水泥及混凝土中的有害碱与无害碱(3)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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SCMs	PFA-A	PFA-B	PFA-C	CSF-A	CSF-B	GGBFS	Cement
总碱量(酸溶)，%Na₂Oe	2.34	3.07	8.55	0.77	3.63	0.64	1.05
水溶碱(ASTM C114)，%Na₂Oe	0.09	0.01	1.88	0.19	0.74	0.02	—
(占总碱量%)	(3.08)	(0.3)	(22.0)	(24.7)	(20.4)	(3.1)	—
可利用碱(ASTM C311)，%Na₂Oe	1.02	1.31	6.39	0.62	2.20	0.32	1.02
(占总碱量%)	(43.6)	(42.7)	(74.7)	(80.5)	(60.6)	(50.0)	(97.1)

　　D. W Hobbs^［对掺有粉煤灰和矿渣的混凝土立方体进行了碱的浸出研究，得到如下结论：(1)总碱量为3.32％Na₂Oe的一种粉煤灰，其有效碱约是0.6～0.7％Na₂Oe，占总碱量的18～21％；(2)酸溶碱量为0.97％的矿渣A，其有效碱为0.5～0.6％，占总碱量的52～62％；酸溶量为0.63％的矿渣B，其有效碱为0.2～0.3％，占总碱量的32～48％。他建议粉煤灰的有效碱取其总碱量的1/6，矿渣的有效碱取其总碱量的1/2。　　Donald F.Banlow和Peter J. Jackson研究了粉煤灰和磨细矿渣在硅酸盐水泥中碱的释放量：28天，38℃时为总碱量的70％，20℃时为总碱量的45％。粉煤灰的碱释放量与粉煤灰/水泥的比值及温度有关。矿渣中碱的释放量与掺量无多大关系，而粉煤灰的碱释放量与其掺量有很大关系。掺量越大，在相同的时间内，释放量越少。　　Kollek用碱含量较大的三种粉煤灰、四种天然火山灰和三种矿渣进行试验，得到了与Hobbs基本一致的结果，粉煤灰或天然火山灰中的有效碱为17％，矿渣则为50％。　　沸石已被证明是一种很好的抑制碱—集料反应的矿物掺和料。几种天然沸石的组成如表4所示。当将沸石加入到混凝土中时，尽管沸石中含有较高的碱，使总碱量提高，但它却有明显的抑制碱—集料反应的作用。　表4　　　　　　　　　　　　　天然沸石化学分析

编　号	产　地	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	L.O.I
沸石-1	浙江	70.26	12.16	1.18	3.06	0.71	1.91	1.40	8.98
沸石-2	河北	70.84	12.32	1.31	2.41	1.23	0.80	2.30	8.17
沸石-3	广西	59.28	14.74	0.31	3.1	0.1	0.15	0.10	17.2

　　冯乃谦等人曾将沸石加入NaOH溶液中，发现碱溶液中的Na浓度明显降低。其机理是沸石具有很强的离子交换能力，Na进入沸石中，而Ca²则被交换出来。　　此外，沸石中含有部分玻璃体，具有火山灰活性，可与Ca(OH)₂反应生成C—S—H凝胶，吸收一定量的碱。　　杨家智等人认为，不论高碱或低碱水泥，若掺入在活性、数量及细度上都有足够限度的混合材，则其中的碱与骨料就不会产生破坏性膨胀。　　由上述可见，水泥中的碱，尤其是掺有混合材的水泥，其中的碱并不全部参与碱-集料反应。因此，我们认为防止碱-集料反应，对水泥中的含碱量限制在0.6％以下的规定，不能一概而论。对于纯硅酸盐水泥，这个规定是适宜的，而对于掺有一定量混合材的水泥，还值得商榷。我们认为用有效碱或有害碱量更为适宜。4　拌和水及化学外加剂中的碱　　拌和水中的碱全部是水溶性的，均能参与碱—集料反应，即拌和水中的碱全部为有害碱。　　外加剂的使用是现代混凝土技术发展的一个重要动力，但同时带来某些外加剂引入碱的问题。最常用的萘系高效减水剂中含Na₂SO₄量高达10％左右，如掺量为水泥用量的1％，则外加剂引入的Na₂SO₄约为水泥的0.1％，折合Na₂O约为0.045％。　　掺加Na₂SO₄早强剂引入的碱更不容忽视，如掺量以水泥用量的2％计，则引入的Na₂O约为水泥的0.9％，即等于甚至大于水泥自身的含碱量。　　防冻剂会引入更多的碱。防冻剂掺量与混凝土中的含碱量如表5所示。　　表5　　　　　　　　　　防冻剂掺量与混凝土中的含碱量

外　加　剂	掺　量(M)	含　碱　量	外　加　剂	掺　量(M)	含　碱　量
(1)	C*2%	M*0.873	(2)	C*8%	M*3.6
(2) (3)	C*(1.5 1.5)%	M*1.47	(2) (1)	C*(8 2)%	M*4.73
(2) (3)	C*(2.0 2.6)%	M*2.23	(4)	C*4%	M*1.46
(2) (3)	C*(3.0 3.9)%	M*3.35	(4)	C*8%	M*2.96
(2) (3) (1)	C*(3.0 3.9 2.0)%	M*4.218	(4) (1)	C*(8 2)%	M*3.79
(2)	C*4%	M*1.8	(5)	C*10%	M*4.48

注：(1)硫酸钠 (2)氯化钠 (3)亚硝酸钠 (4)硝酸钠 (5)碳酸钠　　由外加剂引入的碱全部是可溶性的。因此，为防止碱-集料反应，对外加剂中的碱应格外注意。5　可溶性碱及有害碱的测定方法　　可溶性碱量的测定一般按ASTM C114进行，其过程可简述为：称25.0g水泥放入500ml锥形瓶中，在室温下摇动10分钟，然后在弱真空条件下用布氏漏斗过滤，将滤液转移到一个500ml的容量瓶中，加水至刻度。测定其浓度后，即可计算出水泥的可溶性碱量。　　对于搅拌时间对可溶性碱量的影响，郝挺宇曾做过搅拌10分钟、1小时和2小时的试验，发现10分钟和2小时的测定结果差别不大。　　有害碱的测定方法，可分为两类：第一，使用一种挤压装置，将孔隙中的溶液挤出来，称之为挤压法；第二，将硬化浆体或混凝土磨细，再与水混合，将孔隙中的化学成分溶解出来，称之为溶出法。　　挤压法采用一种挤压装置，将孔溶液在高压下挤压出来。挤压用的模具具有不同的形式，但大体相同。挤压法可以直接测得孔溶液中碱的浓度。但挤压法还有一些不足，如提取量过少，不便于分析，低W/C时则不能挤压出溶液。Chatterji对挤压法提出了疑问，他认为，提取的孔溶液不能反映真实情况，具有不确定性。此外，挤压法还不是一种标准的方法，且对操作要求很高，所以目前还难于推广。　　溶出法常按改进的ASTM C311法进行，其过程可简述为：将10g水泥放入一个25ml 的塑料瓶中，加10ml水，加盖并用胶带密封好，摇动使其均匀，存放于38±2℃的环境中。第28天时，将瓶中之物用研钵磨细，转移到一个烧杯中，加水至200ml，在室温下搅拌l小时。然后用布氏漏斗过滤，将滤液转移到一个500ml的溶量瓶中，加水至刻度。测定其浓度后，即可计算出孔溶液中的碱量。　　ASTM C311法在研磨过程中，由于破坏了水化产物原有的结构，使已结合在其中的碱又被溶出来，因此溶出法测定的结果比实际孔溶液中的碱量偏高，J.Duchesne和 M.A.Bérubé的试验结果也证明了这种看法。6　结　论　　综上所述，可得出如下几点结论： (1)水泥和混凝土中的碱可分为有害碱与无害碱，仅有害碱才参与碱-集料反应。 (2)混合材或掺和料可降低水泥或混凝土中的有害碱，从而抑制碱-集料反应的发生。　 (3)化学外加剂可引入大量的有害碱，在应用中应特别注意。7　几点建议　　 (1)“可利用碱”或“有效碱”的概念称为“有害碱”更为直观，更易被接受。 (2)为防止碱-集料反应，评定水泥中的碱含量时，尤其对掺有混合材的水泥，用全碱量是不适宜的，建议使用“有害碱”含量。　 (3)对混凝土中的总碱量的限值也可考虑使用“有害碱”含量。 (4)建议制订我国的测定水泥中“有害碱”的标准方法。