粉煤灰抑制碱—硅反应机理研究

【摘要】：本文结合贵广铁路碱骨料抑制试验课题,对板岩骨料的碱活性特征以及粉煤灰抑制ASR机理进行了试验研究。 文中首先采用了岩相法、砂浆棒法、快速砂浆棒法、X射线衍射分析、扫描电镜分析等多种试验方法对板岩骨料的碱活性进行了系统的试验研究,结果证实板岩具有典型的ASR活性特征,板岩内含有一定量的活性矿物,活性成分主要为微晶质至隐晶质石英,未发现白云石,排除了ACR活性的可能。此外,通过对试验中的一些试件进行偏光显微分析,发现与传统ASR膨胀机理不同,传统的ASR反应主要发生在骨料与水泥浆界面处,而板岩具有层理性的特点,部分骨料由于碱沿着骨料层理向骨料内部渗透,在骨料内部也发生了ASR反应,从而导致骨料的膨胀开裂。 文中使用粉煤灰对板岩骨料进行抑制试验研究,为了凸现粉煤灰的抑制能力以及对更高活性骨料的抑制效果,试验还在板岩骨料中掺入了5%的硬质玻璃进行抑制研究,此外借鉴改进后的ASTM C441方法,对不同活性的玻璃骨料进行了抑制试验研究。试验结果证实粉煤灰对四种骨料均有一定的抑制能力,并且对于不同活性的骨料,粉煤灰的抑制效果不同,抑制活性低的骨料所需的粉煤灰最小掺量小于活性高的骨料。 文中提出了一种基于快速砂浆棒法用于评定矿物掺合料抑制ASR有效性的试验方法,通过该方法进行的一些试验发现ASR膨胀率与该方法下试件内的碱含量成线性关系,同时也发现玻璃模拟骨料和天然骨料在膨胀特性方面存在一些差异。通过该方法对板岩骨料和1%玻璃两种骨料进行粉煤灰抑制试验,发现该方法能鉴别出矿物掺合料抑制ASR反应的能力,最终判定结论与快速砂浆棒法试验结论基本吻合,可作为一种评价矿物掺和料抑制ASR反应有效性的试验方法。 文中还研究了Ca(OH)2对粉煤灰抑制ASR的影响,通过外加Ca(OH)2的方法调整了试件内Ca(OH)2的含量,并在此基础上进行粉煤灰抑制试验研究,并与调整Ca(OH)2含量前的抑制试验进行了对比,发现Ca(OH)2是抑制ASR的不利因素,在Ca(OH)2含量高的情况下,掺与不掺粉煤灰的试件均高于相同情况下Ca(OH)2含量低的试件,Ca(OH)2含量高的情况下抑制ASR所需的粉煤灰最小掺量大于Ca(OH)2含量低的情况,并且发现ASR的抑制率与Ca(OH)2/SiO2呈线性关系。结合微观分析认为粉煤灰抑制ASR的机理主要表现为二次火山灰反应对Ca(OH)2的降低与生成的低Ca/Si的C-S-H凝胶对碱的‘固化’作用,降低了混凝土体系内的碱含量。