4.2 碱-骨料反应裂缝的成因
1.碱-骨料反应裂缝的形成机理
碱-骨料反应裂缝的机理在第2章2.3节已经介绍，简单地说就是混凝土中的碱性溶液（包括外界渗入的碱）与骨料中的碱活性物质发生化学反应后形成胶凝体，胶凝体吸水后体积膨胀，将混凝土胀裂。
即使混凝土发生了碱-骨料反应，生成了胶凝体，没有水就不会膨胀，就不能导致裂缝出现。水是诱发裂缝的直接原因。
2.哪些骨料有可能发生碱-骨料反应
在我国，碱骨料反应普遍是碱-硅酸反应，一些用于混凝土骨料的岩石中有可能存在含活性SiO2的矿物，与混凝土中的碱溶液发生化学反应形成胶凝体。如蛋白石、火山玻璃体、玉燧、玛瑙和微晶石英等，当含量达到一定程度时就有可能在混凝土中引发碱-硅酸反应的破坏。
国家标准《预防混凝土碱骨料反应技术规范》GB/T 50733—2011（以下简称《碱规》)认为：“碱-碳酸盐反应破坏的情况很少，也不易确认。通常只有碳酸盐骨料中可能存在活性白云石晶体，如细小菱形白云石晶体等，对于纯粹的碱-碳酸盐反应活性的骨料，目前尚无公认的好的预防措施。”
但《混凝土结构耐久性》（金伟良、赵羽习著）一书认为“碱-碳酸盐反应问题在加拿大和我国更为严重，碱-硅酸盐反应并不普遍。”与规范说法恰恰相反。
3.碱-骨料反应裂缝出现时间
碱-骨料反应裂缝不会在混凝土早期出现，一般在混凝土浇筑3年后出现。
笔者在纽约公园大道432号公寓看到的底层梁柱的碱-骨料反应裂缝是该建筑交付使用第2年，考虑到四百多米超高层建筑的施工期，也是3年左右。
4.碱-骨料反应裂缝形成过程与形状
（1）裂缝形成发展过程 笔者在上海喜马拉雅中心拍到一张墙根部的裂缝照片，最下部裂缝充分发育（因为有水的毛细作用），上部裂缝开展不久，由上及下，恰好可以看清楚裂缝发展的过程（图4-6），彩插图C-9也与之相似。
图4-6 碱-骨料反应裂缝形成过程
碱-骨料反应裂缝形成过程大约为4个阶段：
1）从一个点开始形成有三个分岔的裂缝。
2）相邻的三岔裂缝连接，形成树杈状裂缝。
3）“树杈”与“树杈”围合形成网状。
4）网状内新裂缝出现，形成小的细裂缝网，即老缝宽，新缝细。
（2）裂缝形状 碱-骨料反应裂缝网格有多边形和矩形。
1）多边形。钢筋间距大的构件或部位，如剪力墙、较高的梁和扁柱侧面，网格以多边形为主（图4-1、图4-4、图4-7）。图4-7是喜马拉雅中心的墙体裂缝。
图4-7 碱-骨料反应多边形网格裂缝
2）矩形。钢筋密集的构件或部位，裂缝会顺着钢筋方向，形成大致为矩形的网格。第1章介绍的纽约公园大道432号公寓首层梁柱结合部的裂缝就以钢筋为坐标大致为矩形网格（图4-8）。
3）直缝与多边形网格。受钢筋影响的水平或垂直树杈形状，见图4-6中部。图4-9所示为北京某酒店美术馆墙柱裂缝，是受钢筋影响的水平缝与多边形网格缝的结合。
图4-8 裂缝受钢筋影响大致为矩形网格
图4-9 直裂缝与多边形网格的结合
4）斜缝与多边形网格结合。北京某酒店美术馆墙裂缝是45°斜裂缝与多边形网格缝结合，见图4-10。
图4-10 斜裂缝与多边形网格结合
5.碱-骨料反应裂缝深度
碱-骨料反应裂缝是由内而外胀裂，深度通常达25~50mm，可能更深。薄板构件有可能贯通。
25mm深的裂缝已达到或接近钢筋，易导致钢筋锈蚀，造成进一步的破坏。
6.形成碱-骨料反应裂缝的三个因素
形成碱-骨料反应裂缝的三个因素是碱、骨料和水。
（1）碱 混凝土中碱的主要来源是水泥、外加剂及外来的碱离子。
1）水泥。水泥有高碱水泥、中碱水泥和低碱水泥。使用碱性高的水泥，易发生碱-骨料反应。没有混合料的水泥，如普通硅酸盐水泥，碱性较高。
2）外加剂。有些外加剂，如早强剂、抗冻剂是含碱的，也对碱-骨料反应有促进作用。
3）外来的碱离子。海边混凝土受到海雾海风等带来的碱侵蚀，碱附着在混凝土表面并逐渐渗入到混凝土结构中。
（2）骨料 骨料中含有活性硅酸、硅酸盐和碳酸盐，就会发生碱-骨料反应。这些骨料包括：乳白色燧石质、玉髓状燧石质、乳白色砂岩、白云质灰岩等。
（3）水 当相对湿度高于80%，或混凝土浸泡在水中，或有风压将水“压”进混凝土，胶凝体就会吸水膨胀，导致裂缝发生。
混凝土环境湿度低于80%时，即使发生了碱-骨料反应，也不会出现裂缝，因为碱-骨料反应形成的胶凝体吸水后才会膨胀，导致裂缝产生。
混凝土表面涂防水保护涂料可以阻断水源，避免胶凝体吸水。
混凝土的水灰比与碱-骨料反应有重大关系，当水灰比为0.4时，碱-骨料反应最大。水灰比低于或高于0.4，碱-骨料反应都会减弱。