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告别混凝土ASR难题T-FAST测试帮你精准诊断!

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FHWA 化学实验室的研究人员展示了 Turner-Fairbank 骨料敏感性测试 (TFAST),该测试可准确预测碱硅反应 (ASR) 凝胶的形成,最终有助于防止混凝土开裂。

在开发 TFAST 之前,由吸水的 ASR 凝胶引起的混凝土裂缝的测试并不可靠。此教学视频演示了在化学实验室中执行 TFAST 所需的步骤。

https://www.youtube.com/watch?v=YixrBq_HdbE

特纳-费尔班克公路研究中心碱-硅反应测试

碱-硅反应(ASR)凝胶是混凝土结构中的一种破坏机制。ASR凝胶是由水泥中的碱与某些集料中的二氧化硅反应形成的。凝胶可以吸收水分并膨胀,导致混凝土开裂。

ASR凝胶首次发现于20世纪30年代。并非所有集料都会形成ASR凝胶。确定集料形成ASR凝胶的敏感性的第一个测试方法是在1947年开发的。从那时起,已经进行了许多测试,几乎所有测试都依赖于工程性能的测量,通常是物理膨胀。没有一种测试方法特别有效,因为它们往往既会高估也会低估ASR反应性。

特纳-费尔班克公路研究中心化学实验室开发了一种新的测试方法,可以准确地确定集料中的ASR反应性,并且完全依赖于化学测量。该测试被称为T-FAST(特纳-费尔班克公路研究中心ASR敏感性测试)。它简单易行,只需21天。

与其他标准测试(通常是美国标准测试方法(ASTM)1260和ASTM 1293)一样,T-FAST方法将确定集料中ASR反应性位点的存在。这些是实验室测试;然而,结果并不意味着ASR会在混凝土中形成。ASR凝胶的形成取决于混凝土的碱含量,这主要由水泥的碱含量(从磨机报告中获得)和混凝土中的水泥量决定。其他补充胶凝材料(SCM)也可能产生影响,尽管程度较小。

多年来,业界一直在讨论需要测量集料的碱阈值。阈值是足以触发ASR反应的碱含量水平。到目前为止,还没有这样的测试方法。

TFHRC开发了碱阈值测试(ATT),可以准确地确定混凝土中的碱含量是否足以触发所用集料(粗集料和细集料)中的ASR。该测试类似于T-FAST方法,也在21天内完成。

在之前的测试中,例如,当一种集料被证明具有反应性时,通常的做法是添加SCM,例如粉煤灰,而实际上可能根本不需要。使用粉煤灰还有其他原因,然而,随着粉煤灰供应的减少,新的测试方法意味着只有在真正需要时才会使用粉煤灰。

用于粗集料的T-FAST方法已被美国州公路和运输官员协会(AASHTO)作为临时规范TP144-21所接受。细集料的方法和ATT也已提交给AASHTO以供考虑。

T-FAST视频

联邦公路管理局化学实验室的研究人员演示了T-FAST测试过程,该过程可以准确预测ASR凝胶的形成,最终有助于防止混凝土开裂。在开发T-FAST之前,由吸收水分的ASR凝胶引起的混凝土裂缝的测试结果不可靠。本教学视频演示了在化学实验室中进行T-FAST测试所需的步骤。T-Fast方法介绍

T-Fast方法只需要600克具有代表性的粗细集料样品。只需要对粗集料进行破碎,细集料则直接测试,无需破碎。在破碎粗集料之前,第一步是清洁破碎机。我们会使用少量集料来清洁和冲洗机器,然后再开始破碎样品。这有助于去除之前处理的样品残留的任何材料。如果样品中有颗粒滞留在四分之三英寸筛子上,则将其分离并用破碎机减小尺寸。将破碎后的部分与样品其余部分混合。启动破碎机,并逐渐添加少量集料。准备一套筛子,从上到下顺序排列:8号筛、16号筛、30号筛、50号筛、100号筛,底部是一个盘子。

T-Fast测试步骤

将破碎后的样品倒入筛子中。用手摇动筛子一会儿,然后检查50号筛和100号筛中保留了多少材料。如果数量不足,则需破碎30号筛及以上所有级配的材料,直至获得足够的数量。摇动筛子10分钟,这将有助于更有效地分离不同尺寸的级配。彻底清洗50号筛和100号筛,以去除破碎过程中产生的任何细粒。清洗掉所有细粒后,将这两部分分别放入不同的碗中,并将碗放入保持在100摄氏度的烘箱中干燥至恒重。样品完全干燥后,贴上标签并放入自封袋中。

现在我们已经得到清洁干燥的两部分,可以准备试管了。对于T-Fast,我们需要准备12个试管,分为四组,每组三个试管。在本例中,我将向您展示如何准备用于测试粗集料的试管,因此,在带标签的称量舟中预先称重破碎的样品至关重要。50号筛和100号筛的样品可以使用同一个称量舟称重。

集料级配准备好后,我们可以开始称量氧化钙了。对于前三组试管,称量0.13克氧化钙;对于第二组三支试管,称量0.25克氧化钙;对于第三组试管,称量0.34克氧化钙;对于第四组试管,称量0.25克氧化钙。首先,将氧化钙加入试管中,并确保其均匀地位于试管底部。接下来,我们将加入破碎的集料,同时不要扰动氧化钙。然后,我们将试管放入试管架中,以避免因不必要的移动而扰乱内容物。

使用煮沸后冷却至室温的去离子水,配制500毫升1英寸浓度的氢氧化钠溶液。我们需要称量20克氢氧化钠并将其溶解在500毫升去离子水中。在T-Fast测试中,所有12个试管都需要25毫升1N氢氧化钠溶液。因此,我们测量25毫升,并小心地将溶液加入试管中。注意要沿着试管壁缓慢倒入溶液,以避免扰动试管底部集料和氧化钙。使用试管架可以避免因任何意外移动而扰乱试管内容物。前三组试管放入55摄氏度的烘箱中,而第四组试管则放入80摄氏度的烘箱中保存21天。

我们的样品已经在烘箱中保存了21天,现在是时候分析它们了。这里它们按条件分成三组排列。它们已经冷却到室温,大约需要30分钟。我们已经准备好了真空过滤装置。这里有一个侧臂烧瓶,它连接到真空管线上。在烧瓶口,我们放置一个带有橡胶漏斗适配器的布氏漏斗。在布氏漏斗内,我们放置一个合适直径的玻璃微纤维滤纸。取第一个试管,打开它,并使用刮刀彻底混合内容物,特别注意破坏由于ASR凝胶形成而形成的任何团块。现在,打开真空泵,并将试管内容物缓慢倒入布氏漏斗中的滤纸上。所有液体收集到烧瓶中后,关闭真空泵,并将烧瓶从真空管线上取下。取下橡胶漏斗适配器和漏斗,并将滤液逐渐倒入相应的已标记样品储存管中。重复此过程,直至所有12个试管处理完毕。我们可以对来自相同T-Fast条件的三个样品使用相同的侧臂烧瓶、布氏漏斗和滤纸。为了避免污染,当我们转移到下一个条件时,我们将更换所有这三个部件。样品过滤后,我们可以继续分析它们。

真空过滤

在本例中,我们使用ICP进行分析。但是,也可以使用其他技术,例如WDXRF或AA。无论您使用哪种技术,都必须相应地校准您的仪器。我们通常使用多元素标准品进行校准,该标准品包含铝、钙、钾、镁、硫、硅和钠,以尽可能模拟T-Fast试管内溶液的典型成分。我们准备七个不同浓度范围的标准品和一个对照标准品。打开ICP机器后,第一步是用标准品进行校准。我们这里有校准标准品和对照标准品,准备注入机器进行分析。机器进行校准时,我们可以开始准备样品稀释液进行分析。机器校准完毕且对照标准品合格后,我们可以开始分析样品稀释液。必须选择合适的稀释因子,使每种元素的浓度都接近相关校准曲线的中间部分。建议首先对每个样品进行十倍稀释,以了解需要选择的稀释因子。稀释因子的选择取决于仪器、各种元素的校准范围和样品的性质。获得所有稀释液的结果后,您可以继续计算每种条件下的毫摩尔浓度,然后计算RI值。





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碱硅反应(ASR/AAR)——机制、评估、预防

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