集料反應的特征,在外觀上主要是表面裂縫、變形和滲出物;內部特征主要有內部凝膠、反應環、活性集料、堿含量等。工程發生堿-集料反應出現裂紋后,會加速混凝土的其它破壞。如空氣、水、二氧化碳等侵入。會使混凝土碳化加快,當鋼筋周邊的混凝土碳化后,則將引起鋼筋銹蝕,而鋼筋銹蝕體積膨脹約3倍,又會使裂縫擴大;若在寒冷受凍地區,混凝土出現裂縫后又會使凍融破壞加速,這樣就造成了工程混凝土發生綜合破壞。但只要發生了堿-集料反應破壞,就會留下堿-集料反應的內部和外部特征,通過對工程混凝土進行檢測和分析,找出下述特征,還是可以幫助我們確定是否發生了堿-集料反應破壞以及破壞的程度等。
1. 時間性 受堿-集料反應影響的混凝土需要幾年或更長的時間才會出現開裂破壞。由于堿-集料反應是混凝土孔隙液中的可溶性堿與集料中的活性成分之間逐漸發生的一種化學反應,反應有滲透、溶解、發生化學反應、吸水膨脹等幾個階段,因此不可能在澆注后的很短的時間內表現出開裂,據國內外發現堿-集料反應工程破壞的報導,一般需要幾年或更長的時間。例如:最早發現堿-集料反應的美國加利福尼亞州玉城橋建于1919~1920年,在建成后第三年發現橋墩頂部發生開裂,此后裂縫逐漸向下部發展;美國派克壩建于1938年,1940年發現大壩混凝土嚴重開裂;英國澤島大壩建成10年后因發生“堿-硅”反應膨脹開裂。因而,在工程破壞診斷時應注意調查工程施工時間、季節等。
2. 表面開裂 堿-集料反應破壞最重要的現場特征之一是混凝土表面的開裂。如果混凝土沒有施加預應力,裂紋呈網狀(龜背紋),每條裂紋長度約數厘米。開始時,裂紋從網點三分岔成三條放射狀裂紋,起因于混凝土表面下的反應集料顆粒周圍的凝膠或集料內部產物的吸水膨脹。當其他集料顆粒發生反應時,產生更多的裂紋,最終這些裂紋相互連接,形成網狀。 隨著反應的繼續進行,新產生的裂紋將原來的多邊形分割成小的多邊形,此外,已存在的裂紋變寬、變長。如果預應力混凝土構件遭受嚴重的堿-集料反應破壞,其膨脹力將垂直于約束力方向,在預應力作用的區域,裂紋將主要沿預應力方向發展,形成平行于鋼筋的裂紋,在非預應力作用的區域或預應力作用較小的區域,混凝土表現出網狀開裂。在堿-集料反應膨脹很大時,也會在預應力區域形成一些較細的網狀裂紋。如果反應沒有完全結束,裂紋寬度將持續增加。
3. 膨脹 堿-集料反應破壞是由膨脹引起的,通過檢查工程接頭或相鄰混凝土單元的位移可以提供混凝土是否發生膨脹的信息。 堿-集料反應膨脹可使混凝土結構工程發生整體變形、移位等現象,如某些長度大的構筑物的伸縮縫被頂在一起甚至被破壞,有的橋梁支點因膨脹增長而錯位,有的大壩因膨脹導致壩體升高,有些橫向結構在兩端限制的條件下因膨脹而發生彎曲、扭翹等現象。總之,混凝土工程發生變形、移位、彎曲、扭翹等現象,是混凝土工程發生膨脹的特征,結合其它特征再確定該膨脹是否是堿-集料反應引起的膨脹。 4. 滲出凝膠 堿-硅酸反應生成的堿-硅酸凝膠有時會從裂縫中流到混凝土的表面,新鮮的凝膠是透明的或者呈淺黃色,外觀類似于樹脂狀。脫水后,凝膠變成白色。是否有凝膠滲出,取決于堿-硅酸反應進行的程度和集料種類,反應程度較輕或者集料中堿活性組分分為分散分布的微晶質至隱晶質石英等礦物(如硬砂巖)時,一般難以觀察到明顯的凝膠滲出。當集料只具有堿-碳酸鹽反應活性時,混凝土中沒有類似于堿-硅酸凝膠的物質生成,因此混凝土表面也不會有凝膠滲出。
5. 內部凝膠 “堿-硅”反應的膨脹是由生成的堿-硅酸凝膠吸水引起的,因此堿-硅酸凝膠的存在是混凝土發生了堿-硅酸反應的直接證明。通過檢查混凝土芯樣的原始表面、切割面、光片和薄片,可在空洞、裂紋、集料—漿體界面區等處找到凝膠,因凝膠流動性較大,有時可在遠離反應集料的地方找到凝膠。
6. 反應環 有些集料在與堿發生反應后,會在集料的周邊形成一個深色的薄層,稱為反應環,有時活性集料會有一部分被作用掉。但也有些集料發生堿-集料反應后不形成反應環,因此不能將反應環的存在與否用來直接判定是否存在堿-集料反應破壞。但如果鑒定反應環的確是堿-集料反應的產物后,可作為發生了堿-集料反應的證據之一。 7. 活性集料 活性集料是混凝土遭受堿-集料反應破壞的必要條件。通過檢查混凝土芯樣薄片,可以確定粗集料的巖石類型、不同巖石的數量、形狀、尺寸、具有潛在活性的巖石類型及其活性礦物類型,可以確定細集料的主要組成、各種顆粒的數量、是否具有潛在堿活性及活性礦物所占的比例