English
Język Polski
Możliwość oceny cementów z nieklinkierowymi składnikami głównymi pod względem reaktywności alkaliów z kruszywem krzemionkowym
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.156191Abstrakt
Wartykule przedstawiono wyniki badań wpływu obecności nieklinkierowych składników wcemencie na zagrożenie wystąpienia niszczącej reakcji alkalia-krzemionka. Zwykle badania nad przyczynami zachodzenie tego procesu degradacji betonu koncentrują się na określeniu reaktywności kruszywa. Badania wpływu nieklinkierowych składników często przeprowadza się stosując lokalne, naturalne kruszywa, których odmienne właściwości petrograficzne mogą wpływać na wyniki badań. W prezentowanej pracy zastosowano cementy CEM II z dwoma popularnie stosowanymi nieklinkierowymi składnikami, granulowanym żużlem wielkopiecowym, oraz popiołem lotnym krzemionkowym. Ponadto zastosowano spoiwo składające się cementu CEM I i metahaloizytu w stosunku 3:1. Spoiwem zastosowanym do wykonania próbek odniesienia były cementy CEM I, bez składników nieklinkierowych. Przeprowadzono badania ekspansji zapraw z wybranymi spoiwami i wzorcowym kruszywem reaktywnym ze szkła boro krzemianowego zgodnie z metodyką normy ASTM C 441. Wyniki badań odniesione do kryteriów zawartych w normie ASTM C 1157 wykazały, że spoiwa zawierające składniki nieklinkierowe odznaczają się niską reaktywnością względem kruszyw podatnych na reakcję alkalia-krzemionka – spełniają wymagania „Option-R”. Ekspansja zapraw z cementami ze składnikami nieklinkierowymi ulega wydatnemu obniżeniu, w stosunku do próbek z czystego cementu portlandzkiego z tego samego klinkieru. Największa efektywność w tym względzie, spośród przebadanych spoiw uzyskano dla cementu z dodatkiem metahaloizytu, z którym próbki zaprawy wykazały po 56 dniach skurcz wynoszący 0,009%. Z uwagi na ekspansje zapraw, wynoszącą po 56 dniach ponad 0,145%, odnosząc się do wymagań normy ASTM C 33/33M kruszywo, ze szkła boro krzemianowego można uznać, ze bardzo reaktywne. Uzyskane wyniki ekspansji są dobrze skorelowane z mikrostrukturą wykonanych zapraw. Obserwując mikrostrukturę zapraw pod skaningowym mikroskopem elektronowym stwierdzono obecność defektów, które można powiązać z zachodzeniem reakcji alkalia-krzemionka. Objawiają się one, przede wszystkim w postaci spękań ziaren kruszywa ze szkła boro krzemianowego, wypełnionych zbitymi produktami reakcji. Jakościowo oceniając, w największym stopniu spękane są próbki z cementu CEM I, gdzie gęsto rozchodzące się rysy w ziarnach kruszywa mają największe rozwarcie oraz obserwuje się spękania samej matrycy cementowej. W próbach, w których ekspansja jest najmniejsza ziarna kruszywa ze szkła boro krzemianowego prawie nie ulegają degradacji. Podsumowując można stwierdzić, że badając ekspansje zapraw z kruszywem ze szkła boro krzemianowego w okresie 56 dni, reakcja-alkalia krzemionka zachodząca w obecności spoiw z wybranymi składnikami nieklinkierowymi nie nosi znamion potencjalnej szkodliwości. Tym samym wykorzystując cementy z tymi dodatkami możliwe by było stosowanie do produkcji betonu nawet bardzo reaktywnego kruszywa bez narażania go na przedwczesną degradację.Bibliografia
[1] S. Popovics, Concrete Material – Properties Specifications and Testing. Norwich, NY, USA: Knovel, 2001.
[2] ASTM C1260-23 Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method). ASTM International, 2023.
[3] ASTM C1293-20a Standard Test Method for Determination of Length Change of Concrete Due to Alkali-Silica Reaction. ASTM International, 2020.
[4] PN-B 06714-46:1992 Kruszywa mineralne – Badania – Oznaczanie potencjalnej reaktywności alkalicznej metodą szybką. PKN, 1992.
[5] I. Sims and P. Nixon, “RILEM Recommended Test Method AAR-0, Detection of Alkali-Reactivity Potential in Concrete – Outline guide to the use of RILEM methods in assessments of aggregates for potential alkali-reactivity”, Materials and Structures, vol. 36, pp. 472-479, 2003, doi: 10.1007/BF02481527.
[6] Procedura Badawcza GDDKiA PB/1/18: Instrukcja badania reaktywności kruszyw metodą przyśpieszoną w 1 M roztworze NaOH w temperaturze 80ºC, GDDKiA, 2022. [Online]. Available: https://www.gov.pl/web/gddkia/reaktywnosc-kruszyw. [Accessed: 1. Oct. 2024].
[7] Procedura Badawcza GDDKiA PB/2/18: Instrukcja badania reaktywności kruszyw w temperaturze 38ºC według ASTM C1293/RILEM AAR-3, GDDKiA, 2022. [Online]. Available: https://www.gov.pl/web/gddkia/reaktywnosc-kruszyw. [Accessed: 1. Oct. 2024].
[8] B. Sivrikaya, İ . Demir, and Ö . Sevim, “Comparison of short- and long-term ASR test methods on cementitious composites”, Challenge Journal of Structural Mechanics, vol. 6, no. 2, pp. 68-72, 2020, doi: 10.20528/cjsmec.2020.02.003.
[9] Z. Owsiak and J. Zapała, “Review of the laboratory methods applied to assess the reactivity of alkaline siliceous aggregates in concrete”, Structure and Environment, vol. 3, no. 1, pp. 21-26, 2011.
[10] Z. Owsiak, “Testing Alkali Reactivity of Selected Concrete Aggregates”, Journal of Civil Engineering and Management, vol. 13, no. 3, pp. 201-207, 2007, doi: 10.3846/13923730.2007.9636438.
[11] W. Kurdowski, Chemia cementu i betonu. Kraków, Poland: Polski Cement, 2010.
[12] M.P. Brandt, R.E. Oberholster, and W.B. Westra, “The Alkali-Aggregete Reaction: A Contribution Concerning the Determination of the Reactivity of Portland Cements”, in Proceedings of the 5th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction. Cape Town, South Africa, 1981. [Online]. Available: https://icaarconcrete.org/wpcontent/uploads/2021/04/5ICAAR-BrandtM-1.pdf.
[13] PN-B-19707:2023-05 Cement – Cement specjalny – Skład, wymagania i kryteria zgodności. PKN, 2023.
[14] S. Lane and C. Ozyildirim, “Use of Fly Ash, Slag or Silica Fume to Inhibit Alkali-Silica reactivity”, Charlottesville, VA, USA: Virginia Transportation Research Council, 1995, [Online]. Available: https://vtrc.virginia.gov/reports/all-reports/95-r21/.
[15] A. Garbacik and Z. Giergiczny, “Cementy specjalne – nowe kryteria klasyfikacji, wymagań i oceny zgodności”, Przegląd Budowlany, vol. 85, no. 5, pp. 28-30, 2014.
[16] ASTM C1157-08a Standard Performance Specification for Hydraulic Cement. ASTM International, 2008.
[17] J. Lamond and J. Pielert, Significance of Tests and Properties of Concrete and Concrete-Making Materials. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2006.
[18] ASTM C441/C441M-17 Standard Test Method for Effectiveness of Pozzolans or Ground Blast-Furnace Slag in Preventing Excessive Expansion of Concrete Due to the Alkali-Silica Reaction, ASTM International, 2017.
[19] ASTM C227-10 Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Cement-Aggregate Combinations (Mortar-Bar Method). ASTM International, 2010.
[20] M.A.T.M. Broekmans, “Structural properties of quartz and their potential role for ASR”, Materials Characterization, vol. 53, no. 2-4, pp. 129-140, 2004, doi: 10.1016/j.matchar.2004.08.010.
[21] A. Jarmontowicz and R. Krzywobłocka-Laurów, Ocena potencjalnej reaktywności kruszywa żwirowego w stosunku do alkalii na podstawie badań instrumentalnych. Warsaw, Poland: ITB, 1993.
[22] 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. Austin, TX, USA: International Center for Aggregates Research, 2006.
[23] A.F. Holleman and E. Wyberg, Lehrbuch der anorganischen Chemia. Berlin/New York, German/USA: Walter Gruyter Verlag, 1985.
[24] 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.
[25] J. Jura and M. Ulewicz, “The use of bottom and a mixture of bottom and fly ash from wood-sunflower biomass combustion in concrete production“, Archives of Civil Engineering, vol. 71, no. 2, pp. 19-35, 2025, doi: 10.24425/ace.2025.154105.
[26] K.S. Nguyen, et al., “Influence of weak acid salts and curong condition on spersulfated cement mortar“, Archives of Civil Engineering, vol. 70, no. 3, pp. 545-559, 2024, doi: 10.24425/ace.2024.151001.
[27] G. Cordoba, A. Rossetti, D. Falcone, and E.F. Irrasar, “Sulfate and alkali-silica performance of blended cements containing illitic calcined clays”, in Proceedings of the Calcined Clay for Sustainable Concrete Conference, F. Martirena, et al., Eds. Dordrecht: Springer, 2018, pp. 117-123, doi: 10.1007/978-94-024-1207-9_19.
[28] Z. Wu and T.R. Naik, “Properties of concrete produced from multicomponent blended cements”, Cement and Concrete Research, vol. 32, no. 12, pp. 1937-1942, 2002, doi: 10.1016/S0008-8846(02)00907-9.
[29] J. Zapała-Sławeta, “The effect of meta-halloysite on alkali-aggregate reaction in concrete”, Materials and Structures, vol. 50, no. 5, art. no. 217, 2017, doi: 10.1617/s11527-017-1084-9.
[30] C.R. Kaze, P. Venyite, A. Nana, D.N. Juvenal, H.K. Tchakoute, H. Rahier, E. Kamseu, U.C. Melo, and C. Leonelli, ”Meta-halloysite to improve compactness in iron-rich laterite-based alkali-activated materials”, Materials Chemistry and Physics, vol. 239, art. no. 122268, 2020, doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.122268.
[31] ASTM C33/C33M-08 Standard Specification for Concrete Aggregates. ASTM International, 2008.
[32] M.J. Munir, A. Safeer, A.U. Qazi, M.L. Nehdi, and S.M.S. Kazmi, “Role of test method in detection of alkali–silica reactivity of concrete aggregates”, Construction Materials, vol. 171, no. 5, pp. 203-221, 2018, doi: 10.1680/jcoma.16.00058.
[33] P. Czapik, “Degradation of Glaukonite Sandstone as a Result of Alkali-Silica Reactions in Cement Mortar”, Materials, vol. 11, no. 6, art. no. 924, 2018, doi: 10.3390/ma11060924.
[34] Z. Owsiak, J. Zapała, and P. Czapik, “Sources of the Gravel Aggregate Reaction with Alkalis in Concrete”, Cement Wapno Beton, vol. 17, no. 3, pp. 149-153, 2012.
[35] P. Czapik, “Microstructure and Degradation of Mortar Containing Waste Glass Aggregate as Evaluated by Various Microscopic Techniques”, Materials, vol. 13, no. 9, art. no. 2186, 2020, doi: 10.3390/ma13092186.
[36] T. Ichikawa and M. Miura, “Modified model of alkali-silica reaction”, Cement and Concrete Reesearch, vol. 37, no. 9, pp. 1291-1297, 2007, doi: 10.1016/j.cemconres.2007.06.008.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
