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(yè)，共三十一頁(yè)。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(jī)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(wèn)題六、參考文獻(xiàn)第二頁(yè)，共三十一頁(yè)?；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(yè)，共三十一頁(yè)?；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(jiàn)。英美等國(guó)家從40年代開(kāi)始大量出現(xiàn)。我國(guó)自90年代以來(lái)也有發(fā)現(xiàn)。 比如北京的東直

2、門(mén)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(wú)法抑制，被稱(chēng)為混凝土的“癌癥”。第四頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)(fnyng)的巨大破壞第五頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)(fnyng)機(jī)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(kāi)裂。 堿硅酸(u sun)反應(yīng)堿碳酸反應(yīng)第六頁(yè)，共三十一頁(yè)。混凝土堿骨料反應(yīng)堿硅酸(u sun)反應(yīng)機(jī)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(wú)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(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)堿硅酸(u sun)反應(yīng)機(jī)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(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)第九頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)唐明述對(duì)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(qiáng)烈吸水，既增加了膨脹也加速了反應(yīng)。反應(yīng)和吸水的過(guò)程就是膨脹的過(guò)程，同時(shí)，二者相互促進(jìn)。第十頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)從熱力學(xué)角度對(duì)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(gè)體系來(lái)的趨勢(shì)。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(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)堿碳酸反應(yīng)(fnyng)機(jī)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(kāi)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(yè)，共三十一頁(yè)。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(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)Gillott解釋(jish)的反應(yīng)機(jī)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(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)唐明述的機(jī)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(guò)巖相和STEM觀察和試驗(yàn)，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(méi)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(huì)引起膨脹。再加以形成的方解石、水鎂石晶體生長(zhǎng)的結(jié)晶壓就進(jìn)一步產(chǎn)生了膨脹壓力 第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)該機(jī)理(j l)的熱力學(xué)解釋 上述反應(yīng)之所以會(huì)發(fā)生，主要是由于上述反應(yīng)實(shí)質(zhì)上從化學(xué)熱力學(xué)分析為自由能降低的過(guò)程(guchng

7、)。上述反應(yīng)式寫(xiě)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(guò)程。第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)?；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(huì)引起(ynq)很大的膨脹?；钚怨橇狭６葴p小時(shí)，一般會(huì)增加膨脹值，但當(dāng)所有骨料全磨細(xì)到53m時(shí)，則無(wú)論其含堿量多少，都不會(huì)膨脹。環(huán)境濕度反應(yīng)溫度第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)。混凝土堿骨料反應(yīng) 活性骨料量對(duì)膨脹值的影響活性骨料量對(duì)膨脹值的影響(yngxing) 水泥含堿量對(duì)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(shí)，存在一個(gè)最優(yōu)堿含量使膨脹最低。第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)砂中蛋白石含量不同時(shí)水泥(shun)的安全含堿量 項(xiàng)目砂中蛋白石含量（%）無(wú)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(shí)，堿含量(hnling)0.19%也會(huì)引起很大的膨脹。第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng) 相對(duì)濕度對(duì)堿骨料反應(yīng)(fnyng)膨脹的影響第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)。混凝土堿骨料反應(yīng) 反應(yīng)溫度(wnd)對(duì)堿骨料反應(yīng)膨脹的影響第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)。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(yè)，共三十一頁(yè)。混凝土堿骨料反應(yīng)使用(shyng)非活性骨料最安全可靠的措施 目前對(duì)評(píng)定骨料堿活性特別是慢膨脹骨料潛在堿活性尚無(wú)絕對(duì)可靠的方法(fngf) 我國(guó)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(yè)，共三十一頁(yè)?；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(guó)、英國(guó)、日本等國(guó)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(yè)，共三十一頁(yè)?；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(shí)難以實(shí)現(xiàn) 第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)使用(shyng)礦物摻合料n機(jī)理(j l) 混合材對(duì)ASR的抑制作用主要表現(xiàn)在對(duì)混凝土中堿和 Ca（OH）2的作用，可概括為對(duì)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(duì)堿的吸附、滯留、和對(duì)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(jiàn)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(duì)ACR的抑制作用不大。第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)?；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(yè)，共三十一頁(yè)?；炷翂A骨料反應(yīng)涉及(shj)到的物理化學(xué)問(wèn)題腫脹(zhngzhng)吸水時(shí)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(guò)程。第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)?；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(wàn)榮 ，關(guān)于(guny)堿骨料反應(yīng)的幾個(gè)問(wèn)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(cè)方法評(píng)定。唐明述，世界各國(guó)堿集料反應(yīng)及動(dòng)向。曹楊，周敏等，C-S-H凝膠產(chǎn)物的Ca/Si比對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)期有效性和機(jī)理。第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)。混凝土堿骨料反應(yīng)謝 謝！第三十頁(yè)，共三十一頁(yè)。混凝土堿骨料反應(yīng)