混凝土堿硅酸反應(yīng)的有效堿及其計(jì)算方法研究.pdf

1、混凝土是人類社會(huì)最大宗的建筑材料，得到了廣泛應(yīng)用?；炷恋膲A-集料反應(yīng)破壞在世界范圍內(nèi)造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)，鑒于其他國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和我國(guó)已經(jīng)發(fā)生的堿-集料反應(yīng)破壞事例，對(duì)堿-集料反應(yīng)的嚴(yán)重破壞性應(yīng)予以足夠重視。
　　 本論文主要針對(duì)堿-集料反應(yīng)有效堿展開研究。首先，在前人基礎(chǔ)上，提出只有進(jìn)入活性集料中的堿金屬離子才是有效堿的概念。這從反應(yīng)的角度更好地區(qū)分了混凝土中堿的種類，相比于傳統(tǒng)意義上將基體孔隙溶液中的堿稱為有效堿的做法更

2、進(jìn)一步。對(duì)于有效堿的測(cè)量，研究中主要采用了兩種方法，分別是掃描電鏡能譜分析法和火焰光度法，并論證了它們的可行性，具有足夠的精度。
　　 其次，針對(duì)堿金屬離子在活性集料中擴(kuò)散的特點(diǎn)，將三維擴(kuò)散過程依據(jù)對(duì)稱性簡(jiǎn)化為一維擴(kuò)散，并假設(shè)混凝土界面過渡區(qū)與活性集料接觸處的堿為在集料中擴(kuò)散的起始濃度，在其不隨時(shí)間變化的前提下，基于菲克非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散定律，建立了堿在活性集料中擴(kuò)散的理論方程，并得出了解析解，符合高斯誤差函數(shù)分布。結(jié)合相關(guān)參數(shù)可以計(jì)算

3、有效堿含量時(shí)空變化規(guī)律，從而解決了定量描述有效堿的問題。
　　 再次，本文研究了有效堿起始擴(kuò)散濃度的影響因素及影響規(guī)律。依據(jù)理論模型，該濃度直接決定了活性集料中有效堿的時(shí)空分布。研究證實(shí)，它與混凝土基體孔隙溶液中堿濃度密切相關(guān)，由于堿在界面過渡區(qū)的富集，界面處堿超過基體孔溶液中的10倍以上；對(duì)于石灰?guī)r等非活性集料而言，富集程度一般在2～4倍。同時(shí)一切影響混土中堿的釋放與吸收的因素都可以對(duì)基體堿濃度造成影響，進(jìn)而影響有效堿起始擴(kuò)散

4、濃度。對(duì)于混凝土基體而言，這些因素包括膠凝材料的綜合酸度、綜合活性指數(shù)以及混凝土總堿量。經(jīng)擬合，發(fā)現(xiàn)它們與基體堿濃度和有效堿起始擴(kuò)散濃度具有指數(shù)相關(guān)性，顯著因子很高；并且研究證實(shí)基體堿濃度和有效堿起始擴(kuò)散濃度在早期存在上升過程，但二者很快達(dá)到平衡不再隨時(shí)間變化，這也說明了之前理論模型建立過程中相關(guān)假設(shè)的正確性。
　　 另外，本論文試驗(yàn)研究了不同因素對(duì)活性集料中有效堿時(shí)空分布規(guī)律的影響，發(fā)現(xiàn)這些因素影響有效堿的原因主要是其改變了混

5、凝土基體孔隙溶液堿離子濃度，或者說是基體自由堿濃度，而它們改變堿離子在基體中的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)有效堿并無太大影響。礦物摻合料加入，降低有效堿含量，摻量越大，降低作用越明顯；總堿量提高，有效堿增加；活性集料摻量變大，單個(gè)集料內(nèi)有效堿減少；養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)溫度提高，有效堿增加：變化水膠比和應(yīng)力狀況對(duì)有效堿影響不大。這些因素變化對(duì)有效堿造成影響的原因均可以用上述理論來解釋：礦物摻合料種類和摻量、混凝土總堿量、活性集料摻量和養(yǎng)護(hù)條件的變化影響了混凝

6、土基體中堿的釋放與吸收，以及其在界面過渡區(qū)的富集，因此對(duì)有效堿含量與分布有較大影響；而水膠比和應(yīng)力狀況變化主要改變堿離子在基體中的擴(kuò)散系數(shù)，因此影響不大。
　　 最后，試驗(yàn)測(cè)定了有效堿在活性集料中的擴(kuò)散系數(shù)，同時(shí)結(jié)合之前關(guān)于有效堿起始擴(kuò)散濃度試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用前文中建立的模型計(jì)算了礦物摻合料種類和摻量等不同因素影響下的有效堿時(shí)空分布，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，理論值略低于試驗(yàn)值，但二者之間誤差基本在10％以內(nèi)，模型計(jì)算精度