مطالعه واکنش‌زایی قلیایی سیلیسی سنگدانه‌ها در روسازی‌های بتنی با رویکرد کاهش ریسک خرابی در بتن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار، مرکز تحقیقات راه مسکن و شهرسازی، تهران، ایران

چکیده

سنگدانه‌ها به عنوان یکی از اجزاء اصلی بتن، تاثیر بسزایی بر مقاومت و دوام روسازی های بتنی خواهند داشت. یکی از مشکلات مهم سنگدانه‌های برخی نقاط کشور، احتمال واکنش‌زایی قلیایی سیلیسی بین سیلیس سنگدانه‌ها و قلیایی‌های موجود سیمان در آب حفره ای بتن در طول زمان است. به دلیل استفاده این سنگدانه‌ها در ساخت و سازهای مختلف به ویژه روسازی های بتنی، ارزیابی دقیق این مصالح از نظر واکنش‌زایی با قلیایی‌های سیمان بعلاوه ارائه راهکارهایی در جهت کاهش ریسک انبساط ناشی از رخداد واکنش قلیایی سیلیسی از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. پژوهش حاضر به مطالعه و ارزیابی پتانسیل واکنش زایی سنگدانه‌های تعدادی از معادن استان مازندران و گیلان بر پایه آزمون‌های پتروگرافی بر روی سنگدانه مطابق استاندارد ASTM C295، آزمون تسریع شده منشور ملات طبق استاندارد ASTM C1260 و آزمون تعیین تغییر طول منشور بتنی طبق استاندارد ASTM C1293، پرداخته و در ادامه به نحوه انتخاب اقدامات پیشگیرانه در جهت کاهش ریسک انبساط ناشی از سنگدانه‌های واکنش زای مورد استفاده در روسازی های بتنی می‌پردازد. بر اساس نتایج بدست آمده در این مطالعه ، مشاهده گردید که به ترتیب حدود 30 و 50 درصد از نمونه‌های شن و ماسه مورد آزمون در دو استان مازندران و گیلان واکنش زا گزارش شده است. به همین منظور اقدامات پیشگیرانه همچون محدود نمودن قلیایی بتن به میزان حداکثر kg/m38/1، استفاده از مواد سیمانی همچون دوده سیلیس به میزان حداکثر 7% یا ترکیبی از این دو برای استفاده از این مصالح (با واکنش زایی زیاد) در روسازی های بتنی پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study on Alkali Silica Reactivity of Aggregates at Concrete Pavements with Describing a Method for Reducing the Risk of Deterioration in Concrete

نویسندگان [English]

  • Ali Dousti
  • Sohrab Veiseh
Assistant Professor, Road, Housing and Urban Development Research Center, Tehran, Iran.
چکیده [English]

The aggregates as a prominent part of concrete mixture have significant impact on durability and strength of concrete pavements. One of the most important problems attributed to some part of aggregates in Iran are reported to possibly deleterious alkali silica reaction between the hydroxyl ions (OH−) in the pore solution and reactive silica in the aggregate over the time. So, investigation of alkali-silica reaction potential for aggregate in this area in addition to identifying appropriate preventive measures to minimize the risk of expansion is so invaluable because of high consumption of these suspicious materials in the construction of concrete pavements.

This study presents evaluation of alkali silica reactivity potential of Mazandaran and Guilan aggregates using petrography examination of aggregate according to ASTM C295, alkali silica reactivity mortar bar testing according to ASTM C1260 and determination of length change of concrete due to alkali silica reaction according to ASTM C1293. Selecting appropriate preventive measures to minimize the risk of expansion when deleterious reactive aggregates are used in concrete pavements are described in following. Based on results obtained in present study, it was observed that about 30 and 50 percentages of aggregates placed in two studied province of Mazandaran and Gilan respectively, has high alkali silica reactivity. Furthermore, preventive measures including limiting the alkali loading of the concrete to 1.8 kg/m3, substitution supplementary cementitious materials such as silica fume to amount of 7%, or a combination of these strategies was suggested for use of high alkali silica reactivity aggregates in concrete pavements.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Preventive Measures
  • Concrete Durability
  • Concrete Pavements
  • Alkali Silica Reaction
-A. D. Buck, B. J. Houston, L. Pepper,  (1953),  “Effectiveness of mineral admixtures in preventing excessive expansion of concrete due to alkali-aggregate reaction”, Journal of the American Concrete Institute, 30 (10),
pp. 11-60.
- M.D.A. Thomas, B. Fournier, K. Folliard, J. Ideker, M. Shehata, (2006), “Test methods for evaluating preventive measures for controlling expansion due to alkali-silica reaction in concrete”, Cem. Concr. Res. 36 (10),
pp.1842–1856.
- M.D.A. Thomas, B. Fournier, K.J. Folliard, Y. Resendez, (2011), “Alkali-Silica Reactivity Field Identification Handbook”, Federal Highway Administration, Office of Pavement Technology, United States.
- S. Diamond et al., (1981), “On the physics and chemistry of alkali–silica reactions”,
In: Proc. 5th Conf. Alkali-Aggregate Reaction in Concrete, S252/22, pp.1–11.
-T. Ramlochana, M. Thomasa, K.A. Gruberb., (2000), “The effect of metakaolin on
alkali-silica reaction in concrete”, Cement and Concrete Research, 30, pp. 339- 344.
-A. Dousti, S. Veyse, (2021), “Laboratory study of alkali silica reactivity of aggregates of a number of sand mines in Zanjan province”, Proceeding of 2th Conference of Concrete durability, Tehran, Iran (In Persian).
-AASHTO R 80-17, (2017), “Standard Practice for Determining the Reactivity of Concrete Aggregates and Selecting Appropriate Measures for Preventing Deleterious Expansion in New Concrete Construction”, American Association of State and Highway Transportation Officials.
-Alkali –silica, (2019), “reactivity field identification handbook, U.S department of Transportation”, Federal Highway administration.
-ASTM C 1260, )2014(, “Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method)”.
-­ASTM C1293, )2020(,“Test Method for Concrete Aggregates by Determination of Length Change of Concrete Due to Alkali-Silica Reaction”, American Society for Testing and Materials.
-ASTM C1567, (2013), “Determining the Potential Alkali-Silica Reactivity of Combinations of Cementitious Materials and Aggregate (Accelerated Mortar-Bar Method)”, American Society for Testing and Materials.
-ASTM C1778, (2020),  “Standard Guide for Reducing the Risk of Deleterious Alkali-Aggregate Reaction in Concrete” American Society for Testing and Materials.
-­­ASTM C227, (2010), “Test Method for Potential Alkali Reaction of Cement-Aggregate Combinations (Mortar-Bar Method)”, American Society for Testing and Materials.
ASTM C702, (2018), "Practice for Reducing Field Samples of Aggregate to Testing Size", American Society for Testing and Materials.
-ASTM C856, (2020), “Standard Practice for Petrographic Examination of Hardened Concrete”  American Society for Testing and Materials.
D. Lu, X. Zhou, Z. Xu, X. Lan, M. Tang, B. Fournier, (2006), “Evaluation of laboratory test method for determining the potential alkali contribution from aggregate and the ASR safety of the Three-Gorges dam concrete”, Cem. Concr. Res. 36,
pp.1157–1165.
-M.D.A.  Thomas, (2011), “The effect of supplementary cementing materials on
alkali–silica reaction: a review”, Cem. Concr. Res. 41, pp.1224–1231.
-R.B. Figueira, R. Sousa, L. Coelho, M. Azenha, J.M. de Almeida, P.A.S. Jorge, C.J.R. Silva, (2019), “Alkali-silica reaction in concrete: mechanisms, mitigation and test methods”, Constr. Build. Mater. 222,
pp.903–931.
-S.M.S. Kazmi, M.J. Munir, I. Patnaikuni,
Y.-F. Wu., (2017), “Pozzolanic reaction of sugarcane bagasse ash and its role in controlling alkali silica reaction”, Constr. Build. Mater., 148, pp.231–240.
-­STM C295, (2012), "Practice for Petrographic Examination of Aggregates for Concrete", American Society for Testing and Materials.