碱激发胶凝材料中碱硅反应研究进展

本文综述了碱激发矿渣、碱激发粉煤灰、碱激发矿渣粉煤灰以及其它碱激发胶凝材料中的碱硅反应研究进展。在相同条件下,碱激发矿渣砂浆棒或混凝土棱柱体的膨胀值通常比硅酸盐水泥材料的小,取决于碱激发剂种类、活性骨料的种类和尺寸等。碱激发矿渣的碱硅反应并不随碱掺量的增加而变大,存在碱掺量最劣值。用粉煤灰或偏高岭土来取代矿渣可减小甚至抑制碱激发矿渣中碱硅反应的发生。

玄武岩地聚物砂浆的碱硅反应

碱骨料反应是土木工程行业常见危害之一,为推进地聚物的应用,需要研究掺玄武岩骨料的碱激发偏高岭土基地聚物砂浆在高温、高碱环境下的碱骨料反应及其变形行为。研究掺两种不同粒径玄武岩骨料的偏高岭土基地聚物砂浆在80℃、2 mol/L的NaOH溶液中养护14 d后的变形行为,采用XRF、XRD、SEM等手段分析原料和产物的组成及微观结构。研究结果表明:玄武岩在地聚物中会发生碱硅反应,但地聚物碱硅反应不具有可持续性;地聚物浆体部分最终会形成沸石结构,其特殊的笼式结构能够吸附和固溶大量有害碱,能让地聚物材料有效地避免碱骨料反应的危害。

粉煤灰抑制碱硅反应长期有效性研究

在混凝土中掺入一定量的粉煤灰作为抑制活性骨料ASR的工程措施已在大量工程中得以应用,但由于ASR的复杂性,以及施工人员对粉煤灰抑制ASR的机理了解得不够清楚全面,因此,粉煤灰抑制活性骨料ASR的长期有效性是工程界十分关注的问题。结合水电工程实际,开展的粉煤灰抑制活性骨料ASR的长龄期试验研究表明:随着龄期的延长,掺一定量粉煤灰混凝土中出现了ASR膨胀变形,粉煤灰对活性骨料ASR膨胀的抑制率有所降低。在外部碱充分的条件下,粉煤灰并未完全抑制活性骨料的ASR膨胀变形。

骨料形状及含量对碱硅反应引起的膨胀的影响

运用有限元和扩展有限元方法研究了骨料形状、骨料含量对混凝土碱硅反应(ASR)引起的膨胀及其由此带来的应力分布的影响.以前的相关研究大多忽略骨料形状的影响,事实上,骨料形状及骨料含量对混凝土碱硅反应引起的膨胀及其导致的应力分布有重要影响.骨料形状对混凝土碱硅反应引起的膨胀曲线诱导期及形状有不可忽略的影响.有角性骨料产生奇异应力场,三角形骨料产生较多的应力集中,而圆形骨料应力场更光滑.数值模拟所得的膨胀曲线与实验结果一致,差异在于膨胀量,膨胀曲线形状及膨胀曲线的诱导期.

低质粉煤灰抑制碱硅反应效果的研究

笔者研究了32种低质粉煤灰(JIS标准规定的Ⅲ级灰和非标准灰)。根据反复试验的结果,选择了用10%-30%的粉煤灰取代水泥,在80℃的氢氧化钠溶液中浸泡14天的方法(该方法是A STM标准提供的方法)。这种方法可以在短时间内准确评价抑制碱硅反应的效果。研究结果表明:不同产地粉煤灰抑制碱硅反应不必考虑JIS质量标准等级和JIS标准评价。

巴基斯坦阿莱瓦水电站工程混凝土碱硅反应的试验研究及预防

通过对巴基斯坦阿莱瓦水电站工程混凝土潜在的碱硅反应产生的机理和条件进行了相关的论述和试验研究,并从混凝土施工配合比及施工工艺等方面进行有效的控制和预防,所浇筑混凝土结构没有发生碱硅反应的开裂破坏,混凝土结构是安全的,确保了工程质量。

碱-硅反应中碱活化矿渣混凝土的耐久性研究

利用碱活化矿渣作为水泥替代材料,可以显著降低水泥行业的碳排放量并增强混凝土性能。然而,使用高碱度的活化剂有可能导致含有活性骨料的混凝土发生碱-硅反应,从而限制其商业应用。碱-硅反应的发生会导致混凝土力学性能发生变化。因此,在混凝土结构设计过程中,工作人员需要确定混凝土受碱-硅反应影响的程度。本文进行了机械强度实验,以评估碱-硅反应对混凝土性能的影响,并且研究了含有碱活化矿渣和活性骨料的混凝土混合物的碱-硅反应以及碱-硅反应膨胀与电阻率之间的相关性。结果表明,电阻率与碱-硅反应引起的膨胀之间具有良好的相关性。

锂渣粉对碱-硅反应的抑制效果及其自身微膨胀的分离

为了客观评价锂渣粉抑制碱-硅反应（ASR）的效果，进行了锂渣粉抑制ASR的试验和分离锂渣粉自身微膨胀的试验．用砂浆棒快速法对比了锂渣粉与粉煤灰单掺或复掺对ASR的抑制效果，当掺量为20％时，锂渣粉的抑制效果为76％，而粉煤灰的抑制效果可达93％，表明同掺量下锂渣粉对ASR的抑制效果远不如粉煤灰．采用砂浆棒快速法，使用非活性大理岩骨料测试在锂渣粉掺量为0，10％，20％，30％时的膨胀率，计算得到不同掺量下锂渣粉产生的微膨胀（膨胀率约0．005％～0．015％），然后从相应锂渣粉掺量下采用活性砂岩骨料时的膨胀率中减去锂渣粉的微膨胀，从而从锂渣粉抑制活性骨料ASR效能试验的膨胀值中分离出锂渣粉产生的自身微膨胀．采用60℃快速混凝土棱柱体法，进一步证实了混凝土中锂渣粉导致的早期微膨胀以及锂渣粉对ASR的抑制效果．结果表明：锂渣粉会导致砂浆或者混凝土在早期发生微膨胀；测试锂渣粉抑制ASR的效果时，需分离这种微膨胀；锂渣粉掺量为30％以上时，可有效抑制砂岩骨料的ASR，抑制效果约89％，略逊于同掺量粉煤灰的典型抑制效果．

磨细矿渣对现场活性骨料碱-硅反应的抑制

研究了不同掺量磨细矿渣对现场活性骨料碱-硅反应的抑制效能,并与普通砂浆进行对比。结果表明:磨细矿渣对骨料碱-硅反应的抑制作用,随磨细矿渣掺量的增加而增强,当磨细矿渣掺量达到50%及以上时,砂浆试件28 d膨胀率小于0.10%。压滤试验和能谱分析充分解释了磨细矿渣对活性骨料碱-硅反应的抑制机理,抑制机理主要是孔溶液中K+,Na+浓度的降低和水化产物中低n(Ca)/n(Si)比的C-S-H凝胶的形成。

基于碱-硅反应抑制效果的粉煤灰品质评价指标

基于粉煤灰抑制碱-硅反应(ASR)的效果,采用22种粉煤灰对具有碱活性的砂岩骨料进行ASR抑制试验,提出了用粉煤灰的化学成分因子CFA来评价粉煤灰品质、优选粉煤灰.首先用其中的12种粉煤灰进行砂浆棒快速法试验,分析了粉煤灰主要化学成分对ASR的影响,确定CFA的表达式为[m(CaO)+0.7356m(R2O)+1.4607m(MgO)-1.8299m(SO3)]/[0.7928m(SiO2)-2.1705m(Fe2O3)+0.5673m(Al2O3)];用其余10种粉煤灰进行砂浆棒快速法试验和60℃混凝土棱柱体法试验,验证了CFA的合理性,比较了CFA和另外3种粉煤灰品质评价指标与粉煤灰对ASR抑制效果的相关系数.结果表明:粉煤灰的单一化学成分不足以全面反映粉煤灰对ASR的抑制效果;CFA与粉煤灰对ASR的抑制效果有较好的相关性;当CFA≤0.400时,约30%的粉煤灰掺量可以有效抑制ASR;当CFA>0.400时,粉煤灰掺量应更大.

水工混凝土的碱-硅反应抑制

我国水利水电工程建设中越来越多地使用碱活性骨料,为了确保工程的安全性和兼顾经济性,需采取合理可靠的碱骨料反应抑制措施.提出用粉煤灰的比表面积与综合化学成分组合得到的物化因子作为评价粉煤灰品质的指标,以全面反映粉煤灰掺和料的化学、矿物、物理特性对抑制碱-硅反应效果的影响.水工混凝土对碱骨料反应已具备一定的自免疫力,这包括采用含碱活性石粉的人工砂时石粉起到的分散应力的作用,以及引气起到的消纳膨胀产物的作用.砂浆棒快速法高估了粉煤灰对水工混凝土碱-硅反应的抑制效果,混凝土棱柱体法由于配合比、骨料粒径均与实际水工混凝土差距较大,还无法真实反映抑制措施对水工混凝土碱-硅反应的抑制效果,需开发能够反映水工混凝土骨料粒径大、胶凝材料用量低、水胶比高等特点的碱-硅反应抑制效果评价试验方法.

磨细矿渣对碱-硅反应抑制效果的研究

选取采用砂浆棒快速法测试出14d膨胀率为0．1％左右、0．1％～0．2％、0．2％-0．3％、0．3％--0．4％等4种天然骨料以及0．4％以上的高活性石英玻璃共5种碱-硅活性骨料，研究了磨细矿渣对ASR的抑制作用，并与掺25％粉煤灰进行比较。研究结果表明当磨细矿渣掺至40％时，即可抑制4种天然骨料发生ASR。当磨细矿渣掺至70％时，石英玻璃砂28d的膨胀率仅为0．05％。磨细矿渣化学组成对抑制ASR作用的影响是各种组分影响的综合结果，对ASR的抑制效果与其Al2O3含量的相关性较大。其抑制ASR的主要作用是对胶凝材料体系中’碱的稀释和固结作用，孔结构的改善只能起到辅助作用。

碱-硅反应产物的微观形貌特征研究

选取4种具有代表性的活性硅质岩石,在80℃,1 mol/L NaOH溶液中浸泡7 d和14 d,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS),对其碱-硅反应(ASR)产物的微观形貌性状和组成进行深入研究。通过ASR产物与混凝土芯样中的水泥水化产物的对比分析,确定了ASR产物的典型微观形貌,为准确诊断混凝土ASR的发生提供了重要的科学依据。

土壤聚合物和水泥砂浆的碱-硅反应

为了比较分析土壤聚合物和含有矿物掺合料的水泥砂浆的碱-硅反应(ASR)问题。参照我国水工混凝土标准DL/T5151-2001和ASTM C 441-97进行了抑制骨料碱活性效能的试验。试验结果表明:掺加矿物掺合料能够有效地抑制ASR。当5%硅粉、20%粉煤灰和40%磨细矿渣共同掺入砂浆时,90d的膨胀率仅有0.13%,即降低了81.9%。对加压挤出的硬化水泥浆体孔溶液进行化学分析,发现矿物掺合料的加入降低了孔溶液中钾、钠离子和氢氧根离子的浓度,这是减少ASR危害的根本原因。土壤聚合物是一种无定形的无机材料,由偏高岭土、硅粉在高碱条件下制得。土壤聚合物的碱含量很高,达到12.1%,但土壤聚合物砂浆没有产生任何膨胀,其原因是土壤聚合物中没有充足的游离碱与活性骨料反应,因此不会产生危害性ASR。

不同掺合料对碱-硅反应的抑制及比较研究

在掺合料对碱-硅反应的抑制机理基础上,根据不同矿物掺合料对碱-硅反应的抑制试验结果,比较并分析了四种掺合料对碱-硅反应的抑制效果。结果表明,硅粉对混凝土碱-硅反应的抑制效果最好,当硅粉掺量为15%时,抑制率可超过90%;粉煤灰和石灰石粉的抑制效果次之,而矿渣的抑制效果相对较差。

混合材对碱-硅反应的作用Ⅱ.混合材对碱-硅反应膨胀作用的机理

在70℃条件下硅灰、矿渣和粉煤灰对碱-硅反应膨胀规律研究的基础上,进一步分析研究了混合材对碱-硅反应膨胀作用的机理。结果表明,混合材对碱-硅反应的作用主要是化学作用和表面物理化学作用。在适当的条件下,化学作用可以使碱-硅反应得到有效抑制,而表面物理化学作用只能使碱-硅反应得到延缓。混合材的化学作用和表面物理化学作用与体系中的Ca(OH)2含量有着密切的关系,在有大量Ca(OH 2)存在的条件下,混合材不能有效地抑制碱-硅反应膨胀。只有当Ca(OH)2含量低到一定程度时,混合材才有可能抑制碱-硅反应膨胀。

矿物掺合料和锂盐对碱-硅反应的抑制作用

碱-硅反应是混凝土碱集料反应中最易发生的环节,且潜伏期长,一般是1-10年。其一旦发生,就难以抑制,导致混凝土的膨胀和开裂,直至混凝土被破坏。本文综述了碱-硅反应的机理,并介绍了采用粉煤灰等矿物掺合料和锂盐以抑制碱-硅反应的效果。矿物掺合料主要通过减少孔溶液中碱的含量抑制碱-硅反应,锂盐主要通过生成非膨胀性的产物抑制碱-硅反应,已有研究表明这两种措施均能取得很好的效果。但矿物掺合料中含有的铝酸盐对抑制碱-硅反应的机理,以及锂盐对混凝土其他性能的影响仍有待研究。

混凝土中碱-硅反应的膨胀机理研究

利用高碱活性的蛋白石和低碱活性的天然水晶研究碱—硅反应的膨胀力来源。试样粉磨至40￣80μm后与0.7 mol/L的NaOH溶液混合,至反应达平衡,反应产物用真空干燥。取约1 g产物,压制成直径14 mm,厚约3￣4 mm的薄片后,采用自行设计的FLM1-凝胶膨胀自动测量仪分别在无半渗膜和有半渗膜条件下测量其吸水膨胀量。在无半渗膜条件下,反应产物的吸水膨胀量都很小;在有半渗膜条件下,反应产物吸水后都表现出明显的膨胀现象,其中蛋白石反应产物的膨胀量达85.5%,水晶的膨胀量有5.1%,这与反应溶液的pH值降低趋势相对应,也与样品本身的碱活性大小一致。结果表明,产物吸水肿胀所引起的膨胀量是很有限的,渗透压是碱-硅酸反应的主要膨胀来源,从而为碱-硅反应的渗透压假说提供试验论据。

混合材对碱—硅反应的作用 Ⅰ.混合材对碱—硅反应膨胀的作用

研究了在70℃条件下硅灰、矿渣和粉煤灰对碱-硅反应膨胀的影响规律。结果表明,硅灰、矿渣和粉煤灰这三种混合材并非是在所有的条件下都能有效地抑制碱-硅反应膨胀。硅灰在掺量为10%以下时对碱-硅反应膨胀没有显著影响,掺量为15%￣20%时也仅仅能延缓碱-硅反应膨胀。矿渣在掺量为30%￣70%范围内能延缓碱-硅反应膨胀,但不能有效地抑制碱-硅反应膨胀。粉煤灰在掺量为10%时对碱-硅反应膨胀没有显著影响,掺量为20%￣30%范围内能延缓碱-硅反应膨胀,但不能有效地抑制碱-硅反应膨胀,掺量超过50%后有可能抑制碱-硅反应膨胀。