Przebieg reakcji alkalia-krzemionka w obecności

Przebieg reakcji alkalia-krzemionka w obecności

Zdzisława Owsiak
Przemysław Czapik
Przebieg reakcji alkalia-krzemionka
w obecności dodatku naturalnego zeolitu
The course of alkali-silica reaction in the presence of
natural zeolite additive
Streszczenie
Beton jest obecnie najbardziej rozpowszechnionym materiałem budowlanym. Jego kluczowym parametrem jest trwałość, która ulega zmniejszeniu na skutek zjawisk korozyjnych.
Jedną z przyczyn degradacji betonu, jest występowanie w nim reakcji alkalia-krzemionka.
Zastosowanie niektórych kruszyw może wywoływać reakcję ich ziaren z wodorotlenkami
alkaliów występującymi w roztworze w porach betonu. W jej wyniku zachodzi ekspansja
betonu i uszkodzenie jego mikrostruktury. Wodorotlenki alkaliów zawarte w roztworze
w porach betonu mogą reagować z amorficzną krzemionką lub z jej formami o małej
trwałości, wchodzącą w skład kruszywa w wyniku czego tworzy się pochłaniający wodę
ekspansywny żel. Ciśnienie, wywołane przez ten proces związany z żelem złożonym
z uwodnionych krzemianów alkaliów, powoduje powstawanie spękań i pogorszenie
jakości betonu. W zaprezentowanych badaniach wykorzystano kruszywo żwirowe. Jego
reaktywność określono metodami chemicznymi oraz petrograficznymi, które pozwoliły
równocześnie na wykrycie zawartych w tym kruszywie składników odpowiedzialnych
za występowanie reakcji alkalia-krzemionka. Zachodzeniu tej reakcji można zapobiegać
poprzez stosowanie dodatku zeolitów do cementu. Zeolity to krzemiany alkaliów o rozmieszczonych w ich strukturze kanałach i wolnych cząsteczkach wody. Dzięki takiej
strukturze mają one dużą zdolność wymiany jonów, a ponadto cechuje je rozwinięta
powierzchnia właściwa. Tuf zeolitowy jest obok tufu amorficzno–krzemionkowego podstawowym naturalnym materiałem pucolanowym. Jednym z dosyć rozpowszechnionych
w przyrodzie zeolitów jest klinoptylolit. W niniejszym referacie zaprezentowano wyniki
badań wpływu klinoptylolitu, jako dodatku mineralnego do cementu, na reakcję alkalia-krzemionka. Dodatek tego zeolitu spowodował zmniejszenie ekspansji próbek zaprawy
z kruszywem żwirowym, w badaniach przyspieszonych, wykonanych wg norm ASTM.
dr hab. inż. Zdzisława Owsiak, prof. PŚk – Politechnika Świętokrzyska, Kielce
mgr inż. Przemysław Czapik – Politechnika Świętokrzyska, Kielce
Zbadano również, za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej, mikrostrukturę
próbek zapraw, które uległy ekspansji.
Abstract
Concrete is currently the most widely used building material. Its key parameter is the
stability which is reduced as a result of corrosion phenomena. One of the causes of concrete
degradation is the alkali-silica reaction. The application of certain aggregates may cause the
reaction of grains with alkali hydroxides present in the pore fluid. As a result, expansion
of the concrete lead to the damage to its microstructure. Alkali hydroxides present in the
pore fluid may react with amorphous or poorly crystallized silica that builds aggregates
grain, resulting in the formation of an expansive water-absorbing gel. Pressure created
by the resulting aqueous alkali silicates causes cracks and deterioration of concrete. For
the purpose of this study gravel aggregate was used. Its reactivity was determined by
chemical and petrographic methods which helped identify the component responsible
for the presence of alkali-silica reaction. The alkali-silica reaction can be prevented by
adding zeolites to cement. Zeolites are alkali silicates with evenly spaced channels and
chambers in the structure. Due to such a microstructure they are characterized by ion
exchange, a large surface area and catalytic activity. Zeolite tuff is next to the amorphic
silica tuff main natural pozzolanic material. The most widely prevalent in nature zeolite is clinoptilolite. This paper presents the effect of clinoptilolite added to the cement
on the alkali-silica reaction. This effect manifested itself in the reduction of the growth
expansion of mortar specimens with gravel aggregate. in accelerated tests performed by
ASTM standards. The microstructure of mortar, after the expansion, was also examined
by scanning electron microscopy.