碱-硅反应产物的微观形貌特征研究.pdf

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1、第29卷第3期长江科学院院报V01．29No．32012年3月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMar．2O12文章编号：1001—5485【2012)03—0062—05碱一硅反应产物的微观形貌特征研究李珍，肖靓，陈亮(长江科学院a．材料结构研究所；b．水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，武汉430010)摘要：选取4种具有代表性的活性硅质岩石，在80~C，1mol／LNaOH溶液中浸泡7d和14d，采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)，对其碱一硅反应(ASR)产物的微观形貌性状和组成进

2、行深入研究。通过ASR产物与混凝土芯样中的水泥水化产物的对比分析，确定了ASR产物的典型微观形貌，为准确诊断混凝土ASR的发生提供了重要的科学依据。关键词：碱一硅反应(ASR)；扫描电子显微镜(SEM)；X射线能谱仪(EDS)；典型微观形貌中图分类号：33／698．2文献标志码：A(AFm)等。其中，钙矾石的显微形貌有针状、长杆状、短柱状、六角柱状、管状、胶态状等，易与ASR产1研究背景物的微观形貌产生混淆。为了更好地掌握混凝土中ASR的发生情况，需碱一硅反应(Alkali—SilicaReaction，ASR)是要运用微观测试手段来辨别ASR反应产物与水泥碱～骨料反应(A

3、AR)的主要类型，是指水泥水化所水化产物，明确ASR产物的形貌特征，为判定ASR析出的KOH和NaOH与骨料中的活性SiO：相互作的发生提供科学依据。用，形成了碱一硅酸凝胶。上世纪60年代瑞典皇家技术学院混凝土研究所首次用电子显微镜观测波特兰水泥浆的水化结构2试验材料与方法后，这一创新的测试手段很快被传播开来，对ASR微结构的研究受到重视⋯。2．1材料M．M．REGOURD教授研究了加拿大魁北2．1．1岩石克水电局提供的2座产生严重AAR的大坝混凝土所选取的4种岩石为有代表性的碱活性岩石。芯样。研究发现，AAR反应产物将经历如下演变过(1)法国中央高原蛋白石：该岩石采自法国

4、南程：凝胶(原生产物)一有组构的凝胶一具晶体结部中央高原地区的St—pierre—Eynac镇东南角。岩石构的产物(次生产物)。凝胶是一种含碱的硅酸盐，标本呈烟灰色，断口具典型贝壳断面，不规则节理发其组成为：SiO256％～86％，K2O2％～8％，Na2O育，质纯。0．4％～20％，H2O10％～30％，变化范围很大；有组(2)中国六合蛋白石：该岩石采自江苏省六合构的凝胶呈现粒状、海绵状、叶片状、葡萄串状。在县方山。岩石标本呈洁白凝胶体，外形呈现葡萄状、各种晶体产物中，按晶体形貌命名的有3种形态：杆杏仁状。组织结构呈瓷状，具典型贝壳断面。状(rod—like)晶体、片状(

5、blade-like)晶体和玫瑰花状(3)燧石：该岩石采自四川省嘉陵江。岩石标(rosette—like)晶体。本呈炭黑色，具不平坦断口。质坚硬，组织致密。水泥作为混凝土中的无机胶凝材料，其本身在(4)页岩：该岩石采自四川省雅砻江。岩石表水化过程中会产生水化产物j。常温下，硅酸盐水面光泽暗淡，呈黑色。具薄片层状节理，致密，硬度泥水化产物，按其结晶程度可分为2大类：一类是低。c—S—H(水化硅酸钙)凝胶；一类是CH、钙矾石Aft4种岩石主要化学成分见表1。收稿日期：2Ol1—03—08基金项目：水利部公益性行业专项项目(200801057)作者简介：李珍(1972一)，女，湖

6、南湘乡人，高级工程师，主要从事混凝土碱骨料反应及水工新材料研究，(电话)027—82829881(电子信箱)lizhen@mail．crsri．CIa。第3期李珍等碱一硅反应产物的微观形貌特征研究63表1岩石主要化学成分速电压、射束电流以及工作距离，对样品进行扫描电Table1Mainchemicalcomponentsoftherocks％子显微镜(SEM)和x射线能谱仪(EDS)分析。岩石名称Si0，A1203CaOFe2O3烧失量法国蛋白石91．120．54O．697．54中国蛋白石90．611．07O．4l7．893结果与讨论燧石96．431．57O．241．553

7、．17d龄期样品的SEM与EDS分析页岩60．7318．621．705．37图1至图4分别为4种岩石样品浸泡于1mol／L2．1．2混凝土芯样NaOH溶液7d之后的SEM照片，加速电压为15kV，本研究中混凝土芯样取自丹江口大坝l9坝工作距离分别为12，11，21，17mm。段。该坝已历经40余年，大坝整体运行完好，在大从图1至图4可以看出：中国蛋白石表面生长有坝上没有发现任何碱一骨料反应破坏的痕迹。从现郁郁葱葱的木耳状物质，其结构柔软、分布均匀；法国场取回的芯样外观光滑，骨料分布均匀，骨料与水泥蛋白石表面有片状物