LiNO3对沸石化珍珠岩和砂岩ASR的抑制作用与机制

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碱硅酸反应(ASR)自1940年被发现以来,已在世界范围内造成重大工程破坏,带来巨大经济损失,ASR的预防和抑制显得尤为重要。目前抑制ASR的传统方法包括:使用非活性集料、限制混凝土中的碱含量和掺入矿物掺合料,但每种方法均存在各自缺点。自锂盐被发现能够有效抑制ASR以来,其已成为近些年国内外研究的热点。虽然锂盐抑制ASR的研究经历了数十年,也取得了一定的成果,但一致性的观点并不多,且存在很多关键性问题未解决,如:锂盐抑制ASR的真正机理是什么?为什么锂盐对砂岩等低活性集料ASR抑制效果较差?正因为这些关键问题的存在,使得锂盐并没有被广泛应用于实际工程当中。因此,仍有必要对锂盐抑制ASR展开进一步系统研究。  本文采用砂浆棒快速法、混凝土微柱法、混凝土棱柱体法和岩石柱法四种方法对LiNO3抑制沸石化珍珠岩和砂岩的ASR膨胀进行评价,并利用ICP-MS、XRD、SEM/EDS、LSCM等微观手段对含有Li+、Na+、Ca2+、[SiO4]4-、OH-体系的反应过程以及ASR抑制效果实验中的试件进行详细分析,深入研究了锂盐抑制ASR的机理,以及锂盐对砂岩ASR抑制效果差的原因。  80℃溶液养护条件下,当掺量达到[Li]/[Na+K]摩尔比为1.11时,LiNO3对沸石化珍珠岩成型的砂浆与混凝土试件膨胀具有明显的抑制效果,但掺LiNO3试件仍出现少量的膨胀。38℃湿气养护条件下,当掺量达到[Li]/[Na+K]摩尔比为1.11时,LiNO3同样能够降低沸石化珍珠岩混凝土的膨胀,但随着龄期的延长掺入LiNO3试件的膨胀也在明显增加,且增长速率高于未掺LiNO3的试件。对两河口砂岩来说,无论采用何种评价方法,LiNO3均不能抑制其配制试件的膨胀,掺入LiNO3试件的膨胀反而超过未掺LiNO3的试件,说明LiNO3能够促进两河口砂岩配制的试件产生膨胀。  集料块状与粉末的养护试验研究发现,当Li/Na摩尔比0.4及以上时,Li+优先与SiO2反应形成稳定的Li2SiO3晶体,此时没有ASR凝胶形成;当Li/Na摩尔比小于0.4时,形成的产物则是ASR凝胶。虽然LiNO3能够阻止ASR凝胶的形成,但试件的微观分析显示新生成的Li2SiO3晶体产物同样会对岩石或混凝土造成膨胀。且Li2SiO3晶体对沸石化珍珠岩和两河口砂岩自身的膨胀作用大于ASR凝胶,而对混凝土产生的膨胀程度则因集料种类而异。对沸石化珍珠岩,Li2SiO3晶体产生的膨胀小于ASR凝胶;对两河口砂岩,Li2SiO3晶体产生的膨胀则大于ASR凝胶。ASR凝胶对沸石化珍珠岩混凝土与两河口砂岩混凝土的破坏相似,即膨胀从集料内部产生,ASR凝胶从膨胀通道进入集料与水泥浆体界面处,并进一步造成膨胀;而Li2SiO3晶体对它们的影响略有差异,即沸石化珍珠岩混凝土破坏并不严重,只在集料与水泥浆体界面处发现微小裂纹,两河口砂岩则破坏严重,裂纹从集料内部产生并延伸至水泥浆体。
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