Identyfikatory
Warianty tytułu
Wpływ metahaloizytu na skutki reakcji alkalia-kruszywo w betonie
Języki publikacji
Abstrakty
The durability of concrete structures can be compromised by alkali-aggregate reaction, a chemical process between the alkalis and reactive minerals within the aggregate. The reaction produces a gel of hydrated sodium-potassium-calcium silicate that expands in the concrete, deteriorating it. Adding mineral admixtures to concrete is recognized as a highly effective strategy to mitigate expansion due to alkaliaggregate reactions. This study investigated the use of a natural mineral admixture, metahalloysite, to mitigate the reaction effects. Expansion tests were conducted according to ASTM C441. The microstructure of the expanded specimens was examined using computed tomography and scanning electron microscopy coupled with X-ray microanalysis. The results showed that the 25% cement substitution with metahalloysite significantly lowered the swelling of the concrete specimens, keeping it within safe limits. Microstructural examination of the specimens without admixture showed numerous cracks in the aggregate grains, the presence of reaction products, and ettringite crystals. Specimens with admixture showed the presence of non-swelling sodium-potassium silicate gel and a dense C-S-H phase with a reduced C/S ratio.
Jednym z czynników mogących doprowadzić do uszkodzenia konstrukcji budowlanych jest reakcja zachodząca pomiędzy alkaliami, a reaktywnymi składnikami kruszywa w betonie. Produktem reakcji jest żel uwodnionego krzemianu sodowo-potasowo-wapniowego, który pęczniejąc wywołuje ekspansję i destrukcję betonu. Powszechnie uznaje się, że stosowanie dodatków, jest jednym z najbardziej efektywnych sposobów kontrolowania ekspansji betonu, wywołanej reakcją alkalia-krzemionka. W pracy podjęto próbę oceny metahaloizytu jako naturalnego dodatku mineralnego na ograniczanie skutków reakcji alkalia-krzemionka. Badania ekspansji przeprowadzono zgodnie z metodą ASTM C441. Na próbkach poddanych badaniom ekspansji przeprowadzono badania mikrostruktury przy wykorzystaniu tomografii komputerowej i skaningowej mikroskopii elektronowej sprzężonej z mikroanalizatorem rentgenowskim. Wyniki badań wykazały, że zastąpienie cementu metahaloizytem w ilości 25% wagowych powoduje zmniejszenie ekspansji próbek do poziomu niezagrażającego trwałości betonu. Badania mikrostruktury próbek bez dodatku wykazały liczne spękania ziaren kruszywa, obecność produktów reakcji alkaliakrzemionka oraz kryształów ettryngitu. W próbkach z dodatkiem stwierdzono obecność żelu krzemianu sodowo-potasowego niemającego zdolności pęczniejących oraz zwartej fazy C–S–H o obniżonym stosunku C/S.
Słowa kluczowe
Czasopismo
Rocznik
Tom
Strony
485--494
Opis fizyczny
Bibliogr. 24 poz., il., tab.
Twórcy
autor
- Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Kielce, Poland
autor
- Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Kielce, Poland
Bibliografia
- [1] L.S. Dent Glasser and N. Kataoka, “The chemistry of ‘alkali- aggregate’ reaction”, Cement and Concrete Research, vol. 11, no. 1, pp. 1-9, 1981, doi: 10.1016/0008-8846(81)90003-X.
- [2] T. Ichikawa and M. Miura, “Modified model of alkali-silica reaction”, Cement and Concrete Research, vol. 37, no. 9, pp. 1291-1297, 2007, doi: 10.1016/j.cemconres.2007.06.008.
- [3] R. Helmuth, D. Stark, S. Diamond, and M. Moranville-Regourd, Alkali-Silica Reactivity: An Overview of Research. Washington: Strategic Highway Research Program, National Research Council, 1993.
- [4] T.C. Powers and H.H. Steinour, “An interpretation of some published researchers on alkali-aggregate reaction. Part 1 – the chemical reactions and mechanism of expansion”, American Concrete Institute Journal Proceedings, vol. 51 no. 2, pp. 497-516, 1955, doi: 10.14359/11691.
- [5] Z. Owsiak, “Alkali–aggregate reaction in concrete containing high-alkali cement and granite aggregate”, Cement and Concrete Research, vol. 34, no.1, pp. 7-11, 2004, doi: 10.1016/S0008-8846(03)00189-3.
- [6] Z. Owsiak and P. Czapik, “The reduction of expansion of mortars produced from reactive aggregate by the clinoptilolite addition”, Cement Lime Concrete, vol. 19, no. 3, pp. 152-157, 2014.
- [7] Z. Owsiak and J. Zapała-Sławeta, “The course of the alkali-aggregate reaction in the presence of lithium nitrate”, Ceramics – Silikáty, vol. 57, no. 2, pp. 138-145, 2013.
- [8] Z. Owsiak, P. Czapik, and J. Zapała-Sławeta, “Assessment gravel aggregate reactivity with alkalis in relation to methods of test”, Archives of Civil Engineering, vol. 60, no. 4, pp. 441-451, 2014, doi: 10.2478/ace-2014-0030.
- [9] A. Garbacik, K. Hernik, G. Adamski, and M.A. Glinicki, “Reaktywność alkaliczna krajowych kruszyw- cele i założenia projektu ASR-RID”, Przegląd Budowlany, vol. 87, no. 5, pp. 19-21, 2016.
- [10] B. Langier, J. Katzer, M. Major, J. Halbiniak, and I. Major, “Strength and durability characteristics of concretes with crushed side window glass as partial aggregate substitution”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 2, pp. 5-21, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.145249.
- [11] D. Hester, C. McNally, and M. Richardson, “A study of the influence of slag alkali level on the alkali–silica reactivity of slag concrete”, Construction and Building Material, vol. 19, no. 9, pp. 661-665, 2005, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2005.02.016.
- [12] X. Feng, N. Feng, and D. Han, “Effect of the composite of natural zeolite and fly ash on alkali–silica reaction”, Journal of Wuhan University of Technology- Materials Science Edition, vol. 18, no. 4, pp. 93-96, 2003, doi: 10.1007/BF02838402.
- [13] A.M. Boddy, R.D. Hooton, and M.D.A. Thomas, “The effect of the silica content of silica fume on its ability to control alkali–silica reaction”, Cement and Concrete Research, vol. 33 no. 8, pp. 1263-1268, 2003, doi: 10.1016/S0008-8846(03)00058-9.
- [14] M. Thomas, “The effect of supplementary cementing materials on alkali-silica reaction: A review”, Cement and Concrete Research, vol. 41, no. 12, pp. 1224-1231, 2011, doi: 10.1016/j.cemconres.2010.11.003.
- [15] Z. Owsiak, Korozja wewnętrzna betonu. Kielce: Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, 2015.
- [16] T. Ramlochan, M. Thomas, and K.A. Gruber, “The effect of metakaolin on alkali-silica reaction in concrete”, Cement and Concrete Research, vol. 30, no. 3, pp. 339-344, 2000, doi: 10.1016/S0008-8846(99)00261-6.
- [17] Z. Owsiak and P. Czapik, “Wpływ dodatku zeolitu na reakcję alkaliów z krzemionką w zaprawach z kruszywem reaktywnym”, in Dni Betonu Proceedings. Wisła, 2014, pp. 587-596.
- [18] S. Seraj, M.C.G. Juenger, and R.P. Ferron, “Evaluating Natural Pozzolans for Use as Alternative Supplementary Cementitious Materials in Concrete”, PhD thesis, University of Texas at Austin, 2014.
- [19] A. Tironi, F. Cravero, A.N. Scian, and E.F. Irassar, “Pozzolanic activity of calcined halloysite-rich kaolinitic clays”, Applied Clay Science, vol. 147, pp. 11-18, 2017, doi: 10.1016/j.clay.2017.07.018.
- [20] ASTM C441 Standard Test Method for Effectiveness of Pozzolans or Ground Blast Furnace Slag in Preventing Excessive Expansion of Concrete Due to the Alkali-Silica Reaction. 2017.
- [21] M. Thomas, B. Fournier, K. Folliard, J. Ideker, and M. Shehata, “Test methods for evaluating preventive measures for controlling expansion due to alkali-silica reaction in concrete”, Cement and Concrete Research, vol. 36, no. 10, pp. 1842-1856, 2006, doi: 10.1016/j.cemconres.2006.01.014.
- [22] ASTM C1157 Standard Performance Specification for Hydraulic Cement. 2008.
- [23] C. Famy, K.L. Scrivener, A. Atkinson, and A.R. Brough, “Influence of the storage conditions on the dimensional changes of heat-cured mortars”, Cement and Concrete Research, vol. 31, no. 5, pp. 795-803, 2001, doi: 10.1016/S0008-8846(01)00480-X.
- [24] M. Piersanti and M. Shehata, “The presence of ettringite in concrete affected by alkali-silica reaction and its potential use as recycled aggregate”, Journal of Microscopy, vol. 286, no. 2, pp. 168-173, 2022, doi: 10.1111/jmi.13093.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-77eb2e74-3259-4e08-95b0-ffbf3fa3bfc7
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.