Alkalicko křemičitá reakce (ASR)
ASR ASR je známá již od roku 1940 kdy bylo v USA poprvé zjištěno poškození betonových stavebních dílů, které bylo zpětně označeno za reakci mezi alkáliemi cementu a určitého kameniva. V České republice byla ASR poprvé identifikována na cementobetonovém krytu dálnice D11
ASR podmínky Pro vznik alkalicko křemičité reakce je důležité splnit následující 3 podmínky: Reaktivní formy SiO 2 v kamenivu Voda Alkalické prostředí (ph 11 13)
ASR ASR je způsobena rozpustností a mobilitou SiO 2, který reakcí s ionty Na +, K + a Ca 2+ vytváří alkalicko silikátové gely. [4]
Rozpustnost SiO 2 Reaktivita SiO 2, jeho rozpuštění a vysrážení, je určována termodynamickými a kinetickými faktory. Různé modifikace SiO 2 se rozpouštějí ve vodě podle reakce: SiO 2 (s) + 2 H 2 O = H 4 SiO 4 (aq) Rozpustnost SiO 2 roste v závislosti na modifikaci: Křemen α cristobalit β cristobalit Tridimit amorfní SiO 2
Rozpustnost SiO 2 Rozpustnost SiO 2 zároveň ovlivňuje ph: ph 2 téměř nerozpustné ph 2 8,5 rozpustnost se zvyšuje jen mírně ph 9 rozpustnost prudce stoupá ph 11 13 rozpustnost SiO 2 dosahuje maxima Sodné a draselné chloridy zvyšují rozpustnost 5 8x (NaCl, KCl) Ionty Al 3+, Fe 3+, Zn 2+, Cu 2+, Be 2+, Ga 3+ mají naopak brzdící účinek na rozpustnost.
Důsledky ASR Vznik gelu ASR Gel má schopnost absorbovat vodu => bobtnání gelu => nabývání na objemu (tlak až 20 MPa) Vznik trhlin v betonu a následně rozpad betonu [5]
ASR [1]
Ochrana proti ASR Základním způsobem zamezení ASR je zamezení naplnění jedné ze 3 podmínek Vnitřní konstrukce Zamezení vnikání vlhkosti do konstrukce Kontrola reaktivního SiO 2 v kamenivu Snížení ph v konstrukci Vnější konstrukce Kontrola reaktivního SiO 2 v kamenivu Snížení ph v konstrukci
Ochrana proti ASR kamenivo Nejreaktivnějšími složkami kameniva jsou amorfní hmoty obsahující SiO 2, ať se jedná o čisté SiO 2 (opál), nebo o vulkanická skla. Amorfní a mikrokrystalické hmoty SiO 2 (pazourek, křemitý rohovec apod.) jsou tzv. rychle reagující fáze, jejichž reaktivnost se projevuje během 5 až 15 let Křemenné agregáty typu kvarcitů, žilného křemene apod. u kterých se ASR projevuje po více jak 15 letech U kameniva menšího 1mm nemusíme SiO 2 kontrolovat[1]
Ochrana proti ASR příměsi potlačující rozpínání ASR gelu Existuje způsob, založený na aplikaci minerálních příměsí. Mechanismus potlačování ASR příměsmi sestává ze souboru dílčích působení založených na malé velikosti jejich částic, pucolánové reaktivitě, modifikaci CSH gelu aj. Zběžných příměsí jsou nejúčinnější křemičité úlety a metakaolin, méně účinný je pak nízkovápenatý vysokoteplotní popílek a ještě méně vysokopecní struska [1]
Ochrana proti ASR příměsi [1]
Ochrana proti ASR další způsoby Zamezení vnikání vody do konstrukce Použitím inhibitorů ASR (ionty Al 3+, sloučeniny lithia)
Způsoby analýzy ASR Zkoušky Ultra urychlená zkouška Provádí se za velice přísných podmínek Ukazuje zda je kamenivo potenciálně reaktivní či ne Můžou zde být vyloučena i kameniva, která mohou být v praxi označena za uspokojivá Výsledky lze použít jen pro přijetí kameniva nikoli odmítnutí, výjimku tvoří jen betony pro přehrady a jaderná zařízení Urychlené zkoušky Podmínky nejsou tak přísné Více se odpovídají skutečným podmínkám Hrozí nebezpečí že neodhalí některá pomalu reagující kameniva
Způsoby analýzy ASR Urychlené z. Požadavky na urychlené zkoušky: Zkouška musí být rychlá tak, aby se výsledků dosáhlo během několika dnů, nejdéle několika týdnů Zkouška musí být nenáročná na provedení Výsledky zkoušky by měly správně rozlišovat mezi reaktivním a nereaktivním kamenivem ve více než 90% případů Produkty reakce by měly odpovídat těm, které se vyskytují vbetonu vpraxi a vbetonech, zkoušených při teplotě 38 C Variační koeficient výsledků získaných zrůzných laboratoří by měl být videálním případě <15%
Způsoby analýzy ASR Urychlené z. Petrografická zkouška kameniva ASTM C295 Zkoumání kameniva světelným mikroskopem adalšími metodami Umožňuje rozeznat potenciálně reaktivní minerální složky horniny Může být i použito pro odmítnutí či přijetí kameniva, případně pro volbu dalších zkušebních metod Chemická metoda ASTM C289 Při této zkoušce se ponoří 25 g vzorku o rozměru částic 150 300 mm do 25 ml roztoku 1N NaOH při 80 C na 24 hodin. Roztok se pak přefiltruje a analyzuje se rozpuštěná silika (Sc) a redukce alkality (Rc). Výsledky se vynesou do grafu, kde jsou tři pole pro neškodné, škodlivé a potenciálně škodlivé kamenivo Ovšem tato zkouška byla empiricky sestavena pro vysoce reaktivní kamenivo v USA obsahující opál, chalcedon a vulkanické sklo. Z toho důvodu se stává, že pozitivně vyhodnotí i vysoce reaktivní kamenivo.
Způsoby analýzy ASR ASTM C 1260 Jedná se asi o nejrozšířenější metodu Vzorky o rozměrech 25 25 285 mm. Jsou po 24h odformovány a vloženy na 24h do vody o teplotě 80 C Poté je provedeno počáteční měření a jsou po dobu min. 14 dnů uloženy v roztoku hydroxidu sodného o koncentraci 1,0 mol dm 3. Vzorky jsou průběžně měřena. je li relativní expanze menší než 0,1 %, je kamenivo neškodné, je li expanze vyšší než 0,2%, je kamenivo potenciálně nebezpečné, pro kameniva, jejichž expanze leží v rozmezí 0,1 až 0,2%, se o nebezpečnosti nedá rozhodnout
Způsoby analýzy ASR Uranyl acetátová z. Metoda spočívá v interakci roztoku uranyl acetátu, [UO2(C2H3O2)2], v kyselině octové s alkalicko křemičitým gelem. Roztok uranyl acetátu v kyselině octové se nanáší na povrch betonu, přičemž nastává sorpce UO 2 2+ na negativně nabitém povrchu alkalicko křemičitého gelu. Přítomnost gelu lze po ozáření ošetřeného povrchu betonu UV světlem identifikovat podle fluorescenčních barev
Zdroje [1] Z. Pertold, Š. Šachlová,A. Šťastná, V. Bílek ml.,k. Krutilová, V. Bílek st.,l. Topolář: ALKALICKO KŘEMIČITÁ REAKCE V ČESKÉ REPUBLICE A MOŽNOSTI JEJÍ ELIMINACE (2014) [2] S. Modrý: Zahraniční předpisy pro zkoušení reaktivnosti kameniva a pro diagnostické průzkumy a měření na konstrukcích. Výběr vhodných metod pro ČR. [3] A. Burdová: Porovnání makro a mikroskopických projevů alkalicko křemičité reakce v cementobetonovém krytu vozovek (2010) [4] Alkalicko křemičitá reakce důsledky pro cementobetonové kryty [5] MD: Křemičito alkalická reakce kameniva v betonu další možnosti řešení (2010) [6] D. Dobiáš: Alkalická reakce kameniva v betonu TP 137 MD