混凝土堿骨料反應(yīng)課件

1、混凝土堿骨料反應(yīng)混凝土的堿混凝土的堿骨料骨料( lio)反應(yīng)反應(yīng)孔凡敏孔凡敏第一頁，共三十一頁。混凝土堿骨料反應(yīng)目 錄一、耐久性及堿骨料反應(yīng)危害(wihi)綜述二、堿骨料反應(yīng)破壞機理 1、堿硅酸反應(yīng) 2、堿碳酸反應(yīng)三、堿骨料反應(yīng)影響因素四、堿骨料反應(yīng)預(yù)防措施五、涉及到的物理化學(xué)問題六、參考文獻(xiàn)第二頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)混凝土的耐久性破壞(phui)氯離子滲透碳化硫酸鹽侵蝕凍融循環(huán)堿骨料( lio)反應(yīng) 第三頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)(fnyng)的危害堿骨料( lio)反應(yīng)的危害較大，常見。英美等國家從40年代開始大量出現(xiàn)。我國自90年代以來也有發(fā)現(xiàn)。 比如北京的東直

2、門立交橋的破壞，就發(fā)現(xiàn)有堿骨料反應(yīng)。由于一旦發(fā)生，無法抑制，被稱為混凝土的“癌癥”。第四頁，共三十一頁。混凝土堿骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)(fnyng)的巨大破壞第五頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)(fnyng)機理 堿骨料反應(yīng)是指混凝土中含有的堿性物質(zhì)（Na2O+K2O）與 骨料中的某些活性礦物反應(yīng)生成一種新的生成物，即堿硅絡(luò)合物，伴隨吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土開裂。 堿硅酸(u sun)反應(yīng)堿碳酸反應(yīng)第六頁，共三十一頁。混凝土堿骨料反應(yīng)堿硅酸(u sun)反應(yīng)機理堿硅反應(yīng)是指骨料中的活性二氧化硅與混凝土中的堿反應(yīng)生成堿硅絡(luò)合物的反應(yīng)。 活性二氧化硅是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定(wndng)的硅，一般是指

3、無定形二氧化硅，隱晶質(zhì)、微晶質(zhì)和玻璃質(zhì)二氧化硅。 第七頁，共三十一頁。混凝土堿骨料反應(yīng)堿硅酸(u sun)反應(yīng)機理 最初由最初由Powers，steinour給出反應(yīng)的模型給出反應(yīng)的模型(mxng) 硅醇的中和反應(yīng)SiOH+OH- SiO-+H2OSiO-+Na+ Si-ONa（堿硅凝膠） 硅氧烷切斷反應(yīng)SiOSi +2OH- SiO-Si +H2OSiO-+ O-Si +2Na+ 2（Si-ONa）（堿硅凝膠）第八頁，共三十一頁。混凝土堿骨料反應(yīng)第九頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)唐明述對堿硅反應(yīng)膨脹(png zhng)的總結(jié)由于局部化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，生成(shn chn)產(chǎn)物的固相體積大于反

4、應(yīng)產(chǎn)物的固相體積，引起膨脹應(yīng)力。生成產(chǎn)物的強烈吸水，既增加了膨脹也加速了反應(yīng)。反應(yīng)和吸水的過程就是膨脹的過程，同時，二者相互促進(jìn)。第十頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)從熱力學(xué)角度對腫脹(zhngzhng)的解釋腫脹是由于(yuy)體系中溶劑分子的蒸汽壓低、自由能小，因此，純?nèi)軇┗蛳∪芤褐械娜軇┓肿佑凶园l(fā)的遷移到這個體系來的趨勢。膠體的腫脹只需有溶液即可，甚至可以吸收空氣中的水。由于(yuy)腫脹受到約束，因此產(chǎn)生巨大的膨脹壓導(dǎo)致基體的破壞。第十一頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)堿碳酸反應(yīng)(fnyng)機理最早由加拿大的swenson發(fā)現(xiàn) 粗骨料是白云石灰?guī)r，發(fā)生反應(yīng)使混凝土膨脹開裂。 與堿硅酸

5、反應(yīng)完全不同，混凝土孔溶液(rngy)中的堿離子（Na+ 、K+）和骨料中的白云石CaMg（CO3）2之間的反應(yīng) 第十二頁，共三十一頁。混凝土堿骨料反應(yīng)去白云(bi yn)化反應(yīng)CaMg（CO3）2+2MOH Ca CO3+ MgCO3+ M2CO3M2CO3+Ca（OH）2 2MOH+ Ca CO3第十三頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)Gillott解釋(jish)的反應(yīng)機理反應(yīng)物的固相體積大于反應(yīng)產(chǎn)物的固相體積，因此反應(yīng)本身不可能引起膨脹。他發(fā)現(xiàn)白云石晶體中包裹(bogu)有干燥的粘土，上述的去白云化反應(yīng)使白云石晶體遭受破壞，從而使粘土暴露造成能夠吸收膨脹的條件。而干粘土吸水是造成膨脹的主

6、要原因而干粘土吸水是造成膨脹的主要原因。第十四頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)唐明述的機理(j l)解釋膨脹主要是由局部化學(xué)反應(yīng)和結(jié)晶壓引起膨脹主要是由局部化學(xué)反應(yīng)和結(jié)晶壓引起通過巖相和STEM觀察和試驗，白云石晶體的分散分布并鑲嵌在緊密包裹的基質(zhì)之中，其間沒有剩余的空間允許其他的離子進(jìn)入。當(dāng)Na+ 、K+、OH-和水進(jìn)入被基質(zhì)包裹的限制空間就必然(brn)會引起膨脹。再加以形成的方解石、水鎂石晶體生長的結(jié)晶壓就進(jìn)一步產(chǎn)生了膨脹壓力 第十五頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)該機理(j l)的熱力學(xué)解釋 上述反應(yīng)之所以會發(fā)生，主要是由于上述反應(yīng)實質(zhì)上從化學(xué)熱力學(xué)分析為自由能降低的過程(guchng

7、)。上述反應(yīng)式寫成離子反應(yīng)式為CaMg（CO3）2+2OH- Ca CO3+ Mg（OH）2+ CO32-可算得自由能的變化為G=-12.8KJ/mol，G0，所以此反應(yīng)為自發(fā)過程。第十六頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)的影響(yngxing)因素活性骨料含量水泥的堿含量即使堿含量低于0.6%，但若堿活性骨料相應(yīng)減少，也會引起(ynq)很大的膨脹?；钚怨橇狭６葴p小時，一般會增加膨脹值，但當(dāng)所有骨料全磨細(xì)到53m時，則無論其含堿量多少，都不會膨脹。環(huán)境濕度反應(yīng)溫度第十七頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng) 活性骨料量對膨脹值的影響活性骨料量對膨脹值的影響(yngxing) 水泥含堿量對膨脹

8、的影響規(guī)律相似，當(dāng)活性骨料含量和粒度相同時，存在一個最優(yōu)堿含量使膨脹最低。第十八頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)砂中蛋白石含量不同時水泥(shun)的安全含堿量 項目砂中蛋白石含量（%）無膨脹的最大堿含量（%）膨脹0.1%的堿含量（%）110.150.19220.250.30350.350.65D.O.Woolf的研究證明，當(dāng)活性骨料較少時，堿含量(hnling)0.19%也會引起很大的膨脹。第十九頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng) 相對濕度對堿骨料反應(yīng)(fnyng)膨脹的影響第二十頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng) 反應(yīng)溫度(wnd)對堿骨料反應(yīng)膨脹的影響第二十一頁，共三十一頁。混凝土堿骨料反應(yīng)

9、堿骨料反應(yīng)(fnyng)的抑制措施使用非活性骨料控制混凝土堿含量控制混凝土濕度(shd)使用礦物摻合料使用化學(xué)外加劑第二十二頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)使用(shyng)非活性骨料最安全可靠的措施 目前對評定骨料堿活性特別是慢膨脹骨料潛在堿活性尚無絕對可靠的方法(fngf) 我國堿活性骨料分布廣泛 ，活性骨料的使用在所難免 第二十三頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)控制(kngzh)混凝土堿含量通常(tngchng)認(rèn)為混凝土堿含量低于3 kg/m3，混凝土孔溶液中的Na+ 、K+、OH-濃度便低于臨界值，AAR難于發(fā)生或發(fā)生較輕 美國、英國、日本等國家，都曾廣泛使用堿含量低于0.6%的低堿

10、水泥以降低堿骨料反應(yīng)北京的地鐵工程也規(guī)定使用堿含量低于0.6%的水泥。 第二十四頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)控制(kngzh)混凝土濕度水是堿骨料反應(yīng)發(fā)生的必要條件，因此隔絕水源很重要(zhngyo)。有時難以實現(xiàn) 第二十五頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)使用(shyng)礦物摻合料n機理(j l) 混合材對ASR的抑制作用主要表現(xiàn)在對混凝土中堿和 Ca（OH）2的作用，可概括為對堿的物理稀釋、吸附、與Ca（OH）2的火山灰反應(yīng)，減少甚至消除體系中的 Ca（OH）2，以及火山灰反應(yīng)生成的低鈣硅比的產(chǎn)物對堿的吸附、滯留、和對體系的致密化作用等 。n混合材的摻量需要一定的限值才可見效 一般推薦

11、的摻量為粉煤灰30%以上，磨細(xì)礦渣粉50%以上，硅粉10%以上，才能有效的抑制堿骨料反應(yīng)。n此種方法對ACR的抑制作用不大。第二十六頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)使用(shyng)化學(xué)外加劑是抑制(yzh)堿骨料反應(yīng)的有效措施 常用的化學(xué)外加劑有鋰鹽、鈣鹽等 第二十七頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)涉及(shj)到的物理化學(xué)問題腫脹(zhngzhng)吸水時用到蒸汽壓和自由能理論反應(yīng)自由能小于零，反應(yīng)為自發(fā)過程。第二十八頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)參考文獻(xiàn)馮乃謙，邢峰 ， 混凝土與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性唐明述 ，堿集料反應(yīng)破壞的典型事例POWERRS T C,STEINOUR H H An

12、interpretation of some published research on alkali affregate reaction,part The chemical reactions and mechanism of expansion . 唐明述，薛萬榮 ，關(guān)于(guny)堿骨料反應(yīng)的幾個問題 Swenson E G A reative aggregate undected by ASTM tests. Gillott J E Mechanism and kinetics of expansion in the alkali-carbonate rock reaction 唐明

13、述 ，堿硅酸反應(yīng)和堿碳酸反應(yīng)Likefei, Durability of engineering materials and structures.D.O.Woolf,Public Road ,27盧都友，許仲梓，呂億農(nóng)等 集料ASR活性檢測方法評定。唐明述，世界各國堿集料反應(yīng)及動向。曹楊，周敏等，C-S-H凝膠產(chǎn)物的Ca/Si比對堿骨料反應(yīng)的影響。馮乃謙，邢峰 ， 混凝土與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性莫祥銀，許仲梓，鋰鹽抑制ASR的長期有效性研究。莫祥銀，許仲梓，高溫下鋰化合物抑制ASR的研究。莫祥銀，許仲梓，抑制ASR新型外加劑的研究。Mccoy W J,Caldwell A G,New approach to inhabiting alkai-aggregate expansiaon.莫祥銀，化學(xué)外加劑抑制堿硅酸反應(yīng)的長期有效性和機理。第二十九頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)謝 謝！第三十頁，共三十一頁?；炷翂A骨料反應(yīng)