ASR - RID

REAKTYWNOŚĆ ALKALICZNA KRAJOWYCH KRUSZYW

Adamski G. , Garbacik A. , Glinicki M.A. , Hernik K. , Naziemiec Z.1 1 2 1 1

Celem Projektu „Reaktywność alkaliczna krajowych kruszyw”, ASR-RID jest opracowanie wytycznych technicznych projektowania betonów o dużej trwałości, ze szczególnymuwzględnieniem zabezpieczenia przed wystąpieniem uszkodzeń spowodowanych reakcją AAR - alkali aggregate reaction, tj. między NaOH i KOH obecnymi w cieczy porowej betonu,a reaktywnymi minerałami w kruszywie. Przedmiotem badań są kruszywa ze złóż z różnych regionów Polski. Reaktywność alkaliczna kruszyw jest oznaczana i oceniana przywykorzystaniu komplementarnych metod, stosowanych w systemach oceny reaktywności kruszyw w wiodących technologicznie krajach. Projekt zakłada opracowanie kryteriówoceny reaktywności kruszyw, z możliwością wykorzystania w systemie kontroli produkcji i ich dostaw na potrzeby wytwarzania betonów drogowych. Opracowane receptury betonówuwzględniać będą możliwość zapobiegania AAR poprzez ograniczenie zawartości czynnych alkaliów, stosowanie cementów NA i dodatków mineralnych wprowadzanychz cementem. Ocena reaktywności będzie zweryfikowana na podstawie ekspansji betonu w warunkach eksploatacyjnych. Przyjmując kryteria oceny zakłada się uwzględnieniedoświadczeń krajowych oraz rekomendacji norm ASTM i RILEM zapobiegania reakcji AAR.

WNIOSKI

� Większość badanych kruszyw niezależnie od ich rodzaju uznano za nieszkodliwe na podstawie wyników przyspieszonej metody chemicznej ASTM C289. Prawidłowa ocenareaktywności kruszyw na podstawie tej metody jest niemożliwa;

� Kruszywa ze skał litych zostały zaliczone do nieszkodliwych (wg ASTM C289) i niereaktywnych wg przyspieszonej metody beleczkowej ASTM C1260;

� Kruszywa uzyskiwane z utworów polodowcowych zakwalifikowano jako umiarkowanie reaktywne, bądź silnie reaktywne (wg ASTM C1260). Przedłużenie czasu przechowywaniaw 1M roztworze NaOH skutkuje dalszą ekspansją, co dodatkowo świadczy o ich zwiększonej reaktywności alkalicznej;

� Dodatek popiołu lotnego V stanowi skuteczny sposób zapobiegania reakcji alkalia-kruszywo.

STRESZCZENIE

„IX Konferencja DNI BETONU 2016"

Projekt ASR RID

Projekt „Reaktywność alkaliczna krajowych kruszyw”, Nr DZP/RID-I-37/6/NCBR/2016, jest realizowany w ramach programuRozwój Innowacji Drogowych (RID) finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju oraz Generalną Dyrekcję DrógKrajowych i Autostrad przez konsorcjum naukowe, ASR-RID, zawiązane pomiędzy Instytutem Ceramiki i MateriałówBudowlanych oraz Instytutem Podstawowych Problemów Techniki PAN.

Projekt jest realizowany w kolejnych etapach:

A. Dokumentacja i charakterystyka fizyczna kruszyw;

B. Badania reaktywności kruszyw z wytypowanych złóż;

C. Rozwiązania zapobiegania reakcji AAR w betonie;

D. Badania ekspansji i uszkodzeń betonu w wyniku reakcji AAR w warunkach eksploatacyjnych;

E. Opracowanie i prezentacja wytycznych technicznych.

Reakcja alkalia-kruszywo

Efekty końcowe projektuEfekty końcowe projektu

Geneza problemu

Reakcja pomiędzy wodorotlenkami sodu lub potasu, obecnymi w cieczy porowej betonu, a pewnymi składnikami kruszywnazywana jest reakcją alkalia-kruszywa (alkali-aggregate reaction, AAR). W zależności od rodzaju składników ulegającychreakcji wyróżnia się: reakcję alkalia-krzemionka (alkali silica reaction, ASR), w której aktywnym składnikiem kruszywa może byćkrzemionka w formie amorficznej: opal, trydymit, krystobalit, kwaśne szkła wulkaniczne, chalcedon, kwarc kryptokrystalicznylub w stanie naprężeń w skałach metamorficznych, oraz reakcję alkalia-węglany (alkali carbonate reaction, ACR), którąobserwowano w przypadku niektórych zdolomityzowanych wapieni lub dolomitów.

Proces ekspansji betonu wskutek reakcji alkalia-kruszywa przypisuje się powstawaniu żelu krzemianów sodu i potasuz udziałem jonów wapnia, o nieograniczonej zdolności pochłaniania wody i pęcznieniu – ekspansywnych produktów reakcjiASR, lub/i ekspansywnego brucytu – produktu reakcji ACR. Pojawienie się naprężeń w betonie i jego pęcznienie wywołanereakcją AAR doprowadzić może do nadmiernej ekspansji, a w konsekwencji do destrukcji konstrukcji.

Właściwości chemiczne i fizyczne kruszywa wpływają na wytrzymałość i trwałość betonu. W Polsce kruszywo do betonu jestoceniane zgodnie z normą PN-EN 12620 „Kruszywa do betonu”. Załącznik informacyjny G do tej normy, wśród czynnikówkształtujących trwałość betonu wymienia reaktywność alkaliczno-krzemionkową i podaje środki zaradcze zapobiegające jejnegatywnym skutkom: m.in. ograniczenie całkowitej zawartości alkaliów w mieszance betonowej, stosowanie cementu z małązawartością alkaliów i stosowanie niereaktywnego kruszywa.

1. Wytyczne techniczne zawierające:

� podstawowe pojęcia, kryteria oceny potencjalnej reaktywności kruszywa oraz zalecane rozwiązania materiałowe;

� dokumentację przebadanych kruszyw, opisy aparatury i metod badawczych w formie instrukcji, uzasadnienie przyjętychkryteriów oceny oraz dokumentację badań betonów nawierzchniowych i konstrukcyjnych w warunkach eksploatacyjnych.

2. Prototypowe wdrożenie nowych metod badania reaktywności alkalicznej kruszyw;

3. Wdrożenie nowych metod badawczych w Wydziałach Technologii-LD GDDKiA;

4. Rozpowszechnianie wyników Projektu;

5. Świadczenie usług laboratoryjnych w zakresie badań petrograficznych, oznaczania ekspansji, badań mikrostruktury betonóworaz projektowania mieszanek betonowych.

Brak krajowego systemu oceny reaktywności alkalicznej kruszywa, procedur oznaczania reaktywności, czy krajowych kryteriówoceny reaktywności.

Ogólne Specyfikacje Techniczne GDDKiA:

� pomijają określenie rodzaju skały z jakiej powstało kruszywo;

� powołują procedury i kryteria oceny reaktywności alkalicznej kruszyw wg norm wycofanych (PN-B-06714-34) lub którychwyniki są kwestionowane (PN-B-06714-46);

� podają kryterium zawartości ziaren przekruszonych i łamanych (C90/1), które spełniają grysy ze złóż niejednorodnych.

Klasyfikacja reaktywności kruszyw wg. pomiarówekspansji zapraw i betonów wg AASHTO PP-65

Wyniki szybkiej metody chemicznej (ASTM C 289)i przyspieszonej metody beleczkowej oznaczania reaktywności alkalicznej kruszywa (ASTM C 1260)

Wpływ popiołu lotnego V

Kruszywa ze złóżniejednorodnych i litych

Stopień

reaktywnościOpis

Ekspansja po

14 dniach wg

ASTM C1260,

AMBT

Ekspansja

po 1 roku

wg ASTM

C1293, CPT

% %

R0 Niereaktywne ≤0,10 ≤0,04

R1Umiarkowanie

reaktywne>0,10, ≤0,30 >0,04, ≤0,12

R2 Silnie reaktywne >0,30, ≤0,45 >0,12, ≤0,24

R3Bardzo silnie

reaktywne>0,45 >0,24

Zależność czasowa ekspansji

1 Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie, ul. Cementowa 8, 31-983 Kraków, www.icimb.pl/krakowInstytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, ul. Adolfa Pawińskiego 5b, 02-106 Warszawa, www.ippt.pan.pl2

Narodowe Centrum

Badań i Rozwoju