碱硅酸反应对水泥基材料力学性能的影响

通过对比活性不同的两种砂制备的砂浆试样在碱硅酸反应中的膨胀率,结合三轴抗压测试研究了碱硅酸反应前后水泥基材料的力学性能变化,分析了碱硅酸反应后材料微观结构演变与力学性能间的关系。结果表明碱惰性砂制备的砂浆试样中骨料周围局部区域形成少量针状凝胶相,由于碱硅酸反应速率较慢且凝胶相较少,因而其膨胀率较小且对水泥基材料力学性能的影响较小。碱活性砂制备的砂浆试样中,骨料周围易生成大量针状凝胶层,且随着碱硅酸反应的进行凝胶相膨胀加剧,促进水泥基材料中骨料周围的水泥浆体中形成大量裂纹,进而明显影响水泥基材料的力学性能。研究表明,三轴抗压测试中,除膨胀率外,极限抗压强度和应变量也可以作为评价水泥基材料碱硅酸反应水平的参量。     

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。     

养护温度对LiNO_3抑制砂浆棒ASR膨胀的影响

基于砂浆棒长度法,以两河口砂岩为碱活性骨料,通过测定砂浆棒长度、28d龄期砂浆棒孔溶液中的碱含量,研究了20,38,60,80℃条件下LiNO_3对砂浆棒碱骨料反应(alkali silica reaction,ASR)的抑制效果.结果表明:养护温度对掺加LiNO_3砂浆棒ASR膨胀率的影响主要体现在低温和高温;180d时,LiNO_3对砂浆棒ASR的长期抑制效果随相同温度下对照组膨胀率的增大而增大;采用砂浆棒长度法测定的60℃条件下LiNO_3对砂浆棒ASR的抑制率与用混凝土棱柱体法测定的结果最为接近,适用于快速评价LiNO_3对砂浆棒ASR膨胀的抑制效果.     

高活性偏高岭土及粉煤灰对碱骨料反应的抑制作用

为研究偏高岭土及粉煤灰对活性骨料膨胀的抑制作用及机理,采用快速砂浆棒法,研究了用石英玻璃为骨料,以5%,10%,15%,20%,25%高活性偏高岭土等质量取代水泥或以10%,20%,30%,35%,40%,45%粉煤灰等质量取代水泥的砂浆棒膨胀率,并采用扫描电镜对其机理进行了分析.结果表明:高活性偏高岭土抑制碱骨料反应(ASR)具有少量高效的特点,而粉煤灰要在等质量取代水泥35%及以上时才能有效抑制ASR;高活性偏高岭土颗粒明显小于粉煤灰颗粒,且具有更高的活性,掺入水泥砂浆后所生成的胶凝材料更加致密.     

粉煤灰和抛光渣抑制碱硅酸反应及其机理研究

采用砂浆棒快速法,分别以0%、20%、30%、40%的粉煤灰和抛光渣等质量取代水泥制备砂浆试件,进行膨胀率及强度测试,借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法对碱环境下集料与胶凝材料界面过渡区的微观结构、元素组成和生成物进行分析,研究粉煤灰和抛光渣抑制碱硅酸反应(ASR)的内在机理.结果表明:粉煤灰和抛光渣均可有效抑制ASR,综合考虑粉煤灰、抛光渣对ASR的抑制作用和对材料强度的影响,粉煤灰、抛光渣取代率宜取20%～30%;掺粉煤灰和抛光渣均可使界面过渡区结构更致密;界面过渡区钙硅比和钠硅比明显降低;钾硅比和铝硅比在界面过渡区有突变,K和Al在界面过渡区富集,原因为K~+比Na~+更倾向于与Al_2O_3结合.尽管抛光渣碱含量较高,但其中高含量的SiO_2、Al_2O_3及活性集料中的SiO_2可与体系中的Na~+、K~+共同作用,在界面过渡区生成体积稳定的架状结构硅酸盐矿物钾霞石KAlSiO_4和霞石(K,Na)AlSiO_4,从而抑制ASR.     

两类典型碱活性岩石试体在碱溶液中的膨胀行为

为确定以Spratt硅质灰岩(SL岩石)和Pittsburg泥质白云质灰岩(PL岩石)为代表的两类典型碱活性岩石试体在碱性环境中的膨胀来源和发展评定岩石碱活性的方法,研究了不同条件下SL和PL岩石在砂浆和混凝土中的膨胀行为.研究结果表明:SL岩石在砂浆和混凝土中均呈高ASR膨胀性,尽管其中的少量白云石可发生去白云石化反应;决定PL岩石高膨胀性的机制是ACR,与传统的ASR有本质不同,尽管其中含有的少量微晶石英可参与与碱的反应并可能对岩石的膨胀有一定贡献.采用能保持岩石微观结构构造特征的颗粒尺寸是正确评估PL岩石碱活性的关键.利用ASR和ACR对粉煤灰等混合材及含锂化合物的不同响应,特别是LiOH的抑制ASR膨胀和引发ACR膨胀的双重效应,在实验室可以快速区别同时含有白云石和石英的灰岩类集料的活性来源.     

碱矿渣水泥修补材料黏结界面性能研究

碱矿渣水泥应用于修补材料具有快硬、早强、黏结性能优异等特点,研究了不同粗糙程度基底对碱矿渣修补砂浆黏结性能的影响,对黏结界面过渡区进行了微观测试分析。结果表明,碱矿渣水泥修补砂浆的黏结性能优异,相比水泥基修补材料,黏接面粗糙程度对碱矿渣修补砂浆界面弯拉强度的影响要小;碱矿渣修补材料新旧界面过渡区中,水泥基底的水化产物能和碱矿渣修补材料发生反应,生成低钙硅比的C-S-H凝胶,界面区结构得到优化,其黏结机理除机械咬合作用外,还存在化学键合作用。     

天然火山灰质材料对骨料碱活性的抑制研究

用岩相法、砂浆长度法、砂浆棒快速法和混凝土棱柱体法检验了某工程砂岩骨料的碱活性,并采用砂浆棒快速法研究不同品种天然火山灰质材料对该砂岩ASR膨胀的抑制效果.试验结果表明该砂岩骨料具有潜在的ASR活性,不同品种天然火山灰质材料对骨料ASR抑制效果差异较大,抑制效果最差的为玄武岩微粉,掺量在40％以上才能把这种砂岩的ASR...     

碱的阈值及矿物掺合料组分对碱-硅酸反应的影响

矿物掺合料是抑制碱-硅酸反应(ASR)膨胀的有效方法之一,其种类、掺量不同,抑制效果也不同。以陶瓷抛光渣、粉煤灰、矿渣粉为掺合料取代部分水泥制备砂浆棒,通过膨胀率测定和能谱分析,研究碱的阈值及矿物组分对ASR膨胀的影响。结果表明:陶瓷抛光渣、粉煤灰对ASR膨胀的抑制效果优于矿渣粉;掺合料可使碱的阈值增大,降低因碱而发生较大ASR膨胀的风险;钙的含量也有阈值效应,达到50%以上时,会使ASR膨胀陡然增大;矿物化学组分与ASR膨胀的关系有一定规律可循,14 d膨胀值与(2Na₂O_e+CaO)/SiO₂获得最佳拟合。     

温度和供碱方式对砂岩ASR的影响

参照砂浆长度法和砂浆棒快速法,研究了温度和供碱方式对砂岩砂浆试件ASR的影响.试验结果表明,提高养护温度可以加速砂岩的ASR反应速率,但会降低砂岩砂浆试件的最终膨胀率.低温养护条件下,供碱方式会影响砂岩砂浆试件的ASR反应速率,高温养护条件下,供碱不仅应影响砂浆的ASR速率,还会对试件随龄期的膨胀曲线趋势产生明显影响.高温养护条件下,砂浆试件膨胀率随时间的变化,可用双曲函数较好的拟合.     

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.     

Effects of crushed glass cullet sizes,casting methods and pozzolanic materials on ASR of concrete blocks

The aim of this study is to investigate the influence of using different particle sizes of recycled glass, casting methods and pozzolanic materials in reducing the expansion due to alkali-silica reaction (ASR) of concrete blocks prepared with the use of crushed glass as fine aggregate. In this work, 25 × 25 × 285 mm mortar bar specimens were prepared using conventional wet-mixed and dry-mixed methods. Except for the control mortar bar, all the specimens were prepared by completely replacing river sand with different particle sizes of recycled glass. In addition, the influence of fly ash (PFA) and metakaolin (MK) content on the reduction of ASR expansion was also investigated. The flexural strength of the mortar bar specimens before and after they had been exposed to 1N NaOH solution was determined to complement the results of ASR expansion test. SEM was performed to examine the microstructure as well as nature of the cement binder-glass interfacial zone. The results reveal that ASR expansion reduced with reducing particle size of glass used. For the same given mix proportion, the dry-mixed method resulted in 44% less expansion when compared with the wet-mixed method. Both PFA and MK were demonstrated to be able to significantly reduce ASR expansion of the concrete glass blocks.     

碱硅酸反应交流阻抗谱研究及其合理应用

以快速砂浆棒法为比较,用交流阻抗谱方法对几种集料的潜在碱活性和由此引起的碱硅酸反应对砂浆密实性、抗渗性和氯离子扩散性的影响进行了研究.结果表明:有潜在碱活性的集料与普通集料有不同的交流阻抗响应,可以根据其特征阻抗谱在复平面中的相对位置以及相角的大小来评定集料的碱活性,所得结果与快速砂浆棒法检测的结果有较好的相关性.交流阻抗谱方法有可能发展为评定集料碱活性的方法.在适度的碱硅酸反应存在的情况下,砂浆密实性、抗渗性提高,氯离子扩散阻抗系数变大.利用这一特性可以提高混凝土的耐久性和使用寿命,这对于具有一定潜在碱活性集料的合理使用有参考价值.     

三峡工程花岗岩人工骨料碱活性试验研究

对花岗岩休工骨料从宏观到微观,用多种试验方法进行了大量的试验研究,研究结果表明,用现有标准判断,花岗岩为非活性骨料,砂浆长度法试验结果表明,花岗岩砂浆经14例的膨胀已基本趋于稳定,而且在碱含量低的条件下,也没有出现危害性的膨胀,从三峡工程的重要性及混凝土耐久性方面全面考虑,工程应严格控制水泥含碱量及混凝土中的总碱量。     

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。     

抑制ASR新型外加剂的研究

研究了不同反应条件下新合成的化学外加剂ＣａＸ对两种工程实际使用集料ＡＳＲ膨胀的影响。证明了其抑制ＡＳＲ（碱硅酸反应）膨胀的长期有效性,并从机理上加以阐述。     

The effect of cement alkali content on ASR susceptibility of mortars incorporating admixtures

In this study, the effects of three types of plasticizing chemical admixtures (modified lignosulfonate, sulfonated naphthalene formaldehyde and polycarboxylate based) on deleterious expansion due to alkali–silica reaction (ASR) have been investigated. Two different types of cements with low (0.53 Na₂O eq.) and high (0.98 Na₂O eq.) alkali contents, a non-reactive crushed limestone as fine aggregate and a reactive river sand were used within the scope of the experimental program. ASR tests were conducted according to accelerated mortar bar method (ASTM C 1260). Additionally the flow value, dry unit weight, capillary water absorption and compressive strength tests were performed. Test results indicated that mortars prepared with inert fine aggregate caused no significant expansion, regardless of cement type, admixture type and dosage. However, for mixes containing reactive sand, admixtures increased or decreased the expansion values (compared to plain mortars) depending on the alkali content of cement used. The magnitude of change of expansion also depended on the type and amount of admixture incorporation which have a dominant effect on stability and compactability of mortars. The high-alkali cement usually revealed the ASR expansion augmentation behaviour of admixtures. In contrast, low alkali cement decreased the expansion values compared to the control specimens.