Реакция щелочного заполнителя в бетоне – типы, причины и последствия

Щелочно-агрегатная реакция (ЩАР) происходит, когда заполнители в бетоне реагируют с гидроксидами щелочи в бетоне, образуя гигроскопичный гель, который в присутствии влаги поглощает воду и вызывает расширение и растрескивание в течение многих лет. Эта щелочно-агрегатная реакция имеет две формы, а именно: щелочно-кремнеземистая реакция (ASR) и щелочно-карбонатная реакция (ACR).

Первая вызывает большее беспокойство, поскольку заполнители, содержащие различные формы кремнезема, очень распространены, тогда как вторая происходит редко из-за непригодности карбонатов для использования в бетоне.

Тем не менее, разрушение бетона, вызванное каждым типом щелочно-агрегатной реакции, схоже. Следует знать, что ни одна конструкция никогда не разрушалась из-за щелочно-агрегатных реакцийНо известны случаи, когда железобетонные конструкции разрушались из-за воздействия щелочно-агрегатных реакций.

Большинство конструкций, сильно растрескавшихся под воздействием AAR, подвержены атмосферным воздействиям или находятся в контакте с влажной почвой. Это объясняется тем, что для значительного расширения необходимо достаточное присутствие влаги. Кроме влаги, необходимо также высокое содержание щелочи в бетоне.

Типы щелочно-агрегатных реакций

Щелочно-кремнеземистая реакция (ASR)

• Случайные трещины на карте, закрытые швы и сопутствующее отслаивание бетона являются индикаторами щелочно-кремнеземистой реакции.
• Петрографическое исследование может идентифицировать щелочно-кремнеземистую реакцию.
• Он встречается повсеместно, поскольку чаще всего встречаются заполнители, содержащие реакционноспособные кремнеземные материалы.
• Реакция щелочи с кремнеземом создает достаточное экспансивное давление для разрушения бетона.
• Растрескивание начинается в местах с частым поступлением влаги, например, вблизи ватерлинии в опорах, у земли за подпорными стенками, в опорах или колоннах, подверженных фитильному воздействию.
• Его можно контролировать, используя соответствующие порции дополнительных цементирующих материалов, таких как кремнезем, летучая зола и молотый гранулированный доменный шлак.
• Для уменьшения реакции щелочи с кремнеземом можно использовать соединения лития.

Разрушение бетона из-за щелочной реакции агрегатов

Щелочно-карбонатная реакция (ЩКР)

• Наблюдается в некоторых доломитовых породах.
• Она может вызвать значительное расширение.
• По сравнению со щелочно-кремнеземистыми реакциями, ACR встречается довольно редко, поскольку заполнители, подверженные этому явлению, менее распространены.
• Использование дополнительных цементирующих материалов не предотвращает пагубное расширение из-за ACR.
• Поэтому рекомендуется не использовать в бетоне заполнители, чувствительные к ACR.

Условия возникновения AAR

Показано, что если общее содержание щелочи в пересчете на эквивалент оксида натрия составляет менее 3 кг/м3, то расширение повреждений из-за AAR маловероятно, при условии, что в бетоне не присутствуют известные высокощелочные минералы, такие как опал и стекло.

Источники щелочей в бетоне

1. Цемент

Все компоненты бетона могут
вносить свой вклад в общее содержание щелочи в бетоне, но основным источником
щелочи является цемент.

2. Агрегат

Агрегаты, содержащие полевые шпаты, некоторые
слюды, стекловидные породы и стекло могут выделять щелочь в бетон. Морской вычерпанный песок,
если он не промыт должным образом, может содержать хлорид натрия, который может способствовать
значительное воздействие щелочи на бетон.

3. Примеси

Под добавками в контексте AAR в бетоне понимаются химические вещества, добавляемые в бетон на стадии смешивания. К ним относятся ускорители, водопонизители (пластификаторы), замедлители, суперпластификаторы, воздухововлекающие добавки и т.д. Некоторые химические вещества содержат соединения натрия и калия, которые могут способствовать увеличению содержания щелочи в бетоне.

4. Вода

Вода может содержать определенное количество щелочи.

5. Щелочи из наружного бетона

В районах с холодной погодой антиобледенительная соль содержит соединения натрия, которые могут увеличить содержание щелочи в поверхностном слое бетона. Почва, содержащая щелочь, также может увеличить содержание щелочи на поверхности бетона.

Последствия реакции щелочи с заполнителем

Влияние реакции щелочных агрегатов на железнодорожный мост
Бетон очистных сооружений разрушился из-за реакции щелочных агрегатов

Испытания на реактивность агрегатов

Петрографическая экспертиза

Профилактические меры против AAR

• Что такое щелочно-активированный бетон (ЩАБ)?.
• 6 типов вредных веществ в заполнителе.
• Влияние примесей в воде на прочность, долговечность и другие свойства бетона.
• Свойства и применение различных видов добавок в бетон.
• Заполнители для бетона в соответствии с американскими стандартами – ASTM [PDF].
• Добавки (присадки) для бетона – виды, выбор, свойства, применение.
• Натриевые почвы: влияние, свойства и лечение.