天然火山灰抑制碱硅酸反应的研究
胶凝材料学
浅析胶凝材料学发展摘要：基于胶凝材料的发展历史，提出了非传统胶凝材料的概念，根据工业废渣的化学组成、矿物特征以及胶凝固结特征对其进行了分类并探讨了工业废渣在胶凝材料中的应用途径，指出工业废渣在胶凝材料中的应用不仅有助于解决环境污染，节约能源，而且可降低产品成本，不同程度地改善胶凝材料的性能，具有显著的社会经济效益，并对以土聚水泥为例，介绍其研究现状及应用发展前景。
关键词：胶凝材料；工业废渣；利用；土聚水泥0引言胶凝材料是指经过自身的物理化学作用后，能够由液态或半固态变成坚硬固体的物质。
胶凝材料按其化学成分可分为有机和无机两大类。
无机胶凝材料按其硬化时的条件又可分为：气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。
气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高其强度，如石灰、石膏、水玻璃等[1-2]。
水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度[3]。
1胶凝材料学的发展历程1.1传统胶凝材料1.1.1古代胶凝材料人类发现和利用胶凝材料，有着悠远的历史。
新石器的前陶器时代人们就开始使用天然胶凝材料粘土和姜石，并且在9000年前开始使用最早的人造胶凝材料—石灰。
公元前2500～3000年，人们就开始使用石膏—石灰类胶凝材料。
公元初期，石灰—火山灰水硬性胶凝材料开始使用。
这种胶凝材料表现出极强的耐久性[4-7]。
古代胶凝材料的最大不同是AL203和SiO2含量高而且有大量(40％)的方沸石存在。
方沸石是一种化学稳定性较高的水化产物，溶解度小，与Ca(OH)2几乎完全反应。
因此古代的胶凝材料的溶解度小，其内的成分不会因为时间的流失而流失，所以古代胶凝材料有卓越的耐久性。
1.1.2现代胶凝材料。
现代胶凝材料一般指硅酸盐水泥、石灰、石膏等最常用的胶凝材料。
而铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、则又称为非硅酸盐水泥。
现代以波特兰水泥为主的胶凝材料的最大特点是强度主要由硅酸盐熟料四种矿物质和石膏水解水化而形成强度[8]。
碱激发胶凝材料的研究现状
大量反应性AI2O3,在反应初期释放到 中，表现 出较好的性能& ASSI等旳也在对 灰基地
凝早期抗压强度的研究中 ，凝土的抗压 强度直接受 灰等和质的影响&
1.2.2 高
偏高 是高岭土经过500-800 !锻烧，脱9
去大部分化学 水，成的莫来矿质，
在
胶凝材料的 中主要
“类陶瓷”的
和 模实验室研究，因其层状结构使需水量
和水的混合物代替NaOH溶液、Na2SiO3和水的混合
物制备
合物混凝土试件&将NaOH溶 水
中，加入硅粉搅拌2 min。硅粉与NaOH和水混合放
热&在75 !的烘箱封闭保存12 h，以确保NaOH和
硅粉完全溶 。
明&与使用NaOH溶液、
Na2SiO3和水的混合物相&若在化溶液中使用硅
粉&固化条件对 度的
% 等。
图1火山灰质材料的分类
1.2.1
灰
根据ASTM C618—2003《粉煤灰和混凝土用天
然火山灰原料或者煨烧料
》
，将
50%＜（SiO,+A12O3+Fe,O3（＜70%的粉煤灰划分为 C
级灰，将（SiO2+A12O3+Fe2O3）＞70%的粉煤灰划分为F
级灰&
灰外和大小没有
，但F
灰
，而C
灰粒
有
3.1二次激发 二次激发方式和普遍为的化学激发方式一
样，主要是指通过化学试剂使原材料的性得到
激发&使其 有胶凝材料的特性。
化学试剂的
化学性 以将激发剂为:酸性激发、碱性激发、
盐激发和复合激发四种。在高浓度激发剂的作用
煤矸石抑制水泥石碱硅酸反应研究
中Ｃ ｏ ） ａ（Ｈ 发生火 山灰反应产生胶凝性 的物 质基
础【 ｌ 】 。通过 必要 的活化 手 段使 煤 矸石 具 有 了 比 Ｉ 级
粉煤灰更为优越的水化胶凝性能 。 煤矸石在水泥石 中对活性集料 Ａ Ｒ的抑制效果值得深入研究。 Ｓ
维普资讯
黎能进 ， ： 等 煤矸石抑制水泥石碱硅酸反应研 究
一
一 ０ 托 搿 静 ０舞 ｌ 瓣 黪
中图分类号 ： Ｑ１ ２ Ｔ ７
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ：１０ — ３ ９ ２ ０ ）１ ０２ － ３ ０ ７ ０ ８ （０ ８ ０ — ０ ４ ０
Ｒ ａｔ ｎ（Ｓ ） ｆ ｉｅｅｔａｔｉ — ｇｒｇｔ ｍ ｒ ｒ ｐｃｍ ｎ ｉｅｅｔ ｕ ｎ ｃｅ ｕ ， ｎ ｅｍｏ ａ ｅｉ ｅ ｓ ｅｅｃｓ ａ－ ｅｃｉ Ａ Ｒ ｏ ｆ ｒｎ— ｃｖｔ ａｇ ａ ｏ ａ ｓｅｉ ｅｓｉ ｄｆ ｒ ｒ ｇｓｈｄ ｌ ａｄｔ ｒ ｒ ｐ ｃ ｎ ｒ ａｔ ｃ ｏ ｄｆ ｉｙ ｅ ｔ ｎ ｆ ｎ ｃｉ ｅ ｈ ｔ ｓ ｍ ｗ
ｅｆ ｃ ｆ ０ ｍｉｉ ｇ ｉ ｏ ｖｏ ｓｂ ｔ ｒｔ ａ ｈ ｔ ｆ２ ％， ａ ｄ ｔ ｅ ｔｓ ｒ ｓ ｌ ｏ ｔａ ｃ ｒｎ ｓｔｕ ｒｔ ｅ ｌｃ ｈ ｎ ｉ ｉ ｎ ｆ ｃｓ ｏ ｆ ｔ ％ ｅ ｏ３ ｘ ｎ ｂ ｉ ｕ ｅ ｔ ｎ ｔ ａ ０ ｓ ｅ ｈ ｏ ｎ ｈ ｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｆｓ ｍ ｕ ｉ ｇ ｉ ｒ ｅ ｒ ｆ ｔ ｅ ｉ ｈ ｂｔ ｇ ｅ ｅ ｔ ｆ ｅ ｏ ｅ ｔ ｉ
骨料碱活性试验分析及抑制效果
骨料碱活性试验分析及抑制效果李杭/中国水利水电第十六工程局有限公司【摘要】碱骨料反应是影响混凝土耐久性的重要因素之一。
碱.活性骨料在一定条件下会与混凝土中的水泥、外加剂等材料中的碱性物质发生化学反应，导致混凝土结构膨胀、开裂甚至破坏。
本文结合闽清水口电站坝下工程和永泰抽水蓄能电站工程实例，简述碱骨料反应机理、试验方法以及采用品质不同的粉煤灰对骨料碱活性的抑制效果。
【关键词】骨料碱活性碱骨料反应反应机理试验方法抑制措施1引言碱骨料反应是混凝土中的碱与骨料中的碱活性组分在特定条件下发生化学反应，吸水膨胀并导致混凝土开裂破坏，混凝土中的碱一般由水泥、掺合料、外加剂带入和外界环境侵入的。
发生碱骨料反应需要具备三个必需条件：混凝土中碱的存在、骨料中存在碱活性物质和水分环境。
碱骨料反应分为碱硅酸反应和碱碳酸盐反应。
碱骨料反应是影响混凝土耐久性的重要因素之一。
选择无碱活性骨料是预防混凝土碱骨料反应的关键。
但若无其他料源可选，则应分清骨料碱活性类型，若是碱-碳酸活性，则该料源应坚决摒弃；若是碱硅酸活性，则应采取措施加以抑制，合格后方可用于混凝土。
2碱骨料反应及抑制机理2.1碱骨料反应机理碱骨料反应分为碱硅酸反应和碱碳酸盐反应。
碱硅酸反应是混凝土中的碱和骨料含有的活性二氧化硅矿物发生的化学反应吸水膨胀，并在混凝土内部产生较大的膨胀压和渗透压，导致混凝土开裂破坏。
其反应式为Na*(K*)+SiO2+OH-—Na(K)—Si—H(凝胶)碱碳酸盐反应是指混凝土中的碱与骨料中的某些碳酸盐矿物发生化学反应。
吸水膨胀导致混凝土破坏。
碱碳酸盐反应产生的膨胀裂纹特征与碱硅酸反应基本一致，普遍呈现花纹形或地图形，但是在混凝土内部以及骨料反应边界等处不存在凝胶.而是碳酸钙和氢氧化钙。
其反应式为(1)CaMg(CO3)2+2R0H Mg(OH)2+ CaCO3+R2CO3(2)R2CO3+Ca(OH)2^=2ROH+CaCO32.2碱骨料反应抑制机理(1)粉煤灰溶出碱含量相对较少，部分替代水泥后将会稀释混凝土中的碱含量。
浅究火山灰掺合料资源利用及综合效益
浅究火山灰掺合料资源利用及综合效益1 概述火山灰分为人造无机材料和天然火山灰。
天然火山灰是火山运动过程中喷发出天然火山碎石和矿物质颗粒经磨细而成的。
火山灰与水泥或石灰一样具有胶凝特性，混合后与水可发生水化反应生成水化硅酸钙、氢氧化钙等水化产物，并能凝结硬化具有一定强度。
火山灰因其胶凝特性可作为混凝土掺合料应用于粉煤灰、矿粉等掺合料匮乏的工程建设中，具有一定的经济效益和社会效益。
2 火山灰应用可行性分析在混凝土掺合料所有的性能参数中，活性指标最为重要。
本文研究火山灰作为混凝土掺合料的可行性，其活性对其能否作为混凝土掺合料以及以多少掺量应用于混凝土制备具有决定性的作用。
火山灰的掺入对水化反应进程产生影响，但最重要的是对混凝土硬化后强度产生的贡献。
当然对强度的贡献是通过火山灰反应来影响作用的。
一次水化中单位质量的水泥会释放出一定质量的游离钙（石灰），对所有水泥来说，游离钙的量大约是个常数（因为游离钙产生于水泥中占支配地位的硅酸盐相）。
当这些游离钙与液相水分接触，生成碱性激发剂Ca（OH）2。
因此在水存在的条件下，火山灰中的硅便会和Ca2+发生二次水化反应生成额外的水化硅酸钙产物。
由此可见，火山灰的掺入不但起到填充效应，还能起到更为重要的火山灰效应。
2.1 试验原材料与方法试验所用水泥为海螺P.O 42.5；火山灰为云南腾冲火山灰，其化学成分：SiO2：56.59%；Al2O3：18.12%；Fe2O3：6.05%；CaO：7.13%；MgO：2.23%；K2O：3.38%；Na2O：3.12%；TiO2：1.05%；P2O5：0.48%；MnO：0.10%；SO3：0.09%；烧失量：1.43%；砂为天然中砂，级配良好；粗骨料为天然河卵石。
试验分别研究了掺合料比例为0%、30%、50%、60%、70%时的胶砂强度，并分析强度随龄期的发展变化。
试验依据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）附录D“活性指数试验”进行。
基于混凝土骨料碱活性试验研究
《河南水利与南水北调》2023年第7期试验与研究基于混凝土骨料碱活性试验研究樊强（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆昌吉831100）摘要：对混凝土骨料中的碱活性矿物是否存在，进行了检测试验，通过采取岩相法与砂浆棒快速法来对合格的粗细骨料进行分析。
结果表明：骨料母岩由粉晶微晶灰岩、弱蚀变沉凝灰岩以及碎裂巨晶灰岩等组成，骨料中均有碱活性矿物成分；通过观察水泥与骨料成型的砂浆棒28d膨胀率，粗骨料的膨胀率为0.32%，比0.20%高，该细骨料的膨胀率为0.26%，比0.20%高，说明该粗骨料以及细骨料均是活性骨料；粗骨料与细骨料掺入15%粉煤灰之后，试件28d的膨胀率分别为0.137%与0.127%，均比0.10%大，对于碱骨料反应不能有效地进行抑制。
该组粗骨料与细骨料掺入20%粉煤灰之后，试件28d的膨胀率分别为0.095%与0.077%，均比0.10%小，对于碱骨料反应能有效地进行抑制。
该组粗骨料与细骨料掺入25%粉煤灰之后，试件28d的膨胀率分别为0.046%与0.035%，均比0.10%小，对于碱骨料反应能有效地进行抑制。
由此在粗骨料以及细骨料作为混凝土骨料时，建议掺入不低于20%的粉煤灰来对混凝土碱-骨料反应进行抑制。
关键词：混凝土；粗骨料；细骨料；岩相法；砂浆棒快速法；骨料碱活性中图分类号：TV41文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）07-0109-02Experimental Study Based on Alkali Reactivity of Concrete AggregateFAN Qiang（Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey,Design and Research Institute CO.LTD.,Changji831100,China）Abstract：The existence of alkali-activated mineral in concrete aggregates is tested.The qualified coarse and fine aggregates are analyzed by using petrographic method and mortar bar rapid method.The results show the following three points.Firstly,the aggregate parent rock is composed of microcrystalline limestone,weakly altered sedimentary tuff and cataclastic megacrystalline limestone.There are alkali-activated mineral components in the aggregate.Secondly,by observing the28-day expansion rate of the mortar bar formed by cement and aggregate,the expansion rate of the coarse aggregate is0.32%,higher than0.2%.The expansion rate of the fine aggregate is0.26%,higher than0.2%.These data indicating that the coarse aggregate and fine aggregate are both active aggregates. Thirdly,after adding15%fly ash into the coarse aggregate and fine aggregate,the expansion rate of the specimen after28days is 0.137%and0.127%,respectively.Both of them are higher than0.1%,which can not effectively inhibit the alkali aggregate reaction. After adding20%fly ash into the coarse aggregate and fine aggregate of this group,the expansion rate of the test piece after28-day is 0.095%and0.077%,respectively.Both of them are smaller than0.1%,which can effectively inhibit the alkali aggregate reaction.After adding25%fly ash into the coarse aggregate and fine aggregate of this group,the expansion rate of the test piece after28-day is 0.046%and0.035%,respectively.Both of them are smaller than0.1%,which can effectively inhibit the alkali aggregate reaction. Therefore,when coarse aggregate and fine aggregate are used as concrete aggregate,it is recommended to add no less than20%fly ash to inhibit the alkali-aggregate reaction of concrete.Key words：concrete;coarse aggregate;fine aggregate;Lithofacies Method;Accelerating Mortar-bar Method;aggregate alkali activity1工程概况以某水库为例，该水库最大坝高为129.90m，正常蓄水位为2311m，水库总库容为1.38亿m2，是灌溉、发电以及防洪综合利用的水库。
混凝土碱活性反应危害及质量控制要点
１ ． ２碱集料活性反应的机理
根据碱集料 反应的参与物 不同 ， 目前碱集 料活性 反
应的主要分为 三类 。
１ ． ２ ． １ 碱 和 硅 酸 反 应
中碱 集料反应 的若干 问题进 行了分析 。董 云等口 ｉ 进行 了
中形 成裂缝 ， 导致 内部与外 界环境 相通 ， 降低 了结 构构
件 的耐久性 。 严重时 ， 可造成构件承载力 降低 ， 导致结构 崩塌 。由于氧化硅广泛存在于各种混凝土骨料 中 ， 因此 ， 目前 国内外发生 的碱集料 反应危 害案 例多 为碱 一硅酸 反 应。具 体的化 学反应 方程式 为 ：
文 章详 细介 绍 了碱 活性 骨 料 的 反应 类 型 ，根 据 碱 骨 料 的 反 应 机 理， 提 出 了若 干减 轻 碱 骨料 反 应 危 害 的措 施 ， 介 绍 了碱 骨 料 反 应
对碱骨料反应 的抑制作 用。为研 究实际工程中具体的碱 骨料 反应 ， 不少学者更 是通过实际具体 的Ｔ程 案例进行
Ｓ ｉ — Ｏ — Ｓ ｉ ＋ Ｈ ２ ０ — — ｝ ２ Ｓ ｉ — Ｏ Ｈ （ １ ） （ ２ ）
胀效 应 ， 膨胀后体积 至少是原先反应物体 积 的 ３ 倍 。该 生 成物 在构件 内部膨胀 ， 积聚膨 胀应 力 ， 形成 裂缝 并 延
碱集料反应 的抑制方法 。通过 实际Ｔ程案 例 ， 揭示 了碱
集料反应 的危 害 ， 并最终提 出了混凝土碱集料 活性反 应
伸 至构件表面 ， 引起 构件损 害 ， 导致构件 主体钢筋锈 蚀 、 承载 力降低 、 耐 久性 下降（ 见图 １ ） 。因此 ， 为减轻 和控制
抑制骨料碱活性试验研究
抑制骨料碱活性试验研究摘要碱-骨料反应是影响混凝土耐久性的主要因素之一。
研究了两种火山岩微粉掺合料对抑制碱骨料反应的影响。
结果表明，Ⅰ级火山岩微粉掺量在40%时,28 d砂浆试件膨胀率为0.087%，对骨料的碱-骨料反应危害抑制效果是为有效的。
关键词骨料碱活性火山岩微粉1.引言混凝土碱骨料反应(Alkali-aggregate reaction, AAR)是指骨料中特定内部成分在一定条件下与混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂等中的碱物质进一步发生化学反应，导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏的现象，严重的会使混凝土结构崩溃，是影响混凝土耐久性的重要因素之一;混凝土碱骨料反应根据反应机制可分为碱-硅酸盐反应和碱-碳酸盐反应。
其发生所具备的三个条件为：1.骨料为活性骨料；2.原材料及周围环境中有碱存在；3.潮湿的环境。
当环境和骨料没办法选择时，我们只有采取一定的措施阻止其发生或将其危害程度降到最低，或通过控制水泥、掺合料等原材料的碱含量来预防，或通过掺入一些对碱活性有抑制作用的掺合料。
本次研究主要针对固滴水电站拟选用的人工砂骨料，该骨料经砂浆棒快速法检验后评定为活性骨料（ASR），通过不同掺量的两种火山岩微粉与该工程所采用水泥分别进行抑制试验。
试验按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》“DL/T5151-2014”进行[1]。
2.研究方法2.1原材料分析骨料采用固滴电站使用的人工砂骨料，掺合料采用四川省炉霍县华康水泥有限责任公司生产的Ⅰ级、Ⅱ级火山岩微粉，水泥采用四川省盐源县金冠水泥有限公司生产的“金冠”P.O42.5R水泥。
Ⅰ级、Ⅱ级火山岩微粉技术指标见表1。
2.2试验方法按照《水工混凝土砂石骨料试验规程》 (DL/T5151-2014)碱骨料反应抑制措施有效性试验的方法进行火山灰微粉抑制骨料碱-硅酸反应试验。
试验用水泥的碱含量为0.77%,通过外加浓度为10%的NaOH溶液,使试验所用水泥碱含量达到0.90%±0.10%。
浅谈混凝土中碱—集料反应的分析与控制
浅谈混凝土中碱—集料反应的分析与控制碱集料反应（ARR）是混凝土内部碱与集料中某些组份之间的反应，是混凝土安全性受到影响的主要因素之一，所以要求我们应该加强集料碱活性的研究测试工作，使碱集料反应在工程中得到有效抑制，延长工程的使用寿命。
文章从碱活性检测及其影响因素，预防措施，反应机理等方面进行了分析。
标签：碱集料；水泥混凝土；分析前言混凝土在使用期间，会由于环境中的水、气体及其所含侵蚀介质的侵入，产生物理和化学反应而逐渐破坏。
混凝土耐久性实质就是抵抗这种破坏的作用力，为了防止和避免因为碱——集料反应造成工程破坏的损失，采取相应的防治措施是非常必要的。
由于我国过去的水泥含碱量一般不高，一般土建工程在以往的工程建设中没有发现碱骨料反应对工程损害的情况报告。
结果许多设计、施工工程技术人员对碱集料反应问题没有引起重视；再加上近年来，我国水泥含碱量的增加、水泥用量的逐步提高，以及含碱外加剂的大面积使用，增加了碱——集料反应破坏的可能性，因此对混凝土用砂石料碱性问题，必须引起足够的重视。
1 碱——集料反应的类别1.1碱——硅酸反应碱——硅反应简称ASR，是指碱与集料中活性二氧化硅反应，之后产生碱——硅酸盐凝胶或称碱硅凝胶，它具有强烈的吸水性，吸水后膨胀才生混凝土内部膨胀应力，结果导致混凝土产生开裂现象，发展严重的会导致混凝土结构崩溃，对安全造成影响。
1.2 碱——碳酸盐反应碱——碳酸盐反应简称ACR，是指碱与集料中活性-碳酸盐反应。
2 碱集料反应的发生原因分析2.1 水泥、混合材、外加剂等原材料和拌和水水中较高的含碱量，或者混凝土处于有碱渗入的环境中。
2.2 集料中含有一定数量的碱活性成分。
2.3 潮湿环境，可以供应反应物吸水膨胀时所需的水分。
3 碱——集料试验方法碱——集料反应试验方法目前国外以美国ASTM有关集料试验方法具有权威性。
交通部《公路工程集料试验规程》（JTJ058-2000）编制了三个方法：“岩相法”、“砂浆长度法”和“抑制骨料碱活性效能检验”。
抑制骨料碱活性效能试验对比研究
性 骨料颗粒 之 间 的反 应 ， 种 反应 可 能持 续 几 十 年 这
的时间 ， 应 的产 物在 混 凝 土 内部 产生 膨 胀 应 力 并 反 最 终导致 混凝 土开裂 破坏 。但 我们 可 以采取一 些 预
防措 施阻止 其发 生或 将其 危害 程度 降到 最低 。当骨
料 的选 择被 局 限时 ， 以掺 人一 些 对 碱 骨 料反 应 有 可
抑制作 用 的掺合料 ， 通过控 制水 泥 、 或 混凝 土 的含碱
量来预 防碱 骨料反 应破 坏 。本 次研究 针对 黄登水 电 站拟选 用的灰 岩 骨料 ， 骨料 经 砂 浆 棒 快速 法 评 定 该
配集料 ， 分别掺用 以上两种 掺合料 ， 掺量为 ２ ％ 一 ５
６ ％ ， 用等 体 积法 进 行 取 代 ， 灰 比为 ０ ４ 。砂 ｏ 采 水 ．７ 浆试 件 １ ４ｄ的膨胀 率 小 于 ０ １ ， 骨 料 为非 活性 ．％ 则 骨料 ； 砂浆 试件 １ ４ｄ的膨胀 率大 于 ０ ２ ， 骨料 为 ．％ 则 具有潜 在危 害性 反应 的活 性 骨 料 ；４ ｄ 浆 膨胀 率 １ 砂
第２ ７卷 第１ 期
云南 水 力 发 电
ＹＵ ＮＮＡＮ Ｗ Ａ Ｒ ＯＷ Ｅ １ Ｐ Ｒ
抑 制 骨料 碱 活 性 效 能 试 验 对 比研 究
武 玲， 殷 洁
６０３ ） ５０ ３ （ 中国水电顾 问集 团昆明勘测设计研究院 科学研究分院 ， 云南 昆明
摘
要： 针对黄登水 电站拟选用活性灰岩骨料 ， 采用粉煤灰 、 山灰两种掺合料 ， 火 掺量为 ２ ％ 一 ０ 采用两种抑制试验方法 。 ５ ６ ％， 来评
为活性 骨料 （ Ｓ ）通过 掺 入 粉煤 灰 、 山灰 两种 掺 ＡＲ ， 火 合 料 ， 用两 种试验 方 法 ， 掺合 料抑 制碱 骨料反应 采 对
天然火山灰抑制碱硅酸反应的研究
天然火山灰抑制碱硅酸反应的研究作者：樊春喜宋美丽来源：《科技资讯》 2013年第30期樊春喜宋美丽(葛洲坝集团试验检测有限公司湖北宜昌 443002)摘要:选用某工程附件两处天然火山灰料,经过研磨加工后进行不同掺量抑制骨料碱活性效能试验研究。
试验结果表明,抑制骨料碱活性效能跟天然火山灰掺量有关,掺量越高,抑制效能越好;并且当掺量高于35%时,天然火山灰能有效抑制混凝土中活性骨料的碱硅酸反应。
关键词:天然火山灰抑制碱硅酸反应掺量中图分类号:TU528.01 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)10(c)-0040-02在非洲和一些工业不发达的国家,粉煤灰、矿渣和硅粉等一些人工火山灰质掺合料产量非常小或国内根本不生产,而在工程中的混凝土又不得不使用一些活性骨料,如果长距离运输或进口能抑制碱硅酸反应的掺合料不仅会增加工程成本,也会带来居多不确定因素,因此,寻找一种价格低廉,有一定活性并且能抑制碱硅酸反应的掺合料显得尤为重要。
根据国内外一些文献和资料,大多数天然火山灰中含有无定型的活性SiO2和Al2O3,活性比较高,可以直接开发利用作为混凝土掺合料,并且在世界各地分布较为广泛。
因此,本文选用某国外工程附近两处天然火山灰料作为抑制骨料碱活性效能的研究试验,并通过调整天然火山灰掺量对骨料碱活性效能进行研究试验。
1 试验原材料1.1 水泥选用国外某工程的普通硅酸盐水泥,该水泥的碱含量为0.61%。
水泥物理性能检测成果见表1、化学性能检测成果见表2。
1.2 天然火山灰选用国外某工程附件两处天然火山灰毛料,研磨加工成火山灰质材料微粉,其物理性能见表3,化学成分见表4。
2 活性骨料试验选用某工程砂岩骨料,采用岩相法和砂浆棒快速法对其碱活性进行检验。
通过砂浆棒快速法检测,其14d的砂浆膨胀率为0.16%,大于0.1%小于0.2%,又通过岩相法检测骨料含有7.0%的燧石、2.0%的片状火山岩和5.0%的硅质粘土岩,因此,判定骨料具有潜在的碱硅酸反应,其岩相分析结果见表5。
常见火成岩类骨料的碱活性岩相特征分析
工程技术研究2021年第5期154常见火成岩类骨料的碱活性岩相特征分析李书领，刘光辉中钢集团郑州金属制品研究院，河南 郑州 450001摘 要：火成岩类在混凝土骨料中应用十分广泛，火成岩的化学组成、结晶程度是影响骨料碱活性强弱的重要因素，中酸性火成岩的碱活性大于基性岩，中酸性喷出岩的碱活性大于侵入岩。
基于此，文章依据矿物学原理，结合检测工作及前人研究成果，就我国混凝土中经常使用的火成岩类骨料进行碱活性岩相法的研究，分析火成岩类的岩相特征，探讨火成岩类的碱活性规律，为碱活性骨料的鉴别提供支持与帮助。
关键词：混凝土骨料；碱活性；火成岩；岩相法中图分类号：TU528 文献标志码：A文章编号：2096-2789（2021）05-0154-03骨料碱活性反应是影响混凝土耐久性的重要因素之一，它产生的破坏难以修复和挽救，造成的经济损失难以估计[1-2]。
我国混凝土中使用的火成岩种类遍及基性岩、中性岩、酸性岩以及火山碎屑岩，研究认为火成岩的碱活性与其二氧化硅质量分数有关，喷发相比侵入相火成岩具有更大的碱活性，同一种岩石在不同产地的碱活性大小也不尽相同[3-4]。
火成岩类的化学组成、矿物组成、结构构造以及变质作用都是影响其碱活性的重要因素，为骨料碱活性的检测带来了挑战[5]。
1 岩相法与碱活性矿物岩相法是骨料碱活性检测的首选方法，基于矿物学、晶体光学，利用偏光显微镜、扫描电镜等仪器，鉴定骨料的岩石种类、结构构造及矿物成分，确定骨料是否含有碱活性矿物、碱活性矿物的类别以及碱活性矿物的百分含量，从而评价骨料的碱活性。
碱活性矿物含量与骨料膨胀率不具有直接的定量关系，因此岩相法无法对骨料的膨胀性做定量的评定。
若骨料中不含碱活性矿物，即可作为最终结果；若骨料中含有碱硅酸反应活性矿物，应按照快速砂浆棒法对其碱活性大小进行进一步检验；骨料中含有碱-碳酸盐反应活性矿物时，则应按照岩石柱法对其碱活性大小进行进一步检验。
碱硅酸反应是指混凝土中的碱与骨料中的活性二氧化硅反应，生成碱硅酸凝胶，反应过程强烈吸水膨胀，体积可增长3倍，导致混凝土产生不均匀膨胀引起开裂[2]。
碱硅酸反应的抑制机理及现状研究
碱硅酸反应的抑制机理及现状研究【关键词】现状,研究,机理,抑制,硅酸,反应,碱,碱-碳酸盐反应则是水泥中的碱与粗集料中的白云石之间在水的作用下反应，体积膨胀，使混凝土开裂。
其反应式为：据研究，我空军机场在70年代中期以后，陆续发现道面水泥混凝土因非荷载作用的混凝土自身损坏，根据调查，发现这些机场道面板出现损坏的密度和轻重程度有很大差别。
个别机场，有三分之一的道面板出现这类损坏，其中严重的为板块大面积出现较宽的裂缝，有的表层砂浆剥落、混凝土酥松，急需进行修补。
例如，某军用机场在1967年进行了扩建，对原沥青混凝土道面盖被1500，交付使用后仅3年，发现数块混凝土道面板局部出现微细裂缝，并向两边扩展。
到1992年统计道面已被严重腐蚀575块，占道面板总数的8.73%,严重影响了机场跑道的使用性能。
其碱-集料反应的外观特征是:最初在道面表层出现黄色的水迹，继而在水迹范围内产生裂缝，裂缝逐渐扩展;在雨后晴天或早晨从裂缝中析出白霜物质;对较宽的裂缝，沿裂缝常有黑褐色的渗出物印迹，并微微突起1-2。
裂缝形状有树枝状的、地图状的或其他形状的，严重的表层砂浆剥落。
这是多因素共同作用的结果。
从地理位置上看，这些机场均位于长江以北的我国三北地区。
到目前为止，碱集料反应仍然不同程度的危害机场水泥道面。
因此，研究如何抑制碱硅酸反应是十分必要也是不可松懈的。
2、正文2.1相关概念1.石灰：是由石灰石、白云石等原料，经900-1100℃煅烧而成的以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。
石灰是硅酸盐制品的主要原料之一，常与硅质材料（粉煤灰、火山灰、矿渣等）搭配使用。
其内部的胶凝物质主要是水化硅酸钙。
2.粉煤灰：是从煤燃烧后的烟气中收铺下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。
我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：等。
粉煤灰是一种似火山灰质混合材料，在混凝土中掺加粉煤灰代替部分水泥或细骨料，不仅能降低成本而且能提高混凝土的和易性，提高不透水性、气性抗硫酸盐性能和耐化学侵蚀性能，降低水化热，改善混凝土的耐高温性，减轻颗粒分离和析水现象，减少混凝土的收缩和开裂。
高活性偏高岭土_新一代混凝土矿物掺合料
高活性偏高岭土:新一代混凝土矿物掺合料郑娟荣覃维祖(清华大学土木系北京100084)摘要:介绍了偏高岭土作为混凝土掺合料的研究进展,如偏高岭土的火山灰活性、水化产物、偏高岭土对混凝土性能的影响,并分析了我国研究及利用偏高岭土的有利条件。
关键词:偏高岭土混凝土矿物掺合料0前言配制高强和高性能砼的材料是水泥、砂、石、水、高效减水剂和矿物掺合料。
常用的矿物掺合料是硅灰、磨细高炉矿渣、粉煤灰和天然沸石等。
近年来,高活性偏高岭土是国外水泥及砼领域重点研究的新型砼矿物掺合料。
1偏高岭土的火山灰活性1 1偏高岭土的制备偏高岭土(Al2O3 2SiO2-AS2)是高岭土(Al2O32SiO2 2H2O-AS2H2)在适当温度下脱水形成的无水硅酸铝。
自然产出的高岭土矿石,根据质量、可塑性和砂质(石英、长石、云母等矿物,粒径>50 m)的含量,可划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种工业类型。
高岭土是红砖(瓦)、陶瓷、电瓷、耐火材料、水泥等硅酸盐工业的重要原材料,经选矿处理(破碎、制浆、分级、剥片、过滤等)和化学处理(表面改性等)的高纯高岭土在造纸、塑料、橡胶、胶粘剂、涂料等工业中被广泛使用。
所以,高岭土是一种用途广泛的矿物原料。
高岭土属于层状硅酸盐结构,层与层之间由范德华键结合,OH-在其中结合得较牢固。
高岭土在空气中受热时,会发生几次结构变化,加热到大约600 ,高岭土的层状结构因脱水而破坏,结果生成偏高岭土,反应方程式如下:2Al2Si2O5(OH)4 2Al2Si2O7+4H2O (高岭土)500~600 (偏高岭土)偏高岭土中原子排列是不规则的,呈现热力学介稳状态,在适当激发下具有胶凝性。
当温度升至925 以上,开始结晶并转化为莫来石和方石英,此时就失去了水化活性。
所以,制备偏高岭土的煅烧温度约600~900 。
1 2偏高岭土的水化产物偏高岭土是一种高活性人工火山灰材料,在水泥水化产物Ca(OH)2的作用下发生火山灰反应,起辅助胶凝材料的作用。
碱激发胶凝材料的研究进展
第59卷第2期2021年3月上海涂料SHANGHAI COATINGSVol.59No.2Mar.2021碱激发胶凝材料的研究进展姜乐乐，姜福香（青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033）摘要：碱激发胶凝材料是一种绿色环保的新型建筑材料，对于构建资源节约型和环境保护型社会具有重要意义。
从碱激发胶凝材料的制备、反应机理、耐久性等方面对其国内外研究成果进行综述,并提出存在的问题和未来的发展方向，旨在为碱激发胶凝材料应用于工程实际提供数据和理论支持。
关键词：新型建筑材料；碱激发胶凝材料；反应机理；耐久性能中图分类号：TU366.3文献标志码：A文章编号：1009-1696（2021）-0042-06水泥作为传统的建筑材料推动了建筑行业的快速发展，但在水泥的生产过程中既消耗了大量的资源和能源，又排放出大量的温室气体，这对于建筑行业的可持续发展非常不利。
我国是世界上最大的水泥生产国，也是最大的水泥消耗国，因此，积极寻找一种环境友好、资源节约的新型建筑材料具有重要意义。
碱激发胶凝材料是利用具有火山灰活性或者潜在火山灰活性的硅铝质材料与碱性激发剂反应而生成的一种胶凝材料。
常用的硅铝质材料主要有矿渣、粉煤灰、偏高岭土、炉渣、石灰石等，碱性激发剂主要有KOH、NaOH、水玻璃、NazCOs等。
碱激发胶凝材料的制备工艺简单，早期强度和最终强度都比较高。
同时碱激发胶凝材料的制备增加了废物的利用,符合可持续发展的战略要求，因此受到各国学者的广泛关注。
总结了碱激发胶凝材料的制备、反应机理、耐久性能等方面的主要研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望。
1碱激发胶凝材料的发展及其制备1940年，Pardon⑴将少量的氢氧化钠放入水泥浆中，发现水泥的水化反应明显加快，而氢氧化钠在其中扮演了催化剂的作用，使硅铝质材料快速溶解，就此提出了“碱激活”理论；1957~1959年，Glukhovsky教授将硅铝质材料炉渣或者高炉矿渣、碎石等磨细的混合物与碱性激发剂氢氧化钠和水玻璃复合溶液混合，得到了强度高、稳定性能良好的胶凝材料；法国的Davidovits⑵研究了这种胶凝材料的组成成分，发现其中含有大量水化硅酸钙和沸石相。
碱激发胶凝材料的研究现状综述
D0l:10.16767/ki.10-1213/tu.2019.11.010碱激发胶凝材料的研究现状综述孔令炜孙士成吉林建筑大学摘要：碱激发胶凝材料具有多种优良的使用性能，如强度高，能耗低，绿色环保等，符合社会可持续发展的要求，具有广阔的应用前景。
本文着重分析了碱激发胶凝材料的基本化学成分及其作用，并阐述了碱激发胶凝材料的激活方式及其应用现状。
关键词：减激发胶凝材料;化学组成；激发方式；应用1前言碱激发胶凝材料是使用自身具有火山灰活性或者水硬性材料与对应的碱性激活剂进行反应，从而得到的一种具有良好使用性能的胶结材料。
当前各种碱激发胶凝材料种类较多，按制备的原材料分有以下几类:一是铝硅酸盐玻璃体类，主要来源于工业废渣，同时其来源很多;二是碱烧黏土类材料，这种碱激发胶凝材料的原料主要是高岭土;三是碱矿石尾矿类材料,主要原料是钾长石尾矿、铝土矿选尾矿，其特点是含钙比较少,与碱烧黏土类似；四是碱碳酸钙类物质.其中含有大量钙、镁。
碱激发胶凝材料具有很多优点,首先碱激发胶凝材料是一种低成本、低能耗的绿色材料，其次碱激发胶凝材料是一种可以循环使用的材料，因此这种材料在实际应用过程中可以实现三废的零排放,减少对周边自然环境的污染.达到良好的生态效益叫碱激发胶凝材料的这些优点使得其成为建筑材料的主要发展方向.具有广阔的使用前景。
2化学组成对碱激发胶凝材料性能的影响矿渣和粉煤灰是最早用于碱激发胶凝材料制作的原料，此后,相关研究者将各种废渣用于碱激发胶凝材料的生产,并取得显著成果。
根据相关统计，碱激发胶凝材料的主要化学组成是二氧化硅、氧化铝和氧化钙，这三种物质占到总材料的80%以±o现对各氧化物的作用做简要回顾。
2.1氧化钙碱激发胶凝材料在反应过程中，钙对早期强度具有关键性作用。
相关研究人员对矿渣中钙组分的作用进行研究.发现钙组分能有效增加反应结构的无序性，并有效降低原料的聚合程度。
原料中含钙多少会直接影响到反应程度，还会影响到反应过程中的水化产物,在实际操作过程中可以利用梯度酸溶法来区分高钙粉煤灰中的水化产物,如果原料中含钙较多，可以有效促进普通水化产物的产生，这里所说的水化产物,包括聚合物凝胶、类沸石无定形物以及水化硅酸钙凝胶等。
国内外混凝土碱集料反应研究综述
第20卷 第1期Vol 20 No 1材 料 科 学 与 工 程Materials Science &Engineering总第77期Mar.2002文章编号:1004-793X (2002)01-0128-05收稿日期:2001-08-20;修订日期:2001-09-27基金项目:国家 九五 重点科技攻关项目(96-535-1)资助.作者简介:莫祥银(1974 ),男,江苏泰州人,博士,讲师,主要从事材料的合成、表征、评价、失效机理与寿命预测等研究.国内外混凝土碱集料反应研究综述莫祥银1,许仲梓2,唐明述2(1 南京师范大学分析测试中心&材料科学重点实验室,江苏南京 210097;2 南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京 210009)摘 要 概述了几十年来国际上AAR 的研究进展,内容涉及AAR 的分类、机理、鉴定和预防,并讨论了应进一步研究的问题。
关键词 碱集料反应;碱硅酸反应;碱碳酸盐反应;分类;机理;鉴定;预防中图分类号:TQ172 文献标识码:AReview of Alkal-i Aggregate Reaction and Its Research ProgressMO Xiang -yin 1,X U Zhong -zi 2,TANG Ming -shu2(1.Analysis and Test Central &Materials Science Key Laboratory,Nanjing Norm al University,Nanjing 210097,China;2.College of Materials Science and Engineering,Nanjing University o f Technology,Nanjing 210009,China) Abstract Research progress during the pas t years all over the world of Alkal-i Aggregate Reaction were summarized.In the paper,the classification,mechanisms,iden tification and prevention of Alkal-i Aggregate Reaction were all contained.In addi tion to the further workto be done was discussed as well.Key w ords alkal-i aggregate reaction;alkal-i silica reaction;alkal-i carbonate reaction;classification;mechanism;identification;prevention1 碱集料反应的危害自从1940年美国首先发现并证实碱集料反应(Alkal -i Aggregate Reaction,简称AAR)对混凝土工程的破坏以来,在世界各地相继出现各种工程破坏的事例,包括大坝、桥梁、公路、机场、港口及工业民用建筑[1]。
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天然火山灰抑制碱硅酸反应的研究
摘要:选用某工程附件两处天然火山灰料,经过研磨加工后进行不同掺量抑制骨料碱活性效能试验研究。
试验结果表明,抑制骨料碱活性效能跟天然火山灰掺量有关,掺量越高,抑制效能越好;并且当掺量高于35%时,天然火山灰能有效抑制混凝土中活性骨料的碱硅酸反应。
关键词:天然火山灰抑制碱硅酸反应掺量
在非洲和一些工业不发达的国家,粉煤灰、矿渣和硅粉等一些人工火山灰质掺合料产量非常小或国内根本不生产,而在工程中的混凝土又不得不使用一些活性骨料,如果长距离运输或进口能抑制碱硅酸反应的掺合料不仅会增加工程成本,也会带来居多不确定因素,因此,寻找一种价格低廉,有一定活性并且能抑制碱硅酸反应的掺合料显得尤为重要。
根据国内外一些文献和资料,大多数天然火山灰中含有无定型的活性SiO2和Al2O3,活性比较高,可以直接开发利用作为混凝土掺合料,并且在世界各地分布较为广泛。
因此,本文选用某国外工程附近两处天然火山灰料作为抑制骨料碱活性效能的研究试验,并通过调整天然火山灰掺量对骨料碱活性效能进行研究试验。
1 试验原材料
1.1 水泥
选用国外某工程的普通硅酸盐水泥,该水泥的碱含量为0.61%。
水泥物理性能检测成果见表1、化学性能检测成果见表2。
1.2 天然火山灰
选用国外某工程附件两处天然火山灰毛料,研磨加工成火山灰质材料微粉,其物理性能见表3,化学成分见表4。
2 活性骨料
试验选用某工程砂岩骨料,采用岩相法和砂浆棒快速法对其碱活性进行检验。
通过砂浆棒快速法检测,其14d的砂浆膨胀率为0.16%,大于0.1%小于0.2%,又通过岩相法检测骨料含有7.0%的燧石、2.0%的片状火山岩和 5.0%的硅质粘土岩,因此,判定骨料具有潜在的碱硅酸反应,其岩相分析结果见表5。
3 试验方法
按照《水工混凝土砂石骨料试验规程(DL/T5151-2001)》抑制骨料碱活性效能试验法进行天然火山灰抑制骨料碱硅酸反应试验。
对比样中天然火山灰掺量为等体积取代,试验用水泥的碱含量为0.61%,通过外加10%的NaOH溶液,使试验用水泥碱含量达到1.0%。
为了研究天然火山灰掺量与骨料碱硅酸反应的关系,选用天然火山灰掺量为20%,25%,30%,35%和40%进行砂浆棒试验。
4 试验结果
用具有碱活性的砂岩骨料和高碱含量的水泥制作标准试件,用相同的骨料、相同的水泥和掺入为20%、25%、30%、35%、40%火山灰(火山灰掺量按体积计)制作对比试件,试验龄期均为14 d和56 d。
砂浆膨胀率降低率为掺入一定比例的火山灰后与未掺火山灰的砂浆膨胀率降低的比例,规范要求对活性骨料有抑制作用的掺和料14 d砂浆膨胀率降低率不小于75%,56 d砂浆膨胀率小于0.05%,试验检测成果见表6,砂浆膨胀率见图1。
从表5和图1的试验结果可以看出,掺有天然火山灰的砂浆棒对比试件的砂浆膨胀率都有显著减小,并且随着掺量的增加,砂浆膨胀率有减小的趋势;当天然火山灰掺量在20%或以上时,14 d砂浆膨胀率降低率都大于75%,随着掺量的增加,膨胀率降低率增大。
从56 d砂浆膨胀率来看,只有当天然火山灰掺量在35%和40%时,才能达到砂浆膨胀率小于0.05%,满足规范对抑制碱骨料反应掺合料的要求。
天然火山灰样品1的碱含量为2.73%,样品2的碱含量为6.05%,通过砂浆棒膨胀率和降低率试验可以看出,掺有两种不同的天然火山灰对试验结果无较大影响,说明天然火山灰本身的碱含量不会影响骨料的碱硅酸反应。
5 结论
根据研究的试验结果,可以得出以下结论。
(1)天然火山灰具有抑制碱骨料反应的效能,并且随着掺量的增加,
抑制效能更加明显。
(2)当使用碱活性骨料时,35%以上的天然火山灰作掺合料能有效地抑制碱骨料反应。
(3)天然火山灰本身的碱含量的高低,不会对碱硅酸抑制效能产生较大影响。
参考文献
[1]DL/T5151-2001,水工混凝土砂石骨料试验规程[S].中国电力出版社,2001:74-76.
[2]董芸.天然火山灰质材料对骨料碱活性的抑制研究[J].混凝土,2011:77-79.。