Phản ứng kiềm-silica (ASR) trong bê tông đã giải thích

Bê tông có thể trông rắn chắc, nhưng sâu bên trong, nó có thể bị một cuộc tấn công hóa học im lặng, di chuyển chậm được gọi là phản ứng kiềm-silica (ASR) . Theo thời gian, ASR có thể làm suy yếu bê tông, dẫn đến các vết nứt, biến dạng và thậm chí thất bại cấu trúc. Chúng ta hãy phá vỡ ASR là gì, nó hình thành như thế nào và những gì các kỹ sư và nhà xây dựng có thể làm để ngăn chặn nó trước khi nó bắt đầu.

Điều gì gây ra phản ứng kiềm-silica?

ASR bắt đầu bằng một phản ứng giữa các hợp chất kiềm (natri và kali) trong xi măng và silica phản ứng ¹ trong một số loại tổng hợp. Khi có độ ẩm, các yếu tố này phản ứng tạo thành một chất giống như gel ² hấp thụ nước và mở rộng áp lực bên trong trên bê tông.

Thành phần ASR:

• Kiềm : được tìm thấy trong phụ gia xi măng Portland hoặc hóa chất.
• Silica phản ứng : hiện diện trong một số tập hợp như chert, opal hoặc đá núi lửa.
• Độ ẩm : Từ môi trường hoặc nguồn nước bên trong.

Ba yếu tố này tạo thành cơn bão hoàn hảo cho ASR, đặc biệt là ở vùng khí hậu ẩm hoặc các cấu trúc thoát nước kém .

ASR ảnh hưởng đến độ bền cụ thể như thế nào

Gel mở rộng được tạo ra bởi ASR dẫn đến các vết nứt, sưng và suy giảm ³ của bê tông theo thời gian. Nó không chỉ ở bên trong vật liệu mà nó ảnh hưởng đến cách cấu trúc giữ căng thẳng.

Tác động chính của ASR:

• Vết nứt bên trong ⁴ : Các vết nứt ngẫu nhiên, giống như bản đồ phát triển theo thời gian.
• Giảm sức mạnh ⁵ : Công suất chịu tải trọng bị xâm phạm.
• Tăng tính thấm : làm cho bê tông dễ bị đóng băng và ăn mòn.
• Biến dạng : Mở rộng các yếu tố như dầm hoặc tường.

Nếu không được kiểm soát, ASR có thể giảm tuổi thọ của một cấu trúc trong nhiều thập kỷ , và dẫn đến việc sửa chữa tốn kém hoặc thậm chí phá hủy.

Cách phát hiện ASR trong các cấu trúc bê tông

Bởi vì ASR phát triển dần dần, phát hiện sớm ⁶ là chìa khóa để quản lý thiệt hại trước khi nó trở nên không thể đảo ngược.

Dấu hiệu và Công cụ:

• Kiểm tra trực quan ⁷ : Tìm kiếm vết nứt bản đồ và tiền gửi gel trên bề mặt.
• Phân tích thạch học ⁸ : Kiểm tra bằng kính hiển vi của các mẫu bê tông.
• Kiểm tra mở rộng : Đo lường độ dài thay đổi trong các thanh bê tông theo thời gian.
• Thử nghiệm hóa học : Xác định mức độ silica kiềm và phản ứng trong vật liệu.

Phát hiện sớm cho các kỹ sư một cơ hội để hành động trước khi thiệt hại trở thành cấu trúc .

Chiến lược phòng ngừa và giảm thiểu

Cách tốt nhất để chiến đấu ASR là ngăn chặn nó trước khi nó bắt đầu . Đối với các cấu trúc hiện có, có nhiều cách để làm chậm hoặc chứa thiệt hại .

Kỹ thuật phòng ngừa:

• Sử dụng xi măng kiềm thấp : Giữ hàm lượng kiềm ≤ 0,6% Na₂o tương đương.
• Tập hợp không phản ứng : Vật liệu màn hình sử dụng các tiêu chuẩn ASTM trước khi sử dụng.
• Vật liệu xi măng bổ sung (SCMS) : Thêm tro bay, khói silica hoặc xỉ để buộc các kiềm.
• Kiểm soát độ ẩm : thoát nước tốt và niêm phong bề mặt làm giảm nước xâm nhập.

Giảm thiểu cho bê tông hiện có:

• Phương pháp điều trị dựa trên lithium : ASR chậm bằng cách ổn định hóa học silica.
• Vết nứt : Pháo trộn các vết nứt để khôi phục tính toàn vẹn và ngăn chặn sự xâm nhập của độ ẩm hơn nữa.
• Tái cung cấp cấu trúc : củng cố các khu vực bị ảnh hưởng để kéo dài tuổi thọ dịch vụ.

Chọn chiến lược đúng phụ thuộc vào khi nào ASR được phát hiện và mức độ thiệt hại nghiêm trọng .

Phần kết luận

Phản ứng kiềm-silica là một mối đe dọa đốt cháy chậm , có thể lặng lẽ làm suy yếu sức mạnh và sự an toàn cụ thể theo thời gian. Nhưng nó không phải là một bất ngờ. Bằng cách hiểu hóa học đằng sau ASR, phát hiện ra các dấu hiệu sớm và sử dụng các phương pháp phòng ngừa thông minh, các kỹ sư và nhà xây dựng có thể tạo ra các cấu trúc bê tông kiên cường để kiểm tra thời gian .