混凝土是人类社会最大宗的建筑材料，得到了广泛应用。混凝土的碱-集料反应破坏在世界范围内造成的经济损失难以估计，鉴于其他国家的经验教训和我国已经发生的碱-集料反应破坏事例，对碱-集料反应的严重破坏性应予以足够重视。　　 本论文主要针对碱-集料反应有效碱展开研究。首先，在前人基础上，提出只有进入活性集料中的碱金属离子才是有效碱的概念。这从反应的角度更好地区分了混凝土中碱的种类，相比于传统意义上将基体孔隙溶液中的碱称为有效碱的做法更进一步。对于有效碱的测量，研究中主要采用了两种方法，分别是扫描电镜能谱分析法和火焰光度法，并论证了它们的可行性，具有足够的精度。　　 其次，针对碱金属离子在活性集料中扩散的特点，将三维扩散过程依据对称性简化为一维扩散，并假设混凝土界面过渡区与活性集料接触处的碱为在集料中扩散的起始浓度，在其不随时间变化的前提下，基于菲克非稳态扩散定律，建立了碱在活性集料中扩散的理论方程，并得出了解析解，符合高斯误差函数分布。结合相关参数可以计算有效碱含量时空变化规律，从而解决了定量描述有效碱的问题。　　 再次，本文研究了有效碱起始扩散浓度的影响因素及影响规律。依据理论模型，该浓度直接决定了活性集料中有效碱的时空分布。研究证实，它与混凝土基体孔隙溶液中碱浓度密切相关，由于碱在界面过渡区的富集，界面处碱超过基体孔溶液中的10倍以上；对于石灰岩等非活性集料而言，富集程度一般在2～4倍。同时一切影响混土中碱的释放与吸收的因素都可以对基体碱浓度造成影响，进而影响有效碱起始扩散浓度。对于混凝土基体而言，这些因素包括胶凝材料的综合酸度、综合活性指数以及混凝土总碱量。经拟合，发现它们与基体碱浓度和有效碱起始扩散浓度具有指数相关性，显著因子很高；并且研究证实基体碱浓度和有效碱起始扩散浓度在早期存在上升过程，但二者很快达到平衡不再随时间变化，这也说明了之前理论模型建立过程中相关假设的正确性。　　 另外，本论文试验研究了不同因素对活性集料中有效碱时空分布规律的影响，发现这些因素影响有效碱的原因主要是其改变了混凝土基体孔隙溶液碱离子浓度，或者说是基体自由碱浓度，而它们改变碱离子在基体中的扩散系数对有效碱并无太大影响。矿物掺合料加入，降低有效碱含量，掺量越大，降低作用越明显；总碱量提高，有效碱增加；活性集料掺量变大，单个集料内有效碱减少；养护时间延长，养护温度提高，有效碱增加：变化水胶比和应力状况对有效碱影响不大。这些因素变化对有效碱造成影响的原因均可以用上述理论来解释：矿物掺合料种类和掺量、混凝土总碱量、活性集料掺量和养护条件的变化影响了混凝土基体中碱的释放与吸收，以及其在界面过渡区的富集，因此对有效碱含量与分布有较大影响；而水胶比和应力状况变化主要改变碱离子在基体中的扩散系数，因此影响不大。　　 最后，试验测定了有效碱在活性集料中的扩散系数，同时结合之前关于有效碱起始扩散浓度试验结果，运用前文中建立的模型计算了矿物掺合料种类和掺量等不同因素影响下的有效碱时空分布，并与试验结果进行了对比。对比中发现，理论值略低于试验值，但二者之间误差基本在10％以内，模型计算精度较高。产生误差的主要原因是将碱向活性集料的扩散和在活性集料中的扩散由三维过程简化为一维。