CN101169402A - 锂盐在混凝土碱-硅酸反应预防中有效性的快速检测方法 - Google Patents

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Abstract

锂盐在混凝土碱－硅酸反应预防中有效性的快速检测方法：用一定数量、一定粒径的活性骨料与水泥、砂和锂盐成型为标准混凝土砂浆棒，24h后脱模；测定初始长度；置于养护溶液中养护，通过一定龄期的混凝土砂浆棒的膨胀值来衡量锂盐抑制混凝土ASR膨胀的能力，进而进行有效性评价；当养护14天膨胀率小于0.10％时，可认为该掺量的锂盐能有效抑制相应碱活性集料引起的ASR膨胀；当养护14天的膨胀率大于0.10％时，可认为该掺量的锂盐不能有效抑制碱活性集料引起的ASR膨胀。本发明可简捷快速的检测锂盐预防混凝土ASR膨胀的有效性，检测结果准确可靠、与CSAA23.2－14A或ASTM C1293的判定结果一致。

Description

锂盐在混凝土碱-硅酸反应预防中有效性的快速检测方法
技术领域
本发明公开了一种锂盐在混凝土碱-硅酸反应(ASR)预防中有效性的快速检测方法，尤指一种与混凝土棱柱法长期结果一致性良好的可以衡量锂盐抑制混凝土ASR膨胀效果优劣的快速砂浆棒法。
背景技术
混凝土是土木工程中应用最广泛的结构材料，也是当代用量最大的人造材料。混凝土材料在科学设计施工条件下是耐久性良好的建筑材料，但如果做不到这一点，而且在严酷的服役环境下，混凝土就会显示出很短的使用寿命。一般的混凝土工程使用年限约50～100年，但不少工程在使用10～20年后，有的甚至在使用几年之后即需维修。混凝土结构除受到外界载荷影响外，还面临着碱集料反应、钢筋锈蚀、冻融作用、延迟性钙矾石的形成等危害，不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害的能力下降，甚至引发灾难性的突发事故。而重大工程结构和生命线系统的使用期长达几十年、甚至上百年，有些重大工程还涉及到国家的经济命脉。因此，重大土木工程结构和基础设施的耐久性已成为土木工程领域的重要研究课题。
目前，用于预防和修补混凝土碱集料反应的化学外加剂主要有锂盐等，国外已开展了一定量的锂盐在混凝土ASR预防中的研究工作。国外学者的研究主要集中在锂盐在混凝土ASR预防中的有效性和所需掺加量两个方面，而还未对快速、有效检测锂盐在混凝土ASR预防中的有效性的评估方法进行系统研究。迄今为止，国外仅有一种用于检测锂盐在混凝土ASR预防中的有效性的评估方法——CSA A23.2-28A。该方法是建立在CSA A23.2-14A或者ASTMC1293——混凝土棱柱法(CPT)基础之上的，检测周期为1～2年，在实际工程应用中极为不便。直到最近，国内同样也没有检索到锂盐在混凝土ASR预防中的有效性的快速检测方法的报道。因此，必须从锂离子在混凝土ASR预防过程中的迁移渗透行为特征和作用机理出发，研究其相应的化学反应过程和动力学行为，在此基础上，结合长期积累的研究成果，提出新的锂盐在混凝土ASR预防中的有效性的快速检测方法，制定相应的标准，填补这一领域的国际空白。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术的缺点，提供一种锂盐在混凝土ASR预防中有效性的快速检测方法，其检测准确、快速，操作简单。
本发明的技术方案是：锂盐在混凝土碱-硅酸反应预防中有效性的快速检测方法，步骤如下：用一定数量、一定粒径的活性骨料与水泥、砂和锂盐在常温下成型为标准尺寸的混凝土砂浆棒，在24h后脱模，用比长仪测定其初始长度，将混凝土砂浆棒置于80℃、一定的养护溶液中进行养护，通过一定龄期的混凝土砂浆棒的膨胀值，来衡量锂盐抑制混凝土ASR膨胀的能力，进而进行有效性评价。当掺加一定量的锂盐的混凝土砂浆棒养护14天的膨胀率小于0.10％时，可认为该掺量条件下的锂盐能有效抑制相应碱活性集料引起的ASR膨胀；当掺加一定量的锂盐的混凝土砂浆棒养护14天的膨胀率大于0.10％时，可认为该掺量条件下的锂盐不能有效抑制相应碱活性集料引起的ASR膨胀。
以上方案中所述的“一定数量、一定粒径的活性骨料”是指：平均粒径小于5mm，同时大于2.5mm的集料；平均粒径小于2.5mm，同时大于1.25mm的集料；平均粒径小于1.25mm，同时大于0.630mm的集料；平均粒径小于0.630mm，同时大于0.315mm的集料；平均粒径小于0.315mm，同时大于0.160mm的集料，用天平称量，五种粒径范围的集料占每份集料的重量比分别为：10％、25％、25％、25％、15％；
所述的“一定量的锂盐”是指：锂盐的含量与待检测有效性的掺加量相同(以Li/(Na+K)摩尔比计)；
所述的“一定的养护溶液”是指：1mol/LNaOH(或KOH)和一定锂盐的混合溶液，其中的锂盐含量以Li/(Na+K)摩尔比计为待检测量的30-40％。
所述的“一定龄期”是指：养护14天。
具体的检测步骤是：
(1)、配制标准集料：
将活性集料破碎后，用孔径为5mm、2.5mm、1.25mm、0.630mm、0.315mm和0.160mm的标准砂石筛选出，平均粒径小于5mm，同时大于2.5mm的集料；平均粒径小于2.5mm，同时大于1.25mm的集料；平均粒径小于1.25mm，同时大于0.630mm的集料；平均粒径小于0.630mm，同时大于0.315mm的集料；平均粒径小于0.315mm，同时大于0.160mm的集料，用天平称量，五种粒径范围的集料占每份集料的重量比分别为：10％、25％、25％、25％、15％；
(2)、试件制备：
按水灰比0.47(即水重量/水泥重量)、灰骨比1∶2.25(水泥重量/集料重量)制作试件，试体尺寸为40mm×40mm×160mm，每组三块；采用两端装有不锈钢钉头的试模，先将搅拌液和水泥拌和均匀，搅拌液中锂盐的含量与待检测有效性的掺加量相同(以Li/(Na+K)摩尔比计)，水泥中的碱含量用低碱水泥外加KOH或NaOH的方式调整至占水泥质量的1.25％(以等当量Na2O计)，再将粗细集料与搅拌好的水泥混合均匀，将混好的料分两次倒入试模中成型，捣实，然后再在高频震动台上震动90s，用刮刀抹平试体表面，做好标记。
(3)、试件常温养护和脱模：
将成型好的试体放入20℃、100％RH的养护室内养护一天后脱模，然后放入盛有80℃水的不锈钢容器中养护24h，取出，测其初始长度，记为L0；
(4)、试件高温养护和有效性检测：
将测过初长的试体放入盛有80℃1mol/LNaOH(或KOH)和一定锂盐的混合溶液的容器中养护，混合溶液中的Li/(Na+K)摩尔比为待检测量的30-40％，并测量14d龄期试体长度Li，计算其膨胀率，Ei＝100×(Li-L0)/(160-2b)，其中b为一端测头埋入试体的长度。测量时每次从容器中取出试体到测量完成必须控制在15s之内，取三条试体的平均膨胀率为最终的试体膨胀率，即为锂盐在混凝土ASR预防中有效性的检测结果。
本发明的优点在于：方法简捷快速的检测锂盐能否有效预防混凝土ASR膨胀，检测结果准确可靠、与CSA A23.2-14A或者ASTM C1293——混凝土棱柱法(CPT)的判定结果具有很好的一致性。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的论述，但实施例不应视作对本发明权利的限定。
实施例1
以Sherbrooke Aggregate作为活性骨料，以Li/(Na+K)摩尔比计分别添加0、0.74、0.89、1.11的LiNO3，同时采用混凝土棱柱法(CSAA23.2-14A)和本发明所涉及的锂盐在混凝土ASR预防中有效性的快速检测方法判定不同掺加量条件下的锂盐抑制混凝土碱集料反应的有效性，结果示于表1。由表可以看出，掺加Li/(Na+K)摩尔比1.11的LiNO3能有效抑制碱集料反应膨胀，掺加Li/(Na+K)摩尔比0.74、0.89的LiNO3能部分抑制碱集料反应膨胀，但不能完全有效，CPT与新方法检测结果一致。
表1 CPT与新方法测定的膨胀值结果
    Li/(Na+K)摩尔比
    0     0.74     0.89     1.11
    SherbrookeAggregate CPT     0.112     0.068     0.055     0.031
新方法     0.245     0.152     0.110     0.049
具体的检测步骤是：
(1)、配制标准集料：
将活性集料破碎后，用孔径为5mm、2.5mm、1.25mm、0.630mm、0.315mm和0.160mm的标准砂石筛选出，平均粒径小于5mm，同时大于2.5mm的集料；平均粒径小于2.5mm，同时大于1.25mm的集料；平均粒径小于1.25mm，同时大于0.630mm的集料；平均粒径小于0.630mm，同时大于0.315mm的集料；平均粒径小于0.315mm，同时大于0.1 60mm的集料，用天平称量，五种粒径范围的集料占每份集料的重量比分别为：10％、25％、25％、25％、15％；
(2)、试件制备：
按水灰比0.47(即水重量/水泥重量)、灰骨比1∶2.25(水泥重量/集料重量)制作试件，试体尺寸为40mm×40mm×160mm，每组三块；采用两端装有不锈钢钉头的试模，先将搅拌液和水泥拌和均匀，搅拌液中锂盐的含量与待检测有效性的掺加量相同(以Li/(Na+K)摩尔比计)，水泥中的碱含量用低碱水泥外加KOH或NaOH的方式调整至占水泥质量的1.25％(以等当量Na2O计)，再将粗细集料与搅拌好的水泥混合均匀，将混好的料分两次倒入试模中成型，捣实，然后再在高频震动台上震动90s，用刮刀抹平试体表面，做好标记。
(3)、试件常温养护和脱模：
将成型好的试体放入20℃、100％RH的养护室内养护一天后脱模，然后放入盛有80℃水的不锈钢容器中养护24h，取出，测其初始长度，记为L0；
(4)、试件高温养护和有效性检测：
将测过初长的试体放入盛有80℃1mol/LNaOH(或KOH)和一定锂盐的混合溶液的容器中养护，混合溶液中的Li/(Na+K)摩尔比为待检测量的30-40％，并测量14d龄期试体长度Li，计算其膨胀率，Ei＝100×(Li-L0)/(160-2b)，其中b为一端测头埋入试体的长度。测量时每次从容器中取出试体到测量完成必须控制在15s之内，取三条试体的平均膨胀率为最终的试体膨胀率，即为锂盐在混凝土ASR预防中有效性的检测结果。
实施例2
以Spratt Aggregate作为活性骨料，以混凝土棒或者砂浆棒内的Li/(Na+K)摩尔比计分别添加0、0.74、0.89、1.11的LiNO3，同时采用混凝土棱柱法(CSAA23.2-14A，CPT)和本发明所涉及的锂盐在混凝土ASR预防中有效性的快速检测方法判定不同掺加量条件下的锂盐抑制混凝土碱集料反应的有效性，结果示于表2。其中，CPT为2年期的膨胀值，化学外加剂能有效抑制混凝土碱集料反应膨胀的依据为膨胀值＜0.04％；新方法为28天的膨胀值，化学外加剂能有效抑制混凝土碱集料反应膨胀的依据为膨胀值＜0.10％，下同。由表可以看出，掺加Li/(Na+K)摩尔比1.11的LiNO3能有效抑制碱集料反应膨胀，掺加Li/(Na+K)摩尔比0.74、0.89的LiNO3能部分抑制碱集料反应膨胀，但不能完全有效，CPT与新方法检测结果一致。
表2 CPT与新方法测定的膨胀值结果
    Li/(Na+K)摩尔比
  0     0.74     0.89     1.11
Spratt Aggregate CPT   0.162     0.085     0.049     0.032
新方法   0.366     0.317     0.232     0.069
实施例3
以Sudbury Aggregate作为活性骨料，以Li/(Na+K)摩尔比计分别添加0、0.56、0.74的LiNO3，同时采用混凝土棱柱法(CSA A23.2-14A)和本发明所涉及的锂盐在混凝土ASR预防中有效性的快速检测方法判定不同掺加量条件下的锂盐抑制混凝土碱集料反应的有效性，结果示于表3。由表可以看出，掺加Li/(Na+K)摩尔比0.74的LiNO3能有效抑制碱集料反应膨胀，掺加Li/(Na+K)摩尔比0.56的LiNO3能部分抑制碱集料反应膨胀，但不能完全有效，CPT与新方法检测结果一致。
表3 CPT与新方法测定的膨胀值结果
    Li/(Na+K)摩尔比
    0     0.56     0.74
Sudbury Aggregate   CPT     0.122     0.088     0.016
  新方法     0.277     0.158     0.027
实施例4
以Conrad Aggregate作为活性骨料，以Li/(Na+K)摩尔比计分别添加0、0.74、0.89、1.11的LiNO3，同时采用混凝土棱柱法(CSA A23.2-14A)和本发明所涉及的锂盐在混凝土ASR预防中有效性的快速检测方法判定不同掺加量条件下的锂盐抑制混凝土碱集料反应的有效性，结果示于表4。由表可以看出，掺加Li/(Na+K)摩尔比1.11的LiNO3能有效抑制碱集料反应膨胀，掺加Li/(Na+K)摩尔比0.74、0.89的LiNO3能部分抑制碱集料反应膨胀，但不能完全有效，CPT与新方法检测结果一致。
表4 CPT与新方法测定的膨胀值结果
    Li/(Na+K)摩尔比
    0     0.74     0.89     1.11
Conrad Aggregate CPT     0.142     0.131     0.082     0.036
新方法     0.346     0303     0.137     0.048
这说明，相对于CSA A23.2-14A或者ASTM C 1293——混凝土棱柱法(CPT)，锂盐在混凝土ASR预防中有效性的快速检测方法的判定结果与上述方法所对应的判定结果具有很好的一致性。

Claims (3)

1.一种锂盐在混凝土碱-硅酸反应预防中有效性的快速检测方法，步骤如下：用一定数量、一定粒径的活性骨料与水泥、砂和锂盐在常温下成型为标准尺寸的混凝土砂浆棒，在24h后脱模，用比长仪测定其初始长度，将混凝土砂浆棒置于80℃、一定的养护溶液中进行养护，通过一定龄期的混凝土砂浆棒的膨胀值，来衡量锂盐抑制混凝土ASR膨胀的能力，进而进行有效性评价；当掺加一定量的锂盐的混凝土砂浆棒养护14天的膨胀率小于0.10％时，可认为该掺量条件下的锂盐能有效抑制相应碱活性集料引起的ASR膨胀；当掺加一定量的锂盐的混凝土砂浆棒养护14天的膨胀率大于0.10％时，可认为该掺量条件下的锂盐不能有效抑制相应碱活性集料引起的ASR膨胀。
2.根据权利要求1所述的锂盐在混凝土碱-硅酸反应预防中有效性的快速检测方法，其特征在于，
所述的“一定数量、一定粒径的活性骨料”是指：平均粒径小于5mm，同时大于2.5mm的集料；平均粒径小于2.5mm，同时大于1.25mm的集料；平均粒径小于1.25mm，同时大于0.630mm的集料；平均粒径小于0.630mm，同时大于0.315mm的集料；平均粒径小于0.315mm，同时大于0.160mm的集料，用天平称量，五种粒径范围的集料占每份集料的重量比分别为：10％、25％、25％、25％、15％；
所述的“一定量的锂盐”是指：以Li/(Na+K)摩尔比计，锂盐的含量与待检测有效性的掺加量相同；
所述的“一定的养护溶液”是指：1mol/LNaOH，或KOH和一定锂盐的混合溶液，其中的锂盐含量以Li/(Na+K)摩尔比计为待检测量的30-40％。
3.根据权利要求2所述的锂盐在混凝土碱-硅酸反应预防中有效性的快速检测方法，其特征在于，具体的检测步骤是：
(1)、配制标准集料：
将活性集料破碎后，用孔径为5mm、2.5mm、1.25mm、0.630mm、0.315mm和0.160mm的标准砂石筛选出，平均粒径小于5mm，同时大于2.5mm的集料；平均粒径小于2.5mm，同时大于1.25mm的集料；平均粒径小于1.25mm，同时大于0.630mm的集料；平均粒径小于0.630mm，同时大于0.315mm的集料；平均粒径小于0.315mm，同时大于0.160mm的集料，用天平称量，五种粒径范围的集料占每份集料的重量比分别为：10％、25％、25％、25％、15％；
(2)、试件制备：
按水灰比0.47、灰骨比1∶2.25制作试件，试体尺寸为40mm×40mm×160mm，每组三块；采用两端装有不锈钢钉头的试模，先将搅拌液和水泥拌和均匀，搅拌液中锂盐的含量，以Li/(Na+K)摩尔比计，与待检测有效性的掺加量相同，以等当量Na2O计时，水泥中的碱含量用低碱水泥外加KOH或NaOH的方式调整至占水泥质量的1.0％，再将粗细集料与搅拌好的水泥混合均匀，将混好的料分两次倒入试模中成型，捣实，然后再在高频震动台上震动90s，用刮刀抹平试体表面，做好标记；
(3)、试件常温养护和脱模：
将成型好的试体放入20℃、100％RH的养护室内养护一天后脱模，然后放入盛有80℃水的不锈钢容器中养护24h，取出，测其初始长度，记为L0；
(4)、试件高温养护和有效性检测：
将测过初长的试体放入盛有80℃1mol/LNaOH或KOH和一定锂盐的混合溶液的容器中养护，混合溶液中的Li/(Na+K)摩尔比为待检测量的30-40％，并测量14d龄期试体长度Li，计算其膨胀率，Ei＝100×(Li-L0)/(160-2b)，其中b为一端测头埋入试体的长度；测量时每次从容器中取出试体到测量完成必须控制在15s之内，取三条试体的平均膨胀率为最终的试体膨胀率，即为锂盐在混凝土ASR预防中有效性的检测结果。
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