医学专题—混凝土碱骨料反应PPT12894.ppt
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1、混凝土的碱混凝土的碱骨料骨料(lio)反应反应孔凡敏孔凡敏第一页,共三十一页。目 录一、耐久性及碱骨料反应危害(wihi)综述二、碱骨料反应破坏机理 1、碱硅酸反应 2、碱碳酸反应三、碱骨料反应影响因素四、碱骨料反应预防措施五、涉及到的物理化学问题六、参考文献第二页,共三十一页。混凝土的耐久性破坏(phui)氯离子渗透碳化硫酸盐侵蚀冻融循环碱骨料(lio)反应 第三页,共三十一页。碱骨料反应(fnyng)的危害碱骨料(lio)反应的危害较大,常见。英美等国家从40年代开始大量出现。我国自90年代以来也有发现。比如北京的东直门立交桥的破坏,就发现有碱骨料反应。由于一旦发生,无法抑制,被称为混凝土
2、的“癌症”。第四页,共三十一页。碱骨料反应(fnyng)的巨大破坏第五页,共三十一页。碱骨料反应(fnyng)机理 碱骨料反应是指混凝土中含有的碱性物质(Na2O+K2O)与 骨料中的某些活性矿物反应生成一种新的生成物,即碱硅络合物,伴随吸水膨胀,导致混凝土开裂。碱硅酸(u sun)反应碱碳酸反应第六页,共三十一页。碱硅酸(u sun)反应机理碱硅反应是指骨料中的活性二氧化硅与混凝土中的碱反应生成碱硅络合物的反应。活性二氧化硅是一种热力学不稳定(wndng)的硅,一般是指无定形二氧化硅,隐晶质、微晶质和玻璃质二氧化硅。第七页,共三十一页。碱硅酸(u sun)反应机理 最初由最初由Powers,
3、steinour给出反应的模型给出反应的模型(mxng)硅醇的中和反应SiOH+OH-SiO-+H2OSiO-+Na+Si-ONa(碱硅凝胶)硅氧烷切断反应SiOSi+2OH-SiO-Si+H2OSiO-+O-Si+2Na+2(Si-ONa)(碱硅凝胶)第八页,共三十一页。反应生成碱硅酸凝胶,这种反应在水泥浆和骨料的界面发生,形成一个碱硅胶薄层,然后这种反反应生成碱硅酸凝胶,这种反应在水泥浆和骨料的界面发生,形成一个碱硅胶薄层,然后这种反应向粒子内部进行,凝胶层厚度增大,未反应核同时也会消耗应向粒子内部进行,凝胶层厚度增大,未反应核同时也会消耗(xioho)(xioho),由于碱硅凝胶吸水膨胀
4、。,由于碱硅凝胶吸水膨胀。当这种凝胶生成量超过一定限值时,就会造成混凝土开裂。当这种凝胶生成量超过一定限值时,就会造成混凝土开裂。第九页,共三十一页。唐明述对碱硅反应膨胀(png zhng)的总结由于局部化学反应的结果,生成(shn chn)产物的固相体积大于反应产物的固相体积,引起膨胀应力。生成产物的强烈吸水,既增加了膨胀也加速了反应。反应和吸水的过程就是膨胀的过程,同时,二者相互促进。第十页,共三十一页。从热力学角度对肿胀(zhngzhng)的解释肿胀是由于(yuy)体系中溶剂分子的蒸汽压低、自由能小,因此,纯溶剂或稀溶液中的溶剂分子有自发的迁移到这个体系来的趋势。胶体的肿胀只需有溶液即可
5、,甚至可以吸收空气中的水。由于(yuy)肿胀受到约束,因此产生巨大的膨胀压导致基体的破坏。第十一页,共三十一页。碱碳酸反应(fnyng)机理最早由加拿大的swenson发现 粗骨料是白云石灰岩,发生反应使混凝土膨胀开裂。与碱硅酸反应完全不同,混凝土孔溶液(rngy)中的碱离子(Na+、K+)和骨料中的白云石CaMg(CO3)2之间的反应 第十二页,共三十一页。去白云(bi yn)化反应CaMg(CO3)2+2MOH Ca CO3+MgCO3+M2CO3M2CO3+Ca(OH)2 2MOH+Ca CO3第十三页,共三十一页。Gillott解释(jish)的反应机理反应物的固相体积大于反应产物的固
6、相体积,因此反应本身不可能引起膨胀。他发现白云石晶体中包裹(bogu)有干燥的粘土,上述的去白云化反应使白云石晶体遭受破坏,从而使粘土暴露造成能够吸收膨胀的条件。而干粘土吸水是造成膨胀的主要原因而干粘土吸水是造成膨胀的主要原因。第十四页,共三十一页。唐明述的机理(j l)解释膨胀主要是由局部化学反应和结晶压引起膨胀主要是由局部化学反应和结晶压引起通过岩相和STEM观察和试验,白云石晶体的分散分布并镶嵌在紧密包裹的基质之中,其间没有剩余的空间允许其他的离子进入。当Na+、K+、OH-和水进入被基质包裹的限制空间就必然(brn)会引起膨胀。再加以形成的方解石、水镁石晶体生长的结晶压就进一步产生了膨
7、胀压力 第十五页,共三十一页。该机理(j l)的热力学解释 上述反应之所以会发生,主要是由于上述反应实质上从化学热力学分析为自由能降低的过程(guchng)。上述反应式写成离子反应式为CaMg(CO3)2+2OH-Ca CO3+Mg(OH)2+CO32-可算得自由能的变化为G=-12.8KJ/mol,G0,所以此反应为自发过程。第十六页,共三十一页。碱骨料反应的影响(yngxing)因素活性骨料含量水泥的碱含量即使碱含量低于0.6%,但若碱活性骨料相应减少,也会引起(ynq)很大的膨胀。活性骨料粒度减小时,一般会增加膨胀值,但当所有骨料全磨细到53m时,则无论其含碱量多少,都不会膨胀。环境湿度
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