混凝土堿硅酸反應的有效堿及其計算方法研究.pdf

1、混凝土是人類社會最大宗的建筑材料，得到了廣泛應用。混凝土的堿-集料反應破壞在世界范圍內造成的經濟損失難以估計，鑒于其他國家的經驗教訓和我國已經發(fā)生的堿-集料反應破壞事例，對堿-集料反應的嚴重破壞性應予以足夠重視。
　　 本論文主要針對堿-集料反應有效堿展開研究。首先，在前人基礎上，提出只有進入活性集料中的堿金屬離子才是有效堿的概念。這從反應的角度更好地區(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、進一步。對于有效堿的測量，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，針對堿金屬離子在活性集料中擴散的特點，將三維擴散過程依據對稱性簡化為一維擴散，并假設混凝土界面過渡區(qū)與活性集料接觸處的堿為在集料中擴散的起始濃度，在其不隨時間變化的前提下，基于菲克非穩(wěn)態(tài)擴散定律，建立了堿在活性集料中擴散的理論方程，并得出了解析解，符合高斯誤差函數分布。結合相關參數可以計算

3、有效堿含量時空變化規(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散濃度的影響因素及影響規(guī)律。依據理論模型，該濃度直接決定了活性集料中有效堿的時空分布。研究證實，它與混凝土基體孔隙溶液中堿濃度密切相關，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。同時一切影響混土中堿的釋放與吸收的因素都可以對基體堿濃度造成影響，進而影響有效堿起始擴散

4、濃度。對于混凝土基體而言，這些因素包括膠凝材料的綜合酸度、綜合活性指數以及混凝土總堿量。經擬合，發(fā)現它們與基體堿濃度和有效堿起始擴散濃度具有指數相關性，顯著因子很高；并且研究證實基體堿濃度和有效堿起始擴散濃度在早期存在上升過程，但二者很快達到平衡不再隨時間變化，這也說明了之前理論模型建立過程中相關假設的正確性。
　　 另外，本論文試驗研究了不同因素對活性集料中有效堿時空分布規(guī)律的影響，發(fā)現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散系數對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，單個集料內有效堿減少；養(yǎng)護時間延長，養(yǎng)護溫度提高，有效堿增加：變化水膠比和應力狀況對有效堿影響不大。這些因素變化對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，因此對有效堿含量與分布有較大影響；而水膠比和應力狀況變化主要改變堿離子在基體中的擴散系數，因此影響不大。
　　 最后，試驗測定了有效堿在活性集料中的擴散系數，同時結合之前關于有效堿起始擴散濃度試驗結果，運用前文中建立的模型計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空分布，并與試驗結果進行了對比。對比中發(fā)現，理論值略低于試驗值，但二者之間誤差基本在10％以內，模型計算精度