Effect of the Composite of Natural Zeolite and Fly Ash on Alkali-Silica Reaction

The effect of the composite of natural zeolite and fly ash on alkali-silica reaction (ASR) was studied with natural alkali-reactive aggregate and quartz glass aggregate respectively.The expansive experiment of mortar bar and concrete prism was completed.The results show that ASR can be suppressed effectively by the composite of natural zeolite and fly ash.

ASR抑制下高性能混凝土的长期抗卤水腐蚀性

以中国西北地区高浓度盐碱环境为背景,研究了含潜在碱活性细骨料的大掺量矿物掺合料高性能混凝土(HPC)在Na^(+)-Cl^(-)-SO_(4)^(2-)型卤水中的力学性能和损伤演变.结果表明:在卤水浸泡3650 d时,HPC的相对动弹性模量大于90%,抗腐蚀系数大于1,线性膨胀率小于0.12%;较高的当量碱含量在一定程度上加剧HPC的碱硅酸反应(ASR);引气能够提高HPC的抗卤水腐蚀能力,降低ASR引起的膨胀;采用大掺量矿物掺合料和潜在碱活性细骨料制备的强度等级为C50的HPC,在Na^(+)-Cl^(-)-SO_(4)^(2-)型卤水中具有优良的长期耐久性.

冻融循环-碱硅酸反应对再生混凝土损伤的影响

我国西北地区长期处于严寒以及盐渍土环境会导致混凝土耐久性的下降。为了研究再生混凝土在冻融循环(FTC)后,受碱硅酸反应(ASR)而发生二次损伤的规律,以再生粗骨料为变量,将再生混凝土分别进行20次、40次冻融循环后浸泡在80℃的1 mol/L NaOH溶液中进行ASR 28 d,研究再生混凝土表面形貌、膨胀率、质量损失率、相对动弹性模量等损伤指标,分析FTC作用下ASR对再生混凝土二次损伤的机理。试验结果表明:前期冻融次数的增加使得内部裂缝增多导致后期ASR反应速率提升,随着FTC次数越多,再生粗骨料取代率越高,再生混凝土受ASR作用下膨胀率越大,在再生粗骨料取代率为70%时混凝土膨胀率达到最大值;当再生粗骨料取代率小于50%时,由于试件骨料初始损伤相对较小以及碱活性较弱,呈现超叠加损伤效应,当再生粗骨料取代率为50%以上时,ASR对混凝土的二次损伤变大,产生的硅酸盐凝胶总量增多,质量损失率也随之增大;随着冻融循环次数以及再生粗骨料取代率的增加,使得试件受到更多的基体损伤,且远大于附着砂浆二次水化过程中的结构密实作用导致混凝土的相对动弹性模量的下降并且随着再生粗骨料取代率的增大,骨料中更多碱活性物质被暴露在碱溶液下,给后期ASR提供了良好的反应环境,相对动弹性模量的下降程度越大,但前期的FTC并没有影响ASR反应二次损伤相对弹性模量规律。

粉煤灰对ASR的抑制及有效性评估

以中国快速砂浆棒法为基础 ,分别研究了在 40 ,60 ,80℃养护条件下低钙粉煤灰对硅质砾石、沸石化珍珠岩和石英玻璃碱硅酸反应 (alkalisilicareaction ,ASR)膨胀的抑制作用。讨论了集料碱活性、养护温度对粉煤灰抑制ASR效果的影响和建立粉煤灰及其它矿物外加剂抑制ASR有效性评估方法的技术路线和问题。结果表明 :粉煤灰抑制ASR的效果与集料碱活性和养护温度密切相关。一定养护温度下 ,集料活性越大 ,抑制效果越差 ;对特定活性集料 ,养护温度越高 ,抑制效果越差。粉煤灰对不同集料和同种集料不同养护温度下ASR膨胀抑制效果差异 ,主要与ASR历程有关 ,即与集料ASR本身特性有关。特定集料和养护条件下粉煤灰对ASR膨胀的抑制效果不能简单推广至其它种类不同的集料和养护条件。粉煤灰抑制ASR有效性应根据工程评价目的和要求分别确定。

粉煤灰抑制ASR的机制

本文研究粉煤灰对ASR的抑制作用。测定了不同粉煤灰掺量砂浆棒膨胀率、水泥石中Ca(OH)2含量以及主要水化产物C-S-H凝胶的微观结构和化学组成,并对粉煤灰抑制ASR的机制进行探讨。结果表明:随粉煤灰掺量增加,其对ASR具有显著的抑制效果。水泥石中Ca(OH)2含量不断减少,二次反应生成大量低n(Ca)/n(Si)的C-S-H凝胶。随n(Ca)/n(Si)降低,C-S-H凝胶中固溶了大量的Al,凝胶的固碱能力增强,从而使混凝土孔溶液中的有效碱大大减少,减轻了ASR程度。凝胶的固碱能力增强除了因n(Ca)/n(Si)降低,使C-S-H凝胶的固碱能力增强之外。还可能因为Al3+代替Si4+形成[AlO4]5-四面体,由于Al3+比Si4+少一价,引起电价不平衡,系统带负电,因此碱离子更容易进入C-S-H凝胶中,减少了碱与活性集料反应的机会。

温度和集料对混凝土ASR有效碱的影响规律

从碱硅酸反应(ASR)的化学本质出发,将有效碱进一步定义为扩散进入活性集料内并与活性SiO2发生化学反应的液相碱.在此基础上,以熔融石英玻璃为活性集料,研究养护温度、活性集料粒径和活性集料掺量(质量分数)对单颗活性集料内有效碱含量(质量分数)的影响;结合Fick第一定律和第二定律,建立了有效碱浓度的计算模型.结果表明:养护温度对单颗活性集料内有效碱含量影响显著;活性集料粒径对单颗活性集料内有效碱含量无显著影响;随着活性集料掺量的增加,单颗活性集料内有效碱含量呈现出一定的下降趋势;所建立的有效碱浓度计算模型可以有效反映养护温度、活性集料粒径和活性集料掺量对其的影响,对后续建模工作有一定的参考价值.

集料粒径与ASR膨胀关系及膨胀预测研究进展

综述了集料粒径与碱硅酸反应(ASR)膨胀关系的研究现状,指出了ASR膨胀研究存在的局限性,阐述了大粒径、多级配集料ASR膨胀规律研究的必要性。介绍了几种ASR膨胀机理及ASR膨胀预测模型,并指出基于碱硅酸反应活化能的测定预测ASR膨胀将可能成为今后研究的一个热点。

粉煤灰品质与抑制ASR膨胀的能力

对比研究了2类、4种粉煤的化学和矿物组成、颗粒形貌和级配及抑制碱硅酸反应(ASR)膨胀的效果,讨论了粉煤灰品质与抑制ASR膨胀的关系。结果表明:相同掺量时,低钙粉煤灰抑制ASR能力优于高钙粉煤灰;粉煤灰同一品质指标对不同类型粉煤灰抑制ASR能力的影响不同,不同粉煤灰抑制ASR膨胀能力的差异不能简单归结为某一特定品质指标的差别,特别是品质指标绝对值及差别不大时。

矿物掺合料和外加剂复合使用抑制ASR的效果研究

为研究矿物掺合料和外加剂复合使用抑制ASR的效果,应用CECS 48∶93标准,研究了粉煤灰和硅灰复合使用,粉煤灰、硅灰和高效减水剂复合使用,粉煤灰、硅灰和引气剂复合使用抑制ASR的效果.试验结果表明:当基准砂浆水胶比一定,且对比砂浆与基准砂浆具有相同流动度时:(1)粉煤灰和硅灰复合使用在一定程度上可以抑制ASR,粉煤灰掺量越高其抑制效果越明显.(2)粉煤灰、硅灰和高效减水剂复合使用时能够抑制ASR,其抑制效果优于粉煤灰、硅灰单独复合使用时的效果.(3)粉煤灰、硅灰和引起剂复合使用时能够抑制ASR,其抑制效果也优于粉煤灰、硅灰单独复合使用时的效果.

集料ASR碱活性检测方法评述

概述了ＡＳＴＭ标准和压蒸法中集料ＡＳＲ活性的检测方法，并对检测方法研究的进展进行了评述；讨论了应进一步研究的问题。

活性Al_2O_3对碱骨料反应(ASR)的抑制与制动作用

通过试验发现 ,在富含活性Al2 O3的混凝土体系中 ,虽然仍有可能发生碱 骨料反应(ASR) ,但在相同条件下 ,总膨胀率减小 ,膨胀期缩短 ,并最终趋于稳定 ,也就是说 ,活性Al2 O3既能抑制又能制动ASR膨胀 .其原因是 :在活性Al2 O3存在的情况下 ,ASR的反应产物不再是无限吸水膨胀的碱 硅酸凝胶 ,而是碱 铝硅酸盐凝胶 ,这类凝胶具有很强的结晶倾向 ,一旦结晶成沸石类矿物 ,其体积将不再因水分子的进出而胀缩 .倘若控制得当 。

高性能混凝土结构(HPCS)中的ASR及抑制措施评价

对ASR发生的化学机理进行了回顾。ASR发生的化学反应机理可以分为2步:1骨料颗粒外部OH-离子入侵活性颗粒,断开活性颗粒≡Si-O-Si≡的链接,形成分散的Si2+;2外界离子(K+,Na+,OH-)和≡Si-O-结合形成水化石灰石-Na-Si-复合物,该复合物吸水膨胀产生压力。利用ASR的化学反应机理分析和评价了普通混凝土中单种抑制材料抑制ASR的效果。由于HPC配合比设计时组成材料众多,根据ASR化学反应机理,研究HPC结构中用来抑制ASR的措施,必须考虑各种材料的相互影响和叠加效应。结论认为要保证HPC结构中抑制ASR的效果,关键是降低HPC结构中活性颗粒周围孔溶液中离子的浓度,防止合适浓度的OH-出现。

粉煤灰与沸石的复合对ASR的影响

用天然活性骨料和石英玻璃骨料研究了粉煤灰与沸石的复合对碱 -硅酸反应(ASR)的影响。测定了砂浆棒和混凝土棱柱体的膨胀率。结果显示 ,两者的复合能更有效地抑制ASR引起的膨胀。

掺煤矸石混凝土在ASR、氯盐腐蚀双因素作用下耐久性

以膨胀率、动弹性模量为损伤参量,研究了碱硅酸反应、氯盐腐蚀双重破坏因素作用下混凝土损伤规律,同时测试了混凝土中氯离子扩散情况。通过对掺、不掺煤矸石混凝土性能比较,着重考察煤矸石对混凝土耐久性的影响。试验结果显示,煤矸石的掺入能有效延迟和减缓混凝土ASR膨胀;普通混凝土经受ASR、氯盐腐蚀两者短期破坏作用后即处于濒临失效状态,掺煤矸石混凝土同期损伤程度小,动弹性模量下降缓慢,结构寿命延长;因煤矸石对混凝土孔结构的改善,其抗氯离子渗透性能明显优于普通水泥混凝土。火山灰反应优先消耗水化体系中OH-以及因结构致密化ASR反应速率受扩散过程控制是煤矸石延迟和减缓混凝土ASR膨胀的主要原因。

不同离子对混凝土碱硅酸反应影响的研究进展

混凝土的碱硅酸反应(Alkali-silica reaction,ASR)本质上是孔溶液中的离子、水分子与骨料中活性二氧化硅的反应。根据不同离子对ASR的影响效果,可将离子分为碱离子(Na^(+)、K^(+)和OH-)、锂离子和铝离子、钙离子。碱离子(Na^(+)、K^(+)和OH^(-))促进混凝土的碱硅酸反应,导致混凝土发生更严重的膨胀性破坏。Al^(3+)和Li^(+)减缓混凝土碱硅酸反应造成的膨胀性破坏;Ca^(2+)起到的作用与n(Ca)/n(Si)(物质的量比)密切相关,当n(Ca)/n(Si)<0.2时,Ca^(2+)对ASR起促进作用;当n(Ca)/n(Si)≥0.2时,Ca^(2+)对ASR起抑制作用。本文首先介绍了ASR反应产物的最新研究进展,包括ASR产物的种类、微观形貌、原子结构及水稳定性,综述了这些离子对ASR反应过程、ASR产物组成、ASR产物结晶性能及膨胀性的影响,展望了不同离子对混凝土ASR影响的未来研究方向。

微平面模型模拟ASR作用下混凝土力学行为

为了准确模拟发生碱-硅酸反应(ASR)的混凝土结构的复杂受力行为,在最新一代微平面理论的基础上,提出适于分析ASR作用下混凝土力学行为的微平面模型.修改了微平面应力边界和法向模量表达式,引入应力效应函数来模拟应力对ASR膨胀应变的影响.开发相应的动力显式算法,完成了该算法在有限元程序ABAQUS中的集成.对ASR作用下的混凝土试件力学性能和变形试验进行模拟可知,计算值与试验值吻合良好,验证了该模型的有效性.

ASR-氯盐腐蚀协同作用下混凝土的损伤特点

以碱+氯盐复合溶液浸泡的方式进行了ASR-氯盐腐蚀协同作用下混凝土加速劣化的实验。通过定期测量长度和动弹性模量,研究了混凝土在承受ASR、氯盐腐蚀双重破坏因素作用下的损伤特点以及混凝土初始碱含量、氯盐溶液浓度对损伤发展的影响。试验结果表明,不同浸泡液中当混凝土碱含量高时,各龄期的膨胀值均大于混凝土低碱时的膨胀值,同期的动弹性模量损失也更大。浓度较高的氯盐溶液主要在短期内对ASR膨胀的加速显著,但浓度较低的氯盐溶液则具有持续的加速作用。ASR-氯盐腐蚀作用下动弹性模量变化的具体特点是:劣化初期混凝土动弹性模量即急剧下降,当剩余动弹性模量在70%左右时,其下降减缓,随后发展极其缓慢至完全失效。分析动弹模量损失和膨胀率之间的关系,发现膨胀率低于0.5%时动弹性模量对因膨胀引起的混凝土损伤更为敏感。

粉煤灰抑制ASR的机理分析

文章通过研究混凝土界面过渡区的结构与组成来分析粉煤灰抑制ASR的机理。外加KOH条件下内掺粉煤灰取代部分水泥制作混凝土试件,在标准条件下养护28 d,用砂浆棒方法测定了混凝土的膨胀率,用扫描电子显微镜(SEM)观察界面过渡区的形貌;用能谱分析(EDXA)测定了C-S-H凝胶的化学组成。结果显示,粉煤灰的掺入对ASR有较好的抑制效果。粉煤灰与Ca(OH)2及水泥熟料水化生成的高Ca/Si比的C-S-H凝胶发生二次火山灰反应,消耗了大量的Ca(HO)2,同时生成大量低Ca/Si比的C-S-H凝胶,提高了对孔溶液中Na+和K+的吸收,降低了孔溶液中碱的质量浓度,从而起到抑制ASR的作用。

废弃玻璃混凝土ASR危害的研究进展

废弃玻璃在混凝土中再利用是近十几年研究固体废物再利用的热点问题之一,废弃玻璃混凝土的ASR危害是制约玻璃混凝土发展的主要因素。对ASR危害反应机理、影响因素、抑制措施三个方面研究进展进行全面总结,为废弃玻璃混凝土后续的研究应用提供理论依据。通过总结发现,ASR危害的反应机理研究不断深入,微观结构演化、裂缝分布及其发展过程等得到进一步探明;玻璃粒径、颜色、含量和养护温度等因素对废弃玻璃混凝土ASR危害影响较大,但尚未形成共识性的、定量的结论;通过控制玻璃颗粒粒径、掺入矿物掺和料、玻璃粉、含锂或含铝的化学物,可有效减小废弃玻璃混凝土的ASR危害,但其内在机理研究尚不成熟。这些将是未来研究的重点和热点。

用快速砂浆棒法评价Li_2CO_3与硝酸盐对ASR的长龄期抑制效果

利用快速砂浆棒法(AMBT)来评价Li_2CO_3和硝酸盐AN-1抑制碱硅酸反应(ASR)的能力,并且通过长期碱液高温浸泡试验方法(3a浸泡期)来确定上述2种化学外加剂对ASR抑制能力的真实性,同时对比了相同掺量的单掺矿物掺和料(SCM)砂浆棒对ASR的抑制效果.结果表明:在短期试验中,AN-1+SCM组合、Li_2CO_3+SCM组合和单掺SCM这3组抑制材料均能有效抑制ASR且满足AMBT规范的评定标准,其中,AN-1+SCM组合的短期抑制能力与单掺SCM时基本相同,但优于Li_2CO_3+SCM组合;在长期试验中,AN-1+SCM组合与Li_2CO_3+SCM组合的长期抑制效果显著,且优于单掺SCM时,其中,Li_2CO_3+SCM组合的M2砂浆棒(胶材为P·O 42.5水泥,SCM为10%粉煤灰+20%磨细矿渣)对ASR的抑制效果最佳;在AN-1+SCM组合中,AN-1的掺量阈值建议取水泥质量的0.75%~1.25%.