Notice: Undefined index: linkPowrot in C:\wwwroot\wwwroot\publikacje\publikacje.php on line 1275
Strona główna > Publikacje
Publikacje
Pomoc (F2)
[6251] Artykuł:

The course of alkali-aggregate reactions in concrete

(Przebieg reakcji alkalia-kruszywo w betonie)
Czasopismo: Archives of Civil Engineering   Tom: 54, Zeszyt: 3, Strony: 593-608
ISSN:  1230-2945
Opublikowano: 2008
 
  Autorzy / Redaktorzy / Twórcy
Imię i nazwisko Wydział Katedra Procent
udziału		 Liczba
punktów
Zdzisława Owsiak orcid logoWBiAKatedra Technologii i Organizacji Budownictwa *****1004.00  

Grupa MNiSW:  Publikacja w recenzowanym czasopiśmie wymienionym w wykazie ministra MNiSzW (część B)
Punkty MNiSW: 4

Web of Science LogoYADDA/CEON    
Słowa kluczowe:

przebieg reakcji  reakcja alkalia-kruszywo  beton  roztwór porowy  żel krzemionkowy 

Keywords:

course of reaction  alkali-aggregate reaction  concrete  pore solution  silica gel 


Streszczenie:

Reakcja alkaliów z kruszywem w betonie wiąże się zarówno z występowaniem kruszyw reaktywnych, ale również z zawartością alkaliów w betonie, na którą największy wpływ ma zawartość sodu i potasu w cemencie. Reakcja alkalia-kruszywo zachodzi między roztworem w porach w zaprawie czy betonie i pewnymi rodzajami kruszyw, prowadząc do ekspansji betonu, która może powodować jego pękanie i destrukcję. Problem reakcji alkaliów z kruszywem jest ciągle aktualny i mimo licznych badań i publikacji wiele zagadnień jest niewyjaśnionych. W pracy przedstawiono wyniki wieloletnich badań autorki obejmujące reakcje kruszywa z alkaliami. Celem badań było określenie: wpływu zawartości alkaliów w cemencie na wielkość ekspansji, znaczenia zmian stężeń wodorotlenków sodu i potasu w fazie ciekłej, zmian składu żelu krzemianu sodowo-potasowo-wapniowego w funkcji czasu oraz znaczenia faz ubocznych towarzyszących reakcji alkaliów z krzemionką. Badania obejmowały zmiany wymiarów liniowych beleczek zaprawy oraz zmiany stężenia jonów sodu i potasu w fazie ciekłej, a także mikrostrukturę zaprawy i analizę rentgenowską mikroobszarów w zaprawie po ekspansji. Do badań mikrostruktury zastosowano mikroskopię skaningową z równoczesną analizą rentgenowską w mikroobszarze. Z przeprowadzonych badań wynika, że wielkość ekspansji zależy od zawartości potasu i sodu w cemencie, a szybkość spadku stężenia jonów sodu i potasu w roztworze w porach zaprawy wskazuje na dalej postępującą reakcję z krzemionką i towarzyszącą ekspansje zaprawy. Wskaźnikiem umożliwiającym przewidywanie przebiegu dalszej reakcji kruszyw z alkaliami może być zawartość alkaliów w fazie ciekłej. Wyniki doświadczeń przemawiają na korzyść hipotezy stwierdzającej, że jony wapniowe zastępują jony sodu i potasu w żelu uwalniając te składniki do roztworu i przyczyniając się do dalszego wzrostu ekspansji. Stąd wpływ obecności wodorotlenku wapnia w zaprawie jest niekorzystny. Wtórny ettringit towarzyszący procesowi destrukcji betonu jest prawdopodobnie wynikiem karbonatyzacji uwodnionych glinianów wapniowych, rola ettringitu w ekspansji wymaga jednak dalszych badań.



Abstract:

The alkali-aggregate reaction in concrete is associated both with the presence of reactive aggregates and with alkali content in concrete, which is most significantly influenced by sodium and potassium content in the cement. The alkali-aggregate reaction occurs between the pore solution in the mortar or concrete and certain aggregates, causing concrete expansion which may lead to its cracking and destruction. The problem of the alkali-aggregate reaction is still topical and, despite the numerous investigations and publications, many issues have not been explained yet. This paper presents the results of the Author's years-long research into alkali-aggregate reactions. The research objective has been to determine the influence of alkali content in the cement on the scope of the expansion, the significance of changes in sodium and potassium hydroxide concentration in the liquid phase, changes in the composition of sodium-potassium-calcium silicate gel in the function of time as well as the significance of adventitious phases accompanying the alkali-silica reaction. The research has covered the changes in linear dimensions of mortar bars, changes in the concentration of sodium and potassium ions in the liquid phase, as well as the mortar microstructure and X-ray analysis of post-expansion mortar microsurfaces. For the purposes of investigating the microstructure, scanning microscopy was used, together with simultaneous X-ray analysis of the microsurface. The results demonstrate that expansion value depends on potassium and sodium content in the cement, and the decrease rate of sodium and potassium ion concentration in mortar pores points to an ongoing silica reaction and the accompanying mortar expansion. An indicator enabling prediction of further course of the aggregate-alkali reaction may be alkali content in the liquid phase. Experimental results support the hypothesis that calcium ions replace sodium and potassium ions in the gel, releasing these components into the solution and contributing to further expansion increase. Hence the influence of calcium hydroxide presence in the mortar is deleterious. Secondary ettringite which accompanies concrete deterioration processes is likely to result from carbonatisation of hydrated calcium aluminates; yet the role of ettringite in the expansion requires further study.


B   I   B   L   I   O   G   R   A   F   I   A
1. D. CURTIS, A review and analysis of AAR-effects in Arch Dams, Proceedings on 11th International Conference of Alkali-Aggregate Reaction, Quebec, 1273-1283, 2000.
2. G. ESCADEILLAS, A. C. GILBERGUES, E. MASSIAS, A case study of alkali-silica reaction in high-density concrete, Proceedings on 11th International Conference of Alkali-Aggregate Reaction, Quebec, 831-840, 2000.
3. Z. OWSIAK, Przechodzenie alkaliów z kruszywa do roztworów w porach betonu, Cement-Wapno-Beton, 4, 151-153,2001.
4. H. E. VIVIAN, The mechanism of alkali-aggregate reaction in concrete, Proceedings on 9th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, 1085-1089, London 1992.
5. M. KAWAMURA, I. KAZUMA, ASR gel composition and expansive pressure in mortars under restraint, Cement and Concrete Composites, 26, 47-56, 2004.
6. S. CHATTERJI, Chemistry of alkali-silica reaction and testing of aggregate, Cement and Concrete Composites, 27, 788-795, 2005.
7. H. WANG, J. E. GILLOTT, Mechanism of alkali-silica reaction and the significance of calcium hydroxide, Cement and Concrete Research, 21 (4), 647-654, 1991.
8. Z. OWSIAK, Wpływ składu cementu na zmiany liniowe zaprawy w badaniu reakcji alkalia-krzemionka metoda przyspieszoną, Cement-Wapno-Beton, 20, 2, 71-74, 2002.
9. K. PETTIFER, P. J. NIXON, Alkali metal sulphate - a factor common to both alkali-aggregate reaction and sulphate attack on concrete, Cement and Concrete Research, 10, (2), 173- 181, 1980.
10. N. T. JONES, A. B. POOLE, Alkali-silica reaction in Several U.K. concretes: the effect temperature and humidity on expansion and the significance of ettringite development, Proceedings of the 7th International Conference on Alkali-Aggregate Reactions in Concrete, P. E. Grattan-Bellew [Ed.], 446-450, Ottawa 1987.
11. M. REGOURD-MORANVILLE, Products of reaction and petrography examination, Proceedings of 8th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction, [Ed.] Okada K., 445-456, Kyoto, Japan 1989.
12. Z. OWSIAK, Wpływ fazy ciekłej w betonie na reakcję alkalia-krzemionka, Cement-Wapno-Beton, 21, 2, 67-70, 2001.
13. Z. OWSIAK, The microstructure of the alkali-silica reaction products, Kurdowski Symposium, Science of Cement and Concrete, [Ed.] W. Kurdowski, M. Gawlicki, 221-228, Kraków 2001.
14. S. V. LIANG, K. L. SCRIYENER, P. L. PRATT, An investigation of alkali-silica reaction in seven-year old and model concretes using S.E.M. end E.D.S. Proceedings of 9th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction, 579-586, London 1992.
15. M. THOMAS, The role of calcium hydroxide in alkali recycling in concrete, [In:] Materials Science of Concrete: special volume: Calcium hydroxide in concrete, [Ed.] J. Skalny, J. Gebauer, I. Odler, The Amer. Ceram. Soc., 225-236, 2001.
16. A. SHAYAN, L IVANUSEC, An experimental clarification of the association of DEF with AAR, Cem and Concrete Composites, 18, 161-169, 1996.
17. A. SHAYAN, A. Xu, Efects of cement composition and temperature of curing on AAR and DEF expansion in steam-cured concrete, Proc. of the 13th Inter. Conf. on AAR in Concrete, [Ed.] Tang M. and Deng M., 773-788, Pekin 2004.

POWRÓT
Strona główna > Publikacje