알칼리-실리카 반응

Alkali–silica reaction
덜 일반적인 유형의 알칼리성 콘크리트 열화에 대해서는 알칼리 골재 반응을 참조하십시오.
"알칼리-실리카"가 여기로 이동합니다. 실리카겔에 흡수된 알칼리금속으로 만든 공업용 화학시약은 M-SG 환원제를 참조하십시오.
미국 고속도로의 콘크리트 단차장벽에 영향을 미치는 알칼리-실리카 반응과 관련된 특징적인 균열 패턴 균열의 양면을 따라 콘크리트 표면을 흡수하는 실리카겔 삼출물의 전형적인 지방 양상을 주목하십시오.[1][2]

일반적으로 콘크리트 암이라고도 알려진 알칼리-실리카 반응([3]ASR)은 충분한 수분이 주어지면 많은 일반적인 응집체에서 발견되는 고알칼리성 시멘트 페이스트와 반응성 비정질(즉, 비결정질) 실리카 사이의 콘크리트에서 시간이 지남에 따라 발생하는 유해한 팽윤 반응입니다.

이러한 유해한 화학 반응은 채택된 관례에 따라 가용성 및 점성의 규산나트륨(NaSiO23 · nHO2, NaHSiO224 · nHO2 또는 N-S-H(규산나트륨 수화물)의 형성에 의해 변경된 골재의 팽창을 유발합니다. 이 흡습성 겔은 물을 흡수할 때 부풀어 올라 부피가 증가하는데, 규질골재 내부에 팽창 압력을 가하여 콘크리트의 스폴링과 강도 손실을 일으켜 결국 붕괴로 이어집니다.

ASR은 콘크리트의 심각한 균열을 초래하여 특정 구조물의 철거까지 강제할 수 있는 중대한 구조적 문제를 야기할 수 있습니다.[4][5][6] 시멘트와 골재의 반응을 통한 콘크리트의 팽창은 Thomas E에 의해 처음 연구되었습니다. 1930년대 동안 캘리포니아의 Stanton은 1940년에 그의 창립 출판물을 출판했습니다.[7]

화학

알칼리-실리카 반응(ASR)의 전형적인 균열 패턴. 콘크리트 균열을 통한 겔 삼출물은 특징적인 황색을 띠고 높은 pH를 가지고 있습니다. 균열을 따라 콘크리트 공극을 흡수하는 삼출물의 지방적 측면도 ASR의 특징입니다.
화학적 순환과정으로서 알칼리-실리카 반응

용액에서 이용 가능한 충분한 양이온이 존재하는 상태에서 완전한 진화(노화 과정) 후, 매우 복잡한2+ 일련의 다양한 반응, 전체 ASR 반응을 단순화하고 양식화하기 위해, 콘크리트에 과도한 농도의 알칼리 수산화물(NaOH 및 KOH)이 존재함으로써 촉매되는 포졸란 반응과 비교될 수 있습니다.[8][non-primary source needed] 이것은 NaOH 또는 KOH, 포틀랜드이트 또는 (Ca(2OH))라고도 알려진 수산화칼슘 및 (HSiO44, 또는 Si(OH))4 사이의 미네랄 산-염기 반응입니다. 단순화를 위해, 포틀랜드라이트에 의해 방출된 칼슘 이온과 알칼리 양이온을 완전히 교환한 후, 최종 단계에서 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H)로 이어지는 알칼리-실리카 반응을 다음과 같이 도식적으로 나타낼 수 있습니다.

Ca(OH)2 + H4SiO4 → Ca2+ + H2SiO42− + 2 H2O → CaH2SiO4 · 2 H2O

여기서, SiO2 · 22 HO에 해당하는 규산 HSiO44, 또는 Si(OH)4는 수성 화학에서의 단순화를 위해 함수 또는 비정질 실리카를 나타내는 것입니다.

실제로, 규산이라는 용어는 전통적으로 실리카, SiO의2 동의어로 사용되어 왔습니다. 엄밀히 말하면, 실리카는 오르토실릭산의 무수물인 Si(OH)입니다.4

SiO2↓ + 2 H2O ⇌ Si(OH)4

HSiO
2
3, 메타실리카산을 지칭하는 고대 산업적 표기법은 알칼리-실리카 반응을 묘사하는 데 종종 사용됩니다. 그러나, 메타실릭산, HSiO
2
3 또는 SiO(OH)
2는 HSiO가
2
3 불안정하고 수화를 계속하기 때문에 극단적으로 희석된 용액에서도 관찰된 적이 없는 가상 분자입니다.

실제로 물 분자 하나만 소비하고 HCO에서23 멈추는 CO의2 수화와는 반대로 SiO의2 수화는 두 개의 물 분자를 소비하고 한 단계 더 나아가 HSiO를44 형성합니다. SiO와2 CO2 사이의 수화 거동의 차이는 열역학적 이유(Gibbs free energy)와 분자의 중심 원자 주위의 결합 에너지 또는 입체 장애로 설명됩니다.

그렇기 때문에 묽은 용액에 실제로 존재하는 오르토실릭산 Si(OH)
4를 나타내는 보다 정확한 지구화학적 표기가 여기에서 선호됩니다. 그러나 수용액에는 존재하지 않는 메타실리케이트 음이온(SiO2–
3)을 지칭하는 현재는 사용되지 않지만 여전히 자주 사용되는 산업적 표기법의 주요 장점은 더 큰 단순성과 탄산염(CO2–
3) 시스템과의 표기법에서의 직접적인 유사성입니다.

또한 알칼리-실리카 반응에서 실리카 용해를 촉매하고 촉진하는 NaOH 및 KOH 종(알칼리 수산화물, 종종 이들의 강한 염기성 특성을 나타내기 위해 알칼리라고도 함)은 포틀랜드라이트와의 최종 반응의 단순화된 표현에 명시적으로 나타나지 않는다는 점에 주목할 것입니다. 포틀랜드사이트와의 양이온 교환 반응에서 계속 재생되기 때문입니다. 결과적으로, 그들은 촉매 반응의 전체 질량 균형 방정식에서 사라집니다.

실리카 용해 메커니즘

표면 결합된 물 분자와 함께 실록산 및 실란올기를 갖는 무수 및 수화 실리카 표면.

물과 접촉하는 고체 실리카의 표면은 OH 이온에 의한 알칼리성 공격에 민감한 실록산 결합(≡Si-O-Si ≡) 및 실란올기(≡Si-OH)에 의해 덮여 있습니다.

물 분자와 수소 결합을 형성하기 매우 쉬운 이러한 산소 함유기의 존재는 물에 대한 실리카의 친화력을 설명하고 콜로이드 실리카를 매우 친수성으로 만듭니다.

실록산 결합은 이후에 도식적으로 나타낸 바와 같이 가수분해 및 축합 반응을 겪을 수 있습니다.

두 실리콘 원자 사이의 실록산 결합.
≡Si–O–Si≡ + H
2O ↔ ≡Si–OH + HO–Si≡
=Si=O + H
2O ↔ =Si(–OH)
2
실란올기의 화학 구조.

한편, 실란올기는 양성자화/탈양성자화를 겪을 수도 있습니다.

≡Si–OH ↔ ≡Si–O−
 + H+
.

이러한 평형은 수산화 음이온(OH–)의 농도를 증가시킴으로써, 즉 용액의 pH를 증가시킴으로써 실리카 용해로 이어지는 반응의 우측으로 이동될 수 있습니다.

실록산 결합의 알칼리성 가수분해는 OH의– 친핵성 치환에 의해 발생하며, 다른 O-Si 그룹은 Si 원자의 4가 특성을 보존하기 위해 떠납니다.

≡Si–O–Si≡ + OH−
 → ≡Si–OH + –O–Si≡
=Si=O + OH−
 → =SiO(OH)−

실란올기의 탈양성자화:

≡Si–OH + OH−
 → ≡Si–O−
 + H
2O.

pH 0~7 범위에서 실리카의 용해도는 일정하지만 pH 8 이상에서는 pH에 따라 실록산 결합의 가수분해와 실란올기의 탈양성자화가 기하급수적으로 증가하는 것을 확인할 수 있습니다. 이것이 유리가 높은 pH에서 쉽게 용해되고 극도로 염기성 NaOH/KOH 용액을 견디지 못하는 이유입니다. 따라서 시멘트 수화 공격 시 방출되는 NaOH/KOH는 응집체에 존재하는 실리카의 3차원 네트워크를 용해시킵니다. 부싯돌(분필로 된) 또는 굴린 강 자갈에 존재하는 암호결정 칼세돈 또는 셰르트와 같은 비정질 또는 결정화되지 않은 실리카는 석영과 같은 잘 결정화된 실리카보다 OH– 음이온에 의한 알칼리성 공격에 훨씬 더 잘 용해되고 민감합니다. 캐나다와 북유럽 국가에서 동결-해동 주기에 노출된 변형된 석영 또는 셰르트는 알칼리성(고 pH) 용액에 더 민감합니다.

실리카 용해를 담당하는 종은 수산화 음이온(OH–)입니다. 높은 pH 조건은 알칼리성이라고 하며 염기성 용액의 알칼리성도 말합니다. 전기 중성을 위해서는 (OH–) 음이온이 양전하를 띤 양이온, NaOH 또는 KOH 용액에서 Na+ 또는 K를+ 각각 동반해야 합니다. Na와 K는 둘 다 주기율표의 알칼리 금속 열에 속합니다. 알칼리라고 할 때, 하나는 체계적으로 NaOH와 KOH 염기성 수산화물 또는 시멘트 내의 해당 산화물 NaO와2 KO를2 말합니다. 따라서 실리카 용해와 관련된 유일한 화학종인 염의 수산화물 또는 산화물 성분이지 알칼리 금속 자체는 아닙니다. 그러나 시멘트 내 알칼리 당량(NaO2eq)을 결정하기 위해서는 고체 또는 용액 내에서 전기 중성을 유지해야 하기 때문에 Na 및 K 원소 내 시멘트의 함량을 직접 측정하고 상대 이온이 수산화 이온이라고 보수적으로 고려합니다. Na와+ K+ 양이온은 수화된 종이기 때문에 알칼리-실리카 반응 생성물에 수분을 유지하는 데 기여합니다.

삼투 공정(Chatterji et al., 1986, 1987, 1989)과 전기 이중층(EDL)[9]은 또한 농축된 액체 알칼리 겔로 물을 운반하는 데 기본적인 역할을 하며, 이들의 팽윤 거동과 콘크리트 내 ASR 손상의 원인이 되는 골재의 유해한 팽창을 설명합니다.

용존 NaOH 또는 KOH에 의한 ASR 촉매에 관한 연구

ASR 반응은 매우 높은 pH에서 가용성 알칼리 수산화물(NaOH/KOH)에 의해 촉매된다는 점에서 포졸란 반응과 크게 다릅니다. 완전히 수화된 용존 실리카(Si(OH)4 또는 규산에 의해 실리카를 나타내는 고전 지구화학적 표기법을 사용하여 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. HSiO44), 그러나 더 오래된 산업적 표기법도 존재합니다(HSiO23, 반수화 실리카(존재하지 않음), 탄산과 유사하게:

2 Na(OH) + H4SiO4 → Na2H2SiO4 · 2 H2O
이렇게 생성된 가용성 알칼리 실리카겔은 수산화칼슘(포트랜드라이트)과 반응하여 불용성 규산칼슘 수화물(C-S-H상)을 침전시키고 NaOH를 재생하여 초기 실리카 용해 반응을 계속할 수 있습니다.
Na2H2SiO4 · 2 H2O + Ca(OH)2 → CaH2SiO4 · 2 H2O + 2 NaOH

위에서 언급한 두 반응의 합계 또는 조합은 포졸란 반응과 유사한 일반적인 반응을 제공하지만, 이 반응은 시멘트 또는 기타 콘크리트 성분 중의 바람직하지 않은 존재에 의해 촉매된다는 것을 명심해야 합니다. 높은 pH에서 실리카(실산)의 용해를 담당하는 가용성 알칼리성 하이드록시드(NaOH/KOH)의 경우:

Ca(OH)2 + H4SiO4 → CaH2SiO4 · 2 H2O

콘크리트 기공수의 높은 pH(~13.5)를 담당하는 용해된 NaOH 또는 KOH의 존재 없이는 반응성 골재의 비정질 실리카가 용해되지 않고 반응이 진화하지 않습니다. 게다가, 용해성 나트륨이나 칼륨 실리케이트는 매우 흡습적이고 물을 흡수할 때 부풀어 오릅니다. 규산나트륨 겔이 다공성 규산질 응집체 내부에 형성되어 부풀어 오르면 먼저 팽창하여 자유 공극률을 차지합니다. 이 후자가 완전히 채워지면 용해성이지만 매우 점성이 높은 겔이 실리카 네트워크로부터 쉽게 배출되지 못하면 공격받은 골재 내부에서 유압이 상승하여 골재의 파단으로 이어집니다. 칼슘이 풍부한 경화 시멘트 페이스트로 둘러싸인 손상된 규질 골재의 수력학적 팽창으로 콘크리트 균열 네트워크의 발달을 담당합니다. 응집체로부터 배출된 규산나트륨이 경화된 시멘트 페이스트 내에 존재하는 포틀랜드이트의 알갱이들을 만나면, 나트륨과 칼슘 양이온의 교환이 발생하고 NaOH의 방출과 함께 수화된 규산칼슘(C-S-H)이 침전되는 것을 특징으로 하는 방법. 차례로 재생된 NaOH는 비정질 실리카 응집체와 반응하여 가용성 규산나트륨의 생성을 증가시킬 수 있습니다. C-S-H의 연속적인 테두리가 공격을 받은 규질골재의 외부 표면을 완전히 감싸게 되면, 이는 반투과성 장벽으로 작용하여 점성 규산나트륨의 배출을 방해하는 동시에 골재 내부의 경화된 시멘트 페이스트로부터 NaOH/KOH가 확산되도록 합니다. C-S-H의 이러한 선택적 장벽은 골재 내부의 유압을 증가시키고 균열 과정을 악화시킵니다. 알칼리-실리카 반응에서 콘크리트를 손상시키는 것은 골재의 팽창입니다.

포틀랜드라이트(Ca(OH))2는 Davies and Oberholster(1988)[10]가 제안하고 Wang and Gillott(1991)이 강조한 고체상의 OH– 음이온의 주요 매장량을 나타냅니다.[11] 포틀랜드라이트, 즉 규질 응집체가 완전히 고갈되지 않는 한 ASR 반응은 계속될 것입니다. 알칼리 수산화물은 소듐 실리케이트와 포틀랜드라이트의 반응에 의해 연속적으로 재생되며, 따라서 ASR 반응의 투과 벨트를 완전성으로 나타냅니다. 따라서 ASR 반응을 중단하는 것은 불가능합니다. 규질골재와 물이 존재하는 상태에서 ASR을 피하는 유일한 방법은 가용성 알칼리(NaOH와 KOH)의 농도를 콘크리트에서 가능한 한 가장 낮은 수준으로 유지하여 촉매 메커니즘을 무시할 수 있도록 하는 것입니다.

탄산소다라임과 콘크리트 탄산화의 유사성

Ca(OH)(2고상에 존재하는 알칼리성 완충제)의 존재하에서 NaOH 또는 KOH로서 가용성 강염기에 의해 촉매되는 알칼리-실리카 반응 메커니즘은 소다석회의 탄산화 공정과 비교될 수 있습니다. 반응에서 규산(HSiO23 또는 SiO2)은 단순히 탄산(HCO23 또는 CO2)으로 대체됩니다.

(1) CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O (용해성 NaOH에 의한 CO2 포집)
(2) Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2 NaOH (석회 반응 후 NaOH의 재생)
합 (1+2) CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O (전지구적 반응)

물 또는 단순히 주변 수분이 존재하는 경우, 강염기인 NaOH 또는 KOH는 수화수(흡습성 물질, 조해 현상)에 쉽게 용해되며, 이는 수용액에서의 반응이 건조한 고체상보다 훨씬 빠르게 일어나기 때문에 촉매 과정을 매우 용이하게 합니다.[12] 촉촉한 NaOH는 높은 비표면적으로 표면과 수산화칼슘 알갱이의 공극률을 함침시킵니다.[13] 소다석회는 폐쇄회로 다이빙 재호흡기와 마취 시스템에 일반적으로 사용됩니다.[14][15]

알칼리 수산화물에 의한 동일한 촉매 효과(시멘트의 NaO2eq 함량의 기능) 또한 반응 전선의 전파 속도가 본질적으로 덜 다공성인 콘크리트 매트릭스 내의 CO2 확산에 의해 제한되지만 콘크리트 내의 대기 CO에2 의한 포틀랜드이트의 탄산화에 기여합니다.[16]

탄산 소다 반응은 단순히 질량 균형 방정식에서 C 원자를 Si 원자로 치환함으로써(즉, 탄산을 메타실리케이트 음이온으로 대체함으로써) 규산염의 고대 산업적 표기로 직접 번역될 수 있습니다. 이는 ASR에서 NaOH의 지속적인 재생을 개략적으로 묘사하기 위해 문헌에서도 흔히 접할 수 있는 다음과 같은 일련의 반응을 제공합니다.

(1) SiO2 + 2 NaOH → Na2SiO3 + H2O (흡습성 NaOH에 의해 SiO가2 빠르게 용해됨)
(2) Na2SiO3 + Ca(OH)2 → CaSiO3 + 2 NaOH (포틀랜드사이트 반응 후 NaOH 재생)
합 (1+2) SiO2 + Ca(OH)2 → CaSiO3 + H2O (포졸란 반응과 유사한 전지구적 반응)

고려 중인 시스템(소다석회 또는 알칼리-실리카 반응)에서 NaOH가 명백하게 결핍된 경우, 형식적으로 CO32- 음이온을 HCO로3−, SiO32- 음이온을 HSiO로3− 간단히 대체함으로써 동일한 반응 세트를 작성하는 것이 가능하며, 이는 중간 종의 수가 다르더라도 촉매 작용의 원리는 그대로 유지됩니다.

시멘트 페이스트 내 OH−
 발생원

경화 시멘트 페이스트(HCP)에 포함된 수산화 음이온(OH−
)의 여러 공급원을 포틀랜드 시멘트(순수한 OPC, BFS 또는 시멘트 첨가물, FA 또는 SF) 제품군과 구별할 수 있습니다.

직접출처

OH−
 음이온은 높은 pH 값이 떨어지기 시작할 때 용해도가 증가할 때 HCP 기공수에 직접 존재하거나 Ca(OH)(
2포트랜다이트)의 용해에 의해 고체상(메인 버퍼 또는 고체상)으로부터 천천히 방출될 수 있습니다. 이 두 가지 주요 공급원 외에도 이온 교환 반응과 난용성 칼슘염의 침전도 OH를−
용액으로 방출하는 데 기여할 수 있습니다.

알칼리 수산화물인 NaOH와 KOH는 시멘트 가마에서 원료를 고온(1450 °C)에서 열분해하여 생성된 NaO와
2 KO
2 산화물이 직접 용해된 상태에서 발생합니다. 따라서 원료 중에 Na와 K 함량이 높은 광물의 존재가 문제가 될 수 있습니다. 시멘트의 고대 습식 제조 공정은 현대의 건조 공정보다 더 많은 에너지(물 증발)를 소비하여 원료에 존재하는 가용성 Na 및 K 염을 상당 부분 제거할 수 있는 이점이 있었습니다.

알칼리 수산화물에 의한 ASR 촉매 및 소다 석회 탄산화를 각각 다루는 두 절에서 앞서 설명한 바와 같이, 가용성 알칼리 실리케이트가 Ca(OH)
2와 반응하여 불용성 칼슘 실리케이트를 침전시킬 때 가용성 NaOH 및 KOH가 지속적으로 재생되어 용액으로 방출되는 것을 특징으로 하는 방법. Davies와 Oberholster(1988)가 제안한 바와 같이,[10] 알칼리-실리카 반응은 알칼리 수산화물이 시스템에서 지속적으로 재생됨에 따라 스스로 지속됩니다. 따라서, 포틀랜드라이트는 고체상에서−
OH의 주요 완충제입니다. 고체상의 수산화물 재고가 소진되지 않는 한, 포졸란 반응에 관여하는 시약 중 하나(Ca(
2OH
2) 또는 SiO)가 완전히 분해될 때까지 알칼리-실리카 반응이 계속 진행될 수 있습니다.

간접출처

또한 OH의−
다른 간접적인 공급원도 존재하며, 모두 경화 시멘트 페이스트(HCP)의 기공수에 용해성 Na 및 K 염의 존재와 관련이 있습니다. 첫 번째 범주는 해당 음이온이 불용성 칼슘 염, 예를 들어, NaSO
2
4, NaCO
2
3, NaPO
3
4, NaB(OH),
4 NaBO
2
4
7, ...를 침전시킬 수 있는 가용성 Na 및 K 염을 포함합니다.

이후, 황산칼슘(gypsum, 무수물) 침전이 수산화나트륨을 방출하는 예:

Na
2SO
4 + Ca(OH)
2 → CaSO
4 + 2 NaOH

또는 포틀랜드이트와 탄산나트륨의 반응은 Fournier and Bérubé(2000) 및 Bérubé(2000)가 강조한 알칼리-탄산 반응의 촉매에도 중요합니다. (2005):[17][18]

Na
2CO
3 + Ca(OH)
2 → CaCO
3 + 2 NaOH

그러나, 모든 Na 또는 K 가용성 염이 불용성 칼슘 염을 침전시킬 수 있는 것은 아닙니다. 예를 들어, NaCl 기반의 제빙 염:

2 NaCl + Ca(OH)
2 ← CaCl
2 + 2 NaOH

염화칼슘은 용해성 염이기 때문에 반응이 일어나지 못하고 반응의 왼쪽으로 화학적 평형이 퇴행합니다.

그렇다면 염을 얼음으로 만드는 NaCl이나 KCl이 여전히 알칼리-실리카 반응에 역할을 할 수 있을까 하는 의문이 제기됩니다. Na와+
K+
 양이온은 그 자체로 실리카(범인은 상대 이온인−
OH)를 공격할 수 없으며 가용성 알칼리 염화물은 수산화칼슘과 상호 작용하여 가용성 알칼리 수산화물을 생성할 수 없습니다. 그렇다면 굳어진 시멘트 페이스트(HCP)에서 여전히 수산화 음이온을 생성하는 다른 경로가 존재합니까?

포틀랜드라이트 외에도 다른 수화된 고체상이 HCP에 존재합니다. 주요 단계는 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H)(시멘트 페이스트의 "글루"), 칼슘 설포-알루미네이트 단계(AFM 및 AFT, 에트링가이트) 및 하이드로가넷입니다. C-S-H 상은 포틀랜드라이트(CH)보다 용해도(~ 10M−5)가 낮으므로(25°C에서 2.210M−2) 칼슘 이온 방출에 대한 역할은 미미할 것으로 예상됩니다.

일부 알루민산 칼슘 수화물(C-A-H) 또는 관련 상(C-A-H, AFM, AFt)의 격자에 포함된 염화 이온과 수산화 음이온 사이의 음이온 교환 반응도 수산화 음이온을 용액으로 방출하는 데 기여하는 것으로 의심됩니다. 이후 C-A-H 단계에 대해 원칙 메커니즘이 개략적으로 설명됩니다.

Cl−
 + (C-A-H)–OH → (C-A-H)–Cl + OH−

단순하지만 강력한 결론으로, 용해성 Na 및 K 염의 존재는 용해성이 낮은 칼슘 염의 침전(포틀랜드라이트, CH) 또는 음이온 교환 반응(C-A-H와 관련된 상)으로 인해 용액−
 내 OH 음이온의 방출을 유발할 수도 있습니다. 따라서 시멘트 기공수에 Na와 K의 염이 존재하는 것은 바람직하지 않으며 Na와 K 원소의 측정은 기공 용액에서 OH의−
최대 농도에 대한 좋은 대리(지표)입니다. 이는 시멘트의 총 알칼리 당량
2
eq(NaO)이 단순히 Na와 K의 측정(예: ICP-AES, AAS, XRF 측정 기술)에 의존할 수 있는 이유입니다.

알칼리 겔의 진화와 노화

삼출물에서 발견되는 유동성 알칼리 실리카겔이 겔 페이스트 또는 백태에서 발견되는 덜 용해성 고체 생성물로 성숙되는 과정이 이하에서 설명됩니다. 이 점진적인 변화에는 4가지 다른 단계가 고려됩니다.[11]

1. SiO
2 용해 및 NaSiO
2
3 형성(여기서는 문헌 후반부에서 이를 자주 사용하는 것을 설명하기 위해 고대 산업용 메타실리케이트 표기법(비존재 메타실리케이트 산, HSiO에
2
3 기초하여 명시적으로 작성됨):

2 NaOH + SiO
2 → Na
2SiO
3 · H
2O (young N-S-H gel)
이 반응은 알칼리 겔의 수화 및 팽창을 동반하여 영향을 받는 응집체의 팽창을 초래합니다. 신선한 알칼리 젤의 pH는 매우 높고 종종 특징적인 호박색을 갖습니다. 젊은 알칼리 겔 삼출물의 높은 pH는 종종 콘크리트 균열 주입 표면에서 이끼의 성장을 방해합니다.

2. 알칼리 겔의 성숙: 졸-겔 공정에 의한 중합 및 겔화. 콜로이드 용액(sol)에 분산된 실리케이트 단량체 또는 올리고머가 실리카겔의 2상 수성 고분자 네트워크로 축합되는 것을 특징으로 하는 방법. pH가 약간 떨어지기 시작할 때 수산화칼슘(포트랜드라이트)에 의해 방출되는 2가2+
 양이온이 겔화 과정에 영향을 미칠 수 있습니다.

3. 수산화칼슘(포트랜드라이트)과의 양이온 교환 및 NaOH 재생을 동반한 비정질 규산칼슘 수화물(C-S-H)의 침전:

Na
2SiO
3 + Ca(OH)
2 → CaSiO
3 + 2 NaOH
비정질 비화학량론적 규산칼슘 수화물(C-S-H, 여기서 비화학량론은 대시를 사용하여 표시됨)은 자이롤라이트와 유사한 로제트로 재결정될 수 있습니다. 이 단계에서 형성된 C-S-H는 진화된 규산칼슘 수화물이라 할 수 있습니다.

4. 탄산칼슘과 비정질 SiO의 침전을 유도하는 C-S-H의2 탄산화는 다음과 같이 양식화됩니다.

CaSiO
3 + CO
2 → CaCO
3 + SiO
2

알칼리 겔(NaSiO
2
3)은 포틀랜드라이트 용해에서 방출된 Ca2+
 이온과 아직 반응하지 않는 한, 유체 상태를 유지하며 파손된 골재나 손상된 콘크리트 구조물의 개방된 균열을 통해 쉽게 배출될 수 있습니다. 이로 인해 영향을 받는 콘크리트 표면에서 눈에 보이는 노란색 점성 액체 삼출(암흑색 액체 방울)이 발생할 수 있습니다.

실리카 용해 반응이 진행되어 pH가 서서히 떨어지면 수산화칼슘의 용해도가 증가하여 알칼리 겔이 Ca2+
 이온과 반응하게 됩니다. 겔화 과정으로 점도가 증가하고 수산화칼슘(portlandite)과 반응 후 C-S-H상이 석출되기 시작하면 이동도(유동성)가 크게 감소합니다. 이때 석회화된 겔이 단단해져 콘크리트 내 알칼리 겔 수송을 방해하게 됩니다.

C-S-H 젤이 대기 중 이산화탄소에 노출되면 급격한 탄산화를 겪으며 콘크리트 표면에 흰색/노란색 백태가 나타납니다. 상대적으로 유동적인 알칼리 겔이 경화된 표면 겔 층 아래로 계속 뿜어져 나오면 백태를 균열 표면 밖으로 밀어내어 안도감을 내도록 합니다. 겔 건조 및 탄산화 반응 속도가 겔 삼출 속도(개방 균열을 통한 액체 겔 배출 속도)보다 빠르기 때문에, 대부분의 경우 토목 콘크리트 구조물의 표면에서는 신선한 액체 알칼리 삼출물을 자주 접하지 못하고 있습니다. 압축 해제된 콘크리트 코어는 천공 직후에 신선한 노란색 액체 알칼리 삼출물(점성 황색 방울)을 관찰할 수 있습니다.

콘크리트 열화 메커니즘

따라서 콘크리트의 열화를 일으키는 ASR의 메커니즘은 다음과 같이 4단계로 설명할 수 있습니다.

  1. 매우 염기성인 용액(NaOH/KOH)은 규산질 응집체(고 pH에서의 규산 용해)를 공격하여, 결정화가 잘 되지 않거나 비정질인 실리카를 가용성이지만 매우 점성이 있는 알칼리 실리케이트 겔(N-S-H, K-S-H)로 전환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 비정질 실리카의 용해 반응에 의한 NaOH/KOH의 소모는 경화된 시멘트 페이스트의 기공수의 pH를 감소시킵니다. 이는 Ca(2OH)(포트랜드라이트)의 용해를 허용하고 시멘트 기공수 내로 Ca2+ 이온의 농도를 증가시킵니다. 그런 다음 칼슘 이온이 가용성 규산나트륨 겔과 반응하여 고체 규산칼슘 수화물(C-S-H)로 변환됩니다. C-S-H는 골재의 외부 표면에 지속적으로 잘 스며들지 않는 코팅을 형성합니다.
  3. 침투된 알칼리 용액(NaOH / KOH)은 남아있는 규질 광물을 부피가 큰 가용성 알칼리 실리케이트 겔로 변환합니다. 결과적으로 팽창 압력은 골재 코어에서 증가합니다.
  4. 누적된 압력은 골재의 허용오차를 초과할 때 골재와 주변 시멘트 페이스트에 균열을 일으킵니다.[19]

ASR의 구조적 효과

ASR에 의한 균열은 콘크리트에 다음과 같은 여러 가지 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.[20]

  1. 확장: ASR 젤의 팽윤 특성은 콘크리트 요소의 팽창 가능성을 높입니다.
  2. 압축강도: 압축 강도에 대한 ASR의 영향은 낮은 팽창 수준에서 더 큰 팽창에서 상대적으로 더 높은 정도로 미미할 수 있습니다. Swamy와 Al-Asali(1986)[21][22]는 압축 강도가 ASR의 심각성을 연구하는 데 그다지 정확한 매개 변수가 아니라고 지적하지만, 테스트는 단순하기 때문에 수행됩니다.
  3. 인장강도 / 굴곡용량: 연구에 따르면 ASR 균열은 콘크리트의 인장강도를 크게 감소시켜 보의 굴곡능력을 감소시킬 수 있습니다. 교량 구조물에 대한 일부 연구는 ASR의 결과로 약 85%의 용량 손실을 나타냅니다.
  4. 탄성계수/UPV : 콘크리트 및 초음파 펄스속도(UPV)의 탄성특성에 대한 ASR의 영향은 인장용량과 매우 유사합니다. 탄성 계수는 펄스 속도보다 ASR에 더 민감한 것으로 나타났습니다.
  5. 피로도: ASR은 콘크리트의 하중 지지력과 피로 수명을 감소시킵니다.[23][24]
  6. 전단강도: ASR은 전단보강이 있는 철근콘크리트와 없는 철근콘크리트의 전단능력을 향상시킵니다(Ahmed et al., 2000).[23]

경감

새로운 콘크리트에서 ASR은 다음과 같은 몇 가지 접근 방식으로 완화될 수 있습니다.

  1. 시멘트의 알칼리 금속 함량을 제한합니다. 많은 표준에서[citation needed] 시멘트의 "당량 NaO2" 함량에 제한을 두고 있습니다.
  2. 골재의 반응성 실리카 함량을 제한합니다. 특정 화산암은 화산 유리(옵시디언)를 포함하고 있으므로[citation needed] 골재로 사용해서는 안 되기 때문에 ASR에 특히 취약합니다. 탄산칼슘 골재를 사용하면 이를 피할 수 있습니다. 원칙적으로 석회석(CaCO3)의 수준은 순도에 따라 달라집니다. 일부 규질 석회암(즉, 스위스에서 발견되는 Kieselkalk)[25]은 비정질 또는 결정질이 좋지 않은 실리카에 의해 시멘트화될 수 있으며, 벨기에 투르나이 지역의 채석장에서 이용되는 일부 투르나이산 규질 석회암에서도 관찰되는 바와 같이 ASR 반응에 매우 민감할 수 있습니다.[26] 석회석을 골재로 사용하는 것은 그 자체로 ASR에 대한 보증이 아닙니다. 캐나다에서도 Spratt siliciceous 석회암은 ASR을 다루는 연구에서 특히 잘 알려져 있으며 캐나다 ASR 기준 골재로 일반적으로 사용됩니다.
  3. 시멘트 세팅 초기에 조절된 포졸란 반응에 의해 시멘트의 과도한 알칼리도를 규산으로 중화시키기 위해 매우 미세한 규산 물질을 첨가합니다. 혼합물에 첨가할 포졸란 물질은 예를 들어 포졸란, 실리카퓸, 플라이애쉬 또는 메타카올린일 수 있습니다.[27] 이들은 팽창 압력의 형성 없이 시멘트 알칼리와 우선적으로 반응하는데, 이는 미립자 내 규산질 광물이 반투과성 반응 림의 형성 없이 알칼리 규산질로 전환된 후 칼슘 규산질로 전환되기 때문입니다.
  4. 시스템과 접촉하는 외부 알칼리를 제한합니다.

매우 미세한 실리카 입자에 대한 콘크리트 경화의 초기 단계에서 개시되는 신속한 반응은 장기적으로 더 큰 규질 응집체와의 느리고 지연된 반응을 억제하는 데 도움이 될 것입니다. 같은 원리에 따라, 낮은 pH 시멘트를 제조하는 것은 또한 콘크리트 혼합물에 규산이 풍부한 미세하게 분할된 포졸란 물질을 첨가하여 알칼리성을 감소시키는 것을 의미합니다. 초기에 콘크리트 기공수의 pH 값을 낮추는 것 외에도, 실리카퓸 첨가의 주요 작용 메커니즘은 포틀랜드이트(고상의 하이드록시데(OH–) 저장소)를 소비하고 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H)의 형성에 의해 경화된 시멘트 페이스트의 공극률을 감소시키는 것입니다. 그러나, 실리카퓸은 콘크리트 혼합물에 매우 미세하게 분산되어야 하는데, 이는 응집된 실리카퓸의 플레이크 자체가 분산 공정이 불충분할 경우 ASR을 유도할 수 있기 때문입니다. 골재가 없는 상태에서 시멘트 페이스트만을 대상으로 한 실험실 연구에서[citation needed] 그러할 수 있습니다. 실리카 흄은 신선한 콘크리트의 대규모 배치의 혼합 작업 중에 조대한 골재와 미세한 골재의 존재에 의해 충분히 분산됩니다.

미국 연방 고속도로청이 수행한 연구의 일환으로 ASR의 영향을 받는 확장과 균열로 어려움을 겪고 있는 현장 구조물에 다양한 방법이 적용되었습니다. 실란의 적용과 같은 일부 방법은 특히 작은 기둥 및 고속도로 장벽과 같은 요소에 적용될 때 상당한 가능성을 보여주었습니다. 리튬 화합물의 국소 적용은 ASR에 의한 팽창 및 균열을 줄이는 데 거의 또는 전혀 가능성이 없음을 보여주었습니다.[28]

치료요법

일반적으로 ASR에 영향을 받는 구조에 대한 치료법은 없습니다. 손상된 부분은 수리가 가능하지만 반응은 계속될 것입니다. 어떤 경우에는 구조물의 얇은 구성요소(벽, 슬래브)를 충분히 건조할 수 있고, 그 후 수밀막을 설치하면 반응을 계속 촉진하는 데 필요한 물이 부족하여 반응의 진화가 느려질 수 있고, 때로는 중단될 수 있습니다. 실제로, 물은 알칼리-실리카 반응에서 3중 역할을 합니다: 반응이 일어나는 용매, 반응하는 용해된 종을 위한 운반 매체, 그리고 마지막으로 반응 자체에 의해 소비되는 시약.

그러나, 두꺼운 콘크리트의 구성요소 또는 구조물의 중심에 있는 콘크리트는 포화 또는 불포화 조건에서의 수송이 항상 콘크리트 기공(액체 형태 또는 증기 상태 하에 존재하는 물) 내에서의 확산에 의해 제한되기 때문에 결코 건조할 수 없습니다. 따라서 물 확산 시간은 운송 거리의 제곱에 비례합니다. 결과적으로 두꺼운 콘크리트 구조물 내부의 물 포화도는 종종 80% 이상으로 유지됩니다. 이는 시스템에 충분한 물을 공급하고 알칼리-실리카 반응을 지속적으로 유지하기에 충분한 수준입니다.

댐과 같은 거대한 구조물은 쉽게 교체할 수 없고, 팽창으로 인해 유출로 게이트나 터빈 작동이 차단될 수 있다는 등의 특별한 문제를 제기합니다. 구조물을 가로질러 슬롯을 절단하면 어느 정도의 압력을 완화하고 기하학적 구조와 기능을 복원하는 데 도움이 됩니다.

핵차폐콘크리트용 중골재

감마선을 효율적으로 흡수하기 위해 핵 차폐 콘크리트에는 중입자(BaSO, 밀도 = 4.3 – 4.5)와 다양한 종류의 산화철(주로 자철(FeO, 밀도 = 5.2) 및 헤마타이트(FeO, 밀도 = 5.3)가 일반적으로 사용됩니다. 그 이유는 감마 감쇠에 유리한 고밀도 때문입니다. 두 가지 유형의 골재 모두 어떤 형태로든 반응성 실리카 불순물이 포함되어 있을 수 있으므로 ASR을 확인해야 합니다.[29][30][31]

원자로 주변의 1차 가둠벽 콘크리트에서 50~80°C 범위의 상승된 온도에 도달할 수 있으므로, 반응성 실리카 불순물에 의해 촉진되고 콘크리트가 노출되는 고온에 의해 가속되는 알칼리-silica 반응을 피하기 위해 골재 및 중골재의 선택에 특히 주의를 기울여야 합니다.

일부 열수 퇴적물에서 중입자는 실리카 광물화와[32] 관련이 있으며 반응성 크리스토바라이트를[33][34] 포함할 수도 있지만 Fe(III)의 옥시-하이드록사이드, 특히 페리하이드라이트는 물에 존재하는 용해된 실리카에 대해 강한 친화력을 나타내며 SiO의
2 궁극적인 싱크를 구성할 수 있습니다.[35]

이것은 미세결정 실리카가 철산화물의 미네랄 갱에 어떻게 점진적으로 축적될 수 있는지를 설명합니다.[36]

용해된 실리카(Si(OH)
4 및 그에 상응하는 규산염 음이온(SiO(OH))−
3은 리간드 교환에 의해 수화된 제2철산화물(HFO) 및 제2철산화물(>Fe-OH)에 강하게 흡착됩니다.

(HO)
3SiO−
 + >Fe–OH → >Fe–OSI(OH) + OH

리간드 교환 반응에서, 규산염 음이온(흔히 HSiO로
3−
4 간단히 표기됨)은 >Fe-로 친핵성 치환을 합니다.HFO의 OH 페롤 표면 그룹과 수산화 음이온 OH를−
방출하는 동시에 그것을 페롤 그룹으로 대체합니다. 이 메커니즘은 옥시-수산화철과 산화철의 표면에 실리카의 강한 내부 구 복합체가 형성되는 것을 설명합니다.[37] 산화철의 표면은 점진적으로 실리카로 코팅되고 산화철 광석의 표면에 실리카 갠지가 형성됩니다. 이것은 일부 철광석에 실리카가 풍부하여 알칼리-실리카 반응에 민감할 수 있는 이유를 설명합니다. 중질 응집체의 매우 낮은 수준의 반응성 실리카는 ASR을 유도하기에 충분합니다. 방사선 차폐나 강한 방사선 폐기물의 고정화와 같은 원자력 응용에 앞서 무거운 골재를 ASR에 대해 체계적으로 검사해야 하는 이유입니다.

원자력 구조물의 콘크리트에서 ASR의 가속 개발 가능성에 대한 우려의 또 다른 이유는 높은 중성자 유동성에 노출된 응집체에 포함된 실리카의 점진적인 무정형화입니다.[38] 이 과정을 메타믹화라고도 하며, 결정구조가 강한 알파입자 내부 충격을 받아 비정질(메타믹 상태)이 되면 우라늄과 토륨이 풍부한 지르콘과 같은 광물에서 비정질 헤일로가 생성되는 것으로 알려져 있습니다.

원자력발전소의 사용수명이 끝날 때 원자로의 생물학적 실드와 같은 중성자가 많이 조사된 콘크리트 구성요소의 기계적 특성이 손실되는 것은 방사선에 의한 골재의 팽윤으로 인해 콘크리트의 부피 팽창으로 이어질 것으로 예상됩니다.[39]

위험의 방지

ASR의 위험을 방지하거나 제한하는 유일한 방법은 임계 삼각형 골재 반응성의 세 가지 요소 중 하나 또는 여러 요소(시멘트 알칼리 함량 – 물)를 피하는 것입니다.

  • 적절한 표준 시험 방법에 따라 시험한 후 reactive이 아닌 골재를 선별함으로써(다음 절 참조).
  • 저-알칼리(LA) 시멘트를 사용함으로써: 시멘트에 대한 EN 197-1 유럽 표준에 따라 최대 알칼리 함량이 시멘트
    2
    eq     질량의 0.60% 미만인 경우 [40]또는 콘크리트의 총 알칼리
    2
    eq     함량(예를 들어, CEMI 시멘트(OPC)의 경우 3 kg NaO/m3 미만의 콘크리트)을 제한함으로써.     벨기에 콘크리트 표준 예: NBN EN 206 및 그 국가 보충제 NBN B 15-001;[41][42]
  • 콘크리트 구조물(수밀막, 지붕, 충분한 배수 등)과 지하 또는 운석 침투물의 접촉을 제한함으로써 이 마지막 예방 조치는 가능할 때 항상 권장되며 기존의 ASR 영향을 받는 콘크리트 구조물에도 적용되는 경우가 있습니다.

잠재적 알칼리 반응성 시험방법

American Society for Testing and Materials (ASTM International)는 골재의 ASR에 대한 민감도를 검사하기 위한 다양한 표준화된 테스트 방법을 개발했습니다.

  • ASTM C227 : "시멘트-골재 조합의 잠재적 알칼리 반응성 시험방법(Mortar-Bar Method)"
  • ASTM C289 : "골재의 잠재적 알칼리-실리카 반응성에 대한 표준시험방법(화학적 방법)"
  • ASTM C295 : "콘크리트용 골재의 석유학적 검사를 위한 가이드"
  • ASTM C1260: "골재의 잠재적 반응성 시험방법(Mortar-Bar-Test)". 고반응성 골재 또는 준비반응성 골재를 신속하게 식별하기 위해 사용되는 80 °C에서 14일 동안 NaOH 1 M에 모르타르 바를 침지하여 골재에 대한 신속한 테스트입니다. C1260 방법은 높은 온도 외에도 몰탈 바가 침지된 용액에 대량의 NaOH/재고량을 사용하는 것도 포함합니다. 따라서 골재에 존재하는 실리카를 용해시키기 위해 몰탈 바 내부에서 확산될 수 있는 OH– 음이온의 큰 풀을 이용할 수 있습니다. 결과적으로, 이 테스트는 매우 심각하고 가치 있는 골재를 배제할 수 있습니다. 결정적이지 않은 결과가 나올 경우 최종 선별검사를 위해 장기 ASTM C1293 검사법을 사용해야 합니다. ASTM C1260 테스트의 주요 장점은 매우 둔감하거나 매우 반응성이 높은 골재와 같은 극단적인 경우를 신속하게 식별할 수 있다는 것입니다.
  • ASTM C1293 : "알칼리-실리카 반응에 의한 콘크리트 길이 변화 측정에 의한 콘크리트 골재의 시험방법" ASR을 유도하기 위해 특별히 선택된 고알칼리성 시멘트와 혼합된 것을 특징으로 하는 골재를 포함하는 콘크리트 프리즘이 포함된 물 포화 습윤 분위기(온도 조절 오븐 내부)에서 38°C에서 장기 확인 시험(1년 또는 2년)입니다. 콘크리트 프리즘은 알칼리 용액에 직접 담가지 않고 촉촉한 티슈로 감싸고 물이 꽉 막힌 플라스틱 포일 안에 단단히 포장됩니다.
  • ASTM C1567 : "시멘트성 재료와 골재의 조합에 의한 잠재적 알칼리-실리카 반응성 결정을 위한 표준 시험방법(가속 모르타르-바법)"

골재나 때로는 경화된 콘크리트 코어의 잠재적 알칼리 반응성을 감지하기 위해 다른 콘크리트 프리즘 방법도 국제적으로 개발되었습니다. 예를 들어,

  • ASTM C1260 시험의 기초가 되는 Oberholster 방법. 몰탈 프리즘 또는 콘크리트 코어를 80℃에서 14일 동안 NaOH 1 M 용액에 침지하여 심각한 단기 지속 시험입니다.[43]
  • Duggan 공법은 3일 동안 재수화를 위해 22℃의 증류수에 여러 개의 콘크리트 코어를 1차 침지하는 것으로 시작합니다. 그런 다음 82°C의 드라이 오븐에서 하루 동안 가열한 다음 하루 동안 수화한 다음 82°C에서 하루 동안 건조합니다. 콘크리트 코어의 팽창은 14일 또는 20일까지 측정됩니다.[44][45][46][47] ASR/AAR의 짧은 지속 시간 테스트이지만 오버홀스터 테스트보다 훨씬 부드럽습니다. 또한 에트링가이트 형성 지연(DEF)으로 인한 콘크리트의 팽창을 측정하는 데도 사용할 수 있습니다. 열 순환에 의해 유도되는 기계적 응력은 콘크리트 매트릭스에 미세 균열을 생성하여 처리된 샘플에서 반응성 광물 단계의 물에 대한 접근을 용이하게 합니다.[48]
  • 콘크리트 마이크로바 테스트는 Grattan-Bellewet 등에 의해 제안되었습니다. (2003) 알칼리-aggregate 반응에 대한 보편적인 가속 시험으로서.
  • CSA A23.1-14A 및 CSA A23.2-14A: 시멘트/골재 조합의 잠재적 팽창성에 대한 캐나다 CSA 표준 콘크리트 프리즘 시험.[50][48] CSAA23.2-14A는 콘크리트 프리즘을 최소 365일 동안 38°C의 포화 습윤 조건에서 보관하는 장기 테스트입니다. ASTM C1293과 동등한 캐나다 표준 규격입니다.
  • LCPC/IFSTTAR (1997) LPC-44. 콘크리트의 알칼리 반응. 경화된 콘크리트의 [51]잔류팽창시험
  • RILEM AAR-3 콘크리트 프리즘 방법(38°C에서 보관).
  • RILEM AAR-4 콘크리트 프리즘 공법 (60 ℃ 보관)
  • RILEM AAR-4 대체 방법(60°C에서 보관).
  • 독일 콘크리트 시험방법 (40 °C에서 보관)
  • 노르웨이 콘크리트 프리즘 방법(38°C에서 보관).

알려진 영향을 받는 구조물

오타와에 있는 캐나다 국립미술관 건물의 콘크리트 기둥 표면은 알칼리-실리카 반응(ASR)의 전형적인 균열 패턴을 보여줍니다. 균열의 두 측면을 따라 콘크리트 표면을 흡수하는 노란색 실리카겔 삼출물의 전형적인 지방 양상을 주목하십시오.

호주.

벨기에

캐나다

1950년대부터 캐나다에서는 알칼리-실리카(ASR)와 알칼리-카보네이트(ACR, 돌로마이트를 포함하는) 반응인 알칼리-응집체 반응(AAR)이 확인되었습니다.[68][69][70]

  • 반응성 골재의 광범위한 사용으로 인해 많은 유압 댐이 캐나다에서 ASR의 영향을 받습니다.[71] 실제로, 반응성 서리에 민감한 셰르트는 캐나다에서 자갈이 일반적으로 추출되는 빙하-유층 환경에서 매우 자주 발견됩니다. 또 다른 이유는 온타리오주 오타와 인근 스프래트 채석장의 규질 오르도비스기 석회암(Bobcaygon Formation)과 같은 고생대 석회암에 반응성 실리카가 존재하기 때문입니다.[72] Rogers 등이 설명한 바와 같이, 스프랫의 석회암 골재("Spratt Sand and Gravel Limited"사의)는 캐나다 및 전 세계의 ASR 연구에 널리 사용되고 있습니다. (2000)[68] 또한 RILEM(국제 건설 재료, 시스템 및 구조 전문가 연합)에서 권장합니다.[73]
  • 자동차 도로의 많은 다리와 토목 공사.
  • 인터체인지 로버트 부라사 – 샤레스트(퀘벡 시: 인터체인지 오토루트 740 – 440)는 2010년에 철거되었습니다.[4]
  • 젠틸리 2 원자력 발전소.
  • 오타와에 있는 캐나다 국립 갤러리의 건물.

프랑스.

  • 1951년에 건설되어 2011년에 교체된 브르타뉴의 이전 Térénez 다리.

독일.

뉴질랜드

영국

미국

참고 항목

참고문헌

  1. ^ FHWA (2010-06-22). "Alkali-Silica Reactivity (ASR) – Concrete – Pavements – FHWA". Alkali-Silica Reactivity (ASR) Development and Deployment Program. Archived from the original on 8 August 2010. Retrieved 2010-07-28.
  2. ^ Faridazar, Fred (2009-02-10). "Techbrief: Selecting candidate structures for lithium treatment: What to provide the petrographer along with concrete specimens, FHWA-HRT-06-069 – Pavements – FHWA". FHWA-HRT-06-069. Retrieved 2010-07-28.
  3. ^ Albinski, Solène Anne-Lise (2022). Concrete cancer: Characterization of Alkali Silica Reaction early stage products by electron microscopy (PhD thesis). Lausanne, EPFL. p. 171. doi:10.5075/EPFL-THESIS-8638. Retrieved 2023-09-05.
  4. ^ a b 포니에, B., 산체스, L., & 보체민, S. (2015) 조사 결과 알칼리스-과립라츠 단슬레 인프라스트럭처 엔베톤. 라포 파이널, Ministerère des transport du Québec, Service des matériaux d'인프라, Sectur Béton decimition, ao û트 (Vol. 2015, p. 293).
  5. ^ "Alkali–silica reaction in concrete". Understanding Cement. Archived from the original on 10 August 2007. Retrieved 2007-08-11.
  6. ^ "Merafield Bridge in Plympton demolished". BBC News. Retrieved 2016-05-16.
  7. ^ Stanton, T.E. (1940). "Expansion of concrete through reaction between cement and aggregate". Engineering News-Record. No. SP-249-1.
  8. ^ Wigum, B.J.; Pedersen, L.T.; Grelk, B.; Lindgard, J. (2006). State-of-the art report: Key parameters influencing the alkali aggregate reaction. SBF52 A06018 — Unrestricted Report. 134 pp (PDF). Norway, Trondheim: SINTEF Building and Infrastructure. ISBN 82-14-04078-7. Archived from the original (PDF) on October 28, 2020.
  9. ^ Prezzi, Monica; Monteiro, Paulo J.M.; Sposito, Garrison (1997). "The alkali–silica reaction: Part I. Use of the double-layer theory to explain the behavior of reaction-product gels". ACI Materials Journal. 94 (1): 10–17. ISSN 0889-325X.
  10. ^ a b Davies, G.; Oberholster, R. E. (1988-07-01). "Alkali-silica reaction products and their development". Cement and Concrete Research. 18 (4): 621–635. doi:10.1016/0008-8846(88)90055-5. ISSN 0008-8846. Retrieved 2020-10-31.
  11. ^ a b Wang, H.; Gillott, J. E. (1991-07-01). "Mechanism of alkali-silica reaction and the significance of calcium hydroxide". Cement and Concrete Research. 21 (4): 647–654. doi:10.1016/0008-8846(91)90115-X. ISSN 0008-8846.
  12. ^ Samari, Mohammad; Ridha, Firas; Manovic, Vasilije; Macchi, Arturo; Anthony, E. J. (2019). "Direct capture of carbon dioxide from air via lime-based sorbents". Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. 25: 25–41. doi:10.1007/s11027-019-9845-0. ISSN 1381-2386.
  13. ^ Ševčík, Radek; Mácová, Petra; Sotiriadis, Konstantinos; Pérez-Estébanez, Marta; Viani, Alberto; Šašek, Petr (2016). "Micro-Raman spectroscopy investigation of the carbonation reaction in a lime paste produced with a traditional technology". Journal of Raman Spectroscopy. 47 (12): 1452–1457. Bibcode:2016JRSp...47.1452S. doi:10.1002/jrs.4929. ISSN 0377-0486.
  14. ^ Adriani, J.; Byrd, M. L. (1941). "A study of carbon dioxide absorption appliances for anesthesia: The canister". Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists. 2 (4): 450–455.
  15. ^ Freeman, Brian S.; Berger, Jeffrey S. (2014). Anesthesiology Core Review: Part One Basic Exam. Chapter 17: Absorption of Carbon Dioxide. McGraw-Hill Education. Retrieved 22 April 2020 – via Access Medicine.
  16. ^ Verbeck, G. (1958). "Carbonation of hydrated Portland Cement". STP205-EB Cement and Concrete (West Conshohocken, PA: ASTM International: 17–36. doi:10.1520/STP39460S. ISBN 978-0-8031-5667-8.
  17. ^ Fournier, B., & Bérubé, M. A. (2000). 구체적인 알칼리 골재 반응: 기본 개념과 공학적 함의 검토. 캐나다 토목 공학 저널, 27(2), 167-191. 168쪽의 화학식을 참고하세요.
  18. ^ Bérubé, M. A., Smaoui, N., Bissonnette, B., & Fournier, B. (2005). 외부 '평가 등 거부 반응'은 RAS(Redéactions alcalis-silice)를 손상시킵니다. 에투데 레체르센 교통, Ministère des Transports du Québec. 3-4쪽에 있는 화학식을 참조하세요.
  19. ^ Ichikawa, T.; Miura, M. (2007). "Modified model of alkali-silica reaction". Cement and Concrete Research. 37 (9): 1291–1297. doi:10.1016/j.cemconres.2007.06.008.
  20. ^ "Structural Effects of ASR on Concrete Structures FPrimeC Solutions". FPrimeC Solutions. 2016-10-28. Retrieved 2017-01-11.
  21. ^ 스위미, R.N., & Al-Asali, M.M. (1986) 알칼리-실리카 반응이 콘크리트 공학적 특성에 미치는 영향 ASTM 인터내셔널. 결론 85쪽, 2번 지점을 참조하세요.
  22. ^ Vance H. Dodson, ed. (1986). Alkalies in concrete: a symposium. ASTM International. ISBN 978-0-8031-0498-3.
  23. ^ a b Ahmed, T. M. A.; Burley, E.; Rigden, S. R. (1999-12-01). "The effect of alkali-silica reaction on the fatigue behaviour of plain concrete tested in compression, indirect tension and flexure". Magazine of Concrete Research. 51 (6): 375–390. doi:10.1680/macr.1999.51.6.375. ISSN 0024-9831. Retrieved 2023-03-25.
  24. ^ Ahmed, Tarig; Burley, Eldon; Rigden, Stephen; Abu-Tair, Abid I. (2003-03-01). "The effect of alkali reactivity on the mechanical properties of concrete". Construction and Building Materials. 17 (2): 123–144. doi:10.1016/S0950-0618(02)00009-0. ISSN 0950-0618. Retrieved 2023-03-25.
  25. ^ Funk, Hanspeter (1975). "The origin of authigenic quartz in the Helvetic Siliceous Limestone (Helvetischer Kieselkalk), Switzerland". Sedimentology. 22 (2): 299–306. Bibcode:1975Sedim..22..299F. doi:10.1111/j.1365-3091.1975.tb00296.x.
  26. ^ Monnin, Y.; Dégrugilliers P.; Bulteel D.; Garcia-Diaz E. (2006). "Petrography study of two siliceous limestones submitted to alkali-silica reaction". Cement and Concrete Research. 36 (8): 1460–1466. doi:10.1016/j.cemconres.2006.03.025. ISSN 0008-8846.
  27. ^ Ramlochan, Terrence; Michael Thomas; Karen A. Gruber (2000). "The effect of metakaolin on alkali-silica reaction in concrete". Cement and Concrete Research. 30 (3): 339–344. doi:10.1016/S0008-8846(99)00261-6. ISSN 0008-8846.
  28. ^ "Publication Details for Alkali-Aggregate Reactivity (AAR) Facts Book - Pavements - FHWA". dot.gov.
  29. ^ Jóźwiak-Niedźwiedzka, Daria; Gibas, Karolina; Brandt, Andrzej M.; Glinicki, Michał A.; Dąbrowski, Mariusz; Denis, Piotr (2015). "Mineral composition of heavy aggregates for nuclear shielding concrete in relation to alkali-silica reaction". Procedia Engineering. 108: 162–169. doi:10.1016/j.proeng.2015.06.132. ISSN 1877-7058.
  30. ^ Jóźwiak-Niedźwiedzka, Daria; Glinicki, Michał A.; Gibas, Glinicki (2016). "Potential for alkali–silica reaction in radiation shielding concrete containing special aggregates". Proceedings of the 5th International Conference on the Durability of Concrete Structures. 5th International Conference on the Durability of Concrete Structures. Purdue University Press. doi:10.5703/1288284316137. ISBN 978-1-62671-065-8. Retrieved 2021-06-14.
  31. ^ Jóźwiak-Niedźwiedzka, Daria; Glinicki, Michał; Gibas, Karolina; Baran, Tomasz (2018). "Alkali-silica reactivity of high density aggregates for radiation shielding concrete". Materials. 11 (11): 2284. Bibcode:2018Mate...11.2284J. doi:10.3390/ma11112284. ISSN 1996-1944. PMC 6265780. PMID 30445670.
  32. ^ Fedele, L.; Todesca, R.; Boni, M. (2003). "Barite-silica mineralization at the inter-Ordovician unconformity in southwestern Sardinia (Italy): a fluid inclusion study". Mineralogy and Petrology. 77 (3–4): 197–213. Bibcode:2003MinPe..77..197F. doi:10.1007/s00710-002-0200-9. ISSN 0930-0708. S2CID 129874363.
  33. ^ Jóźwiak-Niedźwiedzka, Daria; Brandt, Andrzej; Gibas, Karolina; Denis, Piotr (2014). "The alkali-aggregate reaction hazard in the case of barite concretes". Cement, Wapno, Beton. 19: 234–242.
  34. ^ Jówiak-Niedźwiedzka, D.; Brandt, Andrzej; Gibas, Karolina; Denis, Piotr (2014). Influence of barite composition on potential alkali aggregate reaction in radiation-shielding concrete. 2nd Conference on Technological Innovations in Nuclear Civil Engineering TINCE 2014, Paris, 1st to 4th September 2014. Vol. 2014. Paris. pp. 234–242.
  35. ^ Carlson, L.; Schwertmann, U. (1981). "Natural ferrihydrites in surface deposits from Finland and their association with silica". Geochimica et Cosmochimica Acta. 45 (3): 421–429. Bibcode:1981GeCoA..45..421C. doi:10.1016/0016-7037(81)90250-7. ISSN 0016-7037.
  36. ^ Taylor, P. (1995). Interactions of silica with iron oxides: Effects on oxide transformations and sorption properties. Atomic Energy of Canada Ltd. (AECL). Retrieved 2021-06-16.
  37. ^ Jordan, Norbert; Marmier, Nicolas; Lomenech, Claire; Giffaut, Eric; Ehrhardt, Jean-Jacques (2007). "Sorption of silicates on goethite, hematite, and magnetite: Experiments and modelling". Journal of Colloid and Interface Science. 312 (2): 224–229. Bibcode:2007JCIS..312..224J. doi:10.1016/j.jcis.2007.03.053. ISSN 0021-9797. PMID 17467724.
  38. ^ Rosseel, Thomas M.; Maruyama, Ippei; Le Pape, Yann; Kontani, Osamu; Giorla, Alain B.; Remec, Igor; Wall, James J.; Sircar, Madhumita; Andrade, Carmen; Ordonez, Manuel (2016). "Review of the current state of knowledge on the effects of radiation on concrete". Journal of Advanced Concrete Technology. 14 (7): 368–383. doi:10.3151/jact.14.368. ISSN 1346-8014.
  39. ^ Field, K.G.; Remec, I.; Pape, Y. Le (2015). "Radiation effects in concrete for nuclear power plants – Part I: Quantification of radiation exposure and radiation effects". Nuclear Engineering and Design. 282: 126–143. doi:10.1016/j.nucengdes.2014.10.003. ISSN 0029-5493.
  40. ^ EN 197-1 유럽 표준. 시멘트 – Part 1: 일반 시멘트의 조성, 규격 및 적합성 기준.
  41. ^ NBN EN 206:2013+A1:2016 콘크리트 – 사양, 성능, 생산 및 적합성 발행일 : 2016년 11월
  42. ^ NBN B 15-001:2018. 콘크리트 – 규격, 성능, 생산 및 적합성 – 벨기에 국가보충서 to NBN EN 206:2013+A1:2016. 발간일: 2018.07
  43. ^ Oberholster, R. E.; Davies, G. (1986). "An accelerated method for testing the potential alkali reactivity of siliceous aggregates". Cement and Concrete Research. 16 (2): 181–189. doi:10.1016/0008-8846(86)90134-1. ISSN 0008-8846. Retrieved 2020-10-25.
  44. ^ 스콧, J.F., 더건, C.R., (1986) 알칼리 골재 반응성에 대한 잠재적인 새로운 테스트, Roe. 7th Intl. 컨프. 알카리 골재 반응에 대하여, 오타와 캐나다, Ed. P.E. Gratan-Bellew, Noes publ., N.J., 미국, 319-323.
  45. ^ 더건 C.R., 스콧 J.F. (1987) 제안된 알칼리 골재 반응성에 대한 새로운 테스트, 캐나다 국립 철도, 기술 연구 보고서, 캐나다 몬트리올, 1987년 4월 13일, 1989년 10월 31일 개정.
  46. ^ 더건 C.R.와 스콧 J.F. (1989a) 1989년 9월 ASTM 소위원회 C09.02.02에 제시된 콘크리트의 잠재적인 유해 팽창 검출을 위한 제안된 시험 방법에 대한 새로운 허용 거부 한계의 설정.
  47. ^ 더건 C.R.와 스콧 J.F. (1989b). 콘크리트의 유해한 확장을 위한 새로운 테스트, 8th Intl. 컨프. 알카리-골재 반응에 대하여, 일본 교토, 403408
  48. ^ a b 데이, R. L. (1992) 2차 에트링가이트 형성이 콘크리트의 내구성에 미치는 영향: 문헌 분석(번호 RD108T). 주로 7장: 2차 에트링가이트 형성을 위한 신속한 테스트 방법을 참조하십시오. PDF 파일의 81-95쪽(하드카피의 69-83쪽). Cement.org 사이트에서 오픈 액세스로 이용할 수 있습니다.
  49. ^ Grattan-Bellew, P.E.; G. Cybanski; B. Fournier; L. Mitchell (2003). "Proposed universal accelerated test for alkali-aggregate reaction: the concrete microbar test". Cement Concrete and Aggregates. 25 (2): 29–34.
  50. ^ A23.1-14/A23.2-14 콘크리트 시공재료 및 방법 / 콘크리트 시험방법 및 표준실무 CSA Group에서 2014년 발간, 690페이지.
  51. ^ LCPC/IFSTTAR (1997) Alcali-reaction dubbéton. 레시두를레 수르베톤 뒤르시의 확장입니다. 프로젯 데 메토데사이 LCP 44. 페브리에 1997. 15pp. 메소드DEssai-LCPC-ME44.pdf. https://www.ifsttar.fr/fileadmin/user_upload/editions/lcpc/MethodeDEssai/MethodeDEssai-LCPC-ME44.pdf
  52. ^ "Adelaide Festival Plaza redevelopment".
  53. ^ "Manly Daily News Local Newspaper Daily Telegraph Manly Daily Daily Telegraph".
  54. ^ 애들레이드 광고주 Anna Vlach, "팻 브리지 로드 공포", 2007년 8월 8일 9페이지
  55. ^ 제인 휘트포드 가디언 메신저 2011년 12월 14일
  56. ^ "1939 - Manly Surf Pavilion". Royal Australian Institute of Architects. 5 August 2005. Archived from the original on 4 September 2006. Retrieved 13 June 2022.
  57. ^ "ASR first recognised in Belgium civil engineering structures—Service Public Wallon: Direction de l'expertise des ouvrages" (PDF). 2010-09-15.
  58. ^ 2013년 9월, ONDRAF/NIRAS의 http://www.ondraf.be/, 웹사이트는 ASR의 영향을 받거나 잠재적으로 영향을 받을 수 있는 10,000 LILW 드럼의 Dessel의 벨고프로세스 중간 저장 사이트에서의 발견을 발표했습니다.
  59. ^ "MONA website: Conditioned radioactive waste affected by ASR in Belgium — Gelvaten niet geschikt voor berging" (PDF). 2014-03-01.[영구적 데드링크]
  60. ^ "STORA website: Conditioned radioactive waste affected by ASR in Belgium — Gelvaten problematiek".
  61. ^ "STORA website: Conditioned radioactive waste affected by ASR in Belgium — Nieuw opslaggebouw voor gelvaten". 2014-09-26.
  62. ^ "STORA website: Conditioned radioactive waste affected by ASR in Belgium — Nieuw opslaggebouw voor gelvaten klaar in 2019". 2016-09-29.
  63. ^ "NIRAS magazine June 2016: Conditioned radioactive waste affected by ASR in Belgium — Nieuw hoogtechnologisch opslaggebouw voor vaten met gelvorming, pp. 20-21" (PDF). 2016-06-01.
  64. ^ Minon, Jean-Paul; Van Laer, Wim (26 September 2014). "Plan d'actions pour la gestion sûre des fûts présentant du gel ONDRAF" [Action plan for the safe management of drums with silicagel ONDRAF]. ondraf.be (in French). Retrieved 20 April 2023. Drums exhibiting silicagel do not currently meet the requirements for surface storage. A new storage building is a logistical solution to the problem of gel drums. We will gradually examine how the waste can be treated for a safe long-term management solution.
  65. ^ FANC (2020-10-01). "Kingdom of Belgium. National report – Seventh meeting of the contracting parties to the joint convention on the safety of spent fuel management and on the safety of radioactive waste management. Federal Agency for Nuclear Control (FANC), Belgium" (PDF). jc-rapport-be-2020-public.pdf. IAEA Joint Convention. See pp. 15–20. Vienna: IAEA. p. 144. Retrieved 2023-04-20.
  66. ^ Courtois, Nicolas; Cau-Dit-Coumes, Céline; Poulesquen, Arnaud; Haas, Jeremy; Ben Hadj Hassine, Seifallah; Bulteel, David (2022-05-04). Study of alkali-silica reaction occurring in cemented waste packages based on simplified model and concrete medium approaches. cea-03667888. NUWCEM 2022 – International Symposium on Cement-Based Materials for Nuclear Wastes – 2022, May 4–6. Avignon (France). p. 9. Retrieved 2023-04-20.
  67. ^ Courtois, Nicolas; Cau-Dit-Coumes, Céline; Gaveau, Philippe; Poulesquen, Arnaud; Haas, Jeremy; Ben Hadj Hassine, Seifallah; Bulteel, David (2022-05-31). Quantification of the extent of alkali-silica reaction occurring in cemented waste packages based on simplified model systems. 16th ICAAR 2022 – 16th International Conference on Alkali Aggregate Reaction in Concrete. 31 May – 02 June 2022. Lisboa, LNEC, Portugal. p. 10. Retrieved 2023-04-20.
  68. ^ a b Rogers, C., Grattan-Bellew, P.E., Hooton, R.D., Ryell, J., & Thomas, M.D. (2000) 온타리오의 알칼리 응집 반응. 캐나다 토목학회지, 27(2), 246-260
  69. ^ Fournier, B., & Bérubé, M. A. (2000). 구체적인 알칼리 골재 반응: 기본 개념과 공학적 함의 검토. 캐나다 토목 공학 저널, 27(2), 167-191.
  70. ^ Bérubé, M. A., Smaoui, N., Bissonnette, B., & Fournier, B. (2005). 외부 '평가 등 거부 반응'은 RAS(Redéactions alcalis-silice)를 손상시킵니다. 에투데 레체르센 교통, Ministère des Transports du Québec.
  71. ^ Du, Chongjiang (2010). "HRW-Hydro Review Worldwide: Dealing with alkali-aggregate reaction in hydraulic structures".
  72. ^ 온타리오의 석회암 산업, 2권 온타리오 지질조사. 공학 및 지형 지질학 섹션 온타리오, 천연자원부, 1989 – 석회암 – 196페이지
  73. ^ Nixon, J. P., & Sims, I. (Eds. 2016). 새로운 콘크리트 구조물에서 알칼리 골재 반응에 의한 손상 방지에 대한 RILEM 권고 도르드레흐트: 스프링어.
  74. ^ "Fairfield Bridge". Hamilton City Libraries. Archived from the original on 2010-05-20. Retrieved 2009-10-23.
  75. ^ "Keybridge House, London - Building #1458". www.skyscrapernews.com.
  76. ^ 로라 켐프 (2007년 7월 8일) "밀레니엄 경기장이 콘크리트 암으로 고통 받고 있음을 밝힐 수 있습니다." 일요일 웨일즈.
  77. ^ "A38 Merafield Bridge replacement". www.highways.gov.uk. 27 August 2014. Archived from the original on 21 May 2016. Retrieved 16 May 2016.
  78. ^ "Merafield Bridge in Plympton demolished". BBC News. 16 May 2016. Retrieved 14 August 2017.
  79. ^ "Pebble Mill Studios". BUFVC. BUFC. Retrieved 27 March 2018.
  80. ^ Warner, Brian (26 March 1992). "UK: Eight contractors prepare bids for £22m Royal Devon and Exeter Hospital redevelopment contract". Construction News.
  81. ^ "The Royal Devon and Exeter Hospital". Exeter Memories. 7 January 2014.
  82. ^ "Tennessee Valley Authority (TVA) to take a slice out of Chickamauga Dam". www.chattanoogan.com. 9 November 2020. Retrieved 2020-11-10.
  83. ^ "A new Royals stadium will be expensive. Fixing a crumbling Kauffman Stadium will be too". www.kcur.org. 9 November 2023.
  84. ^ Report DSO-2014-03: Seminoe dam – 정량적 방법에 의한 콘크리트 평가 – 석유파손 등급 지수.

더보기

  • Sims, Ian; Poole, Alan B. (2017-08-01). Alkali-aggregate reaction in concrete: A world review. CRC Press. ISBN 978-1-317-48441-7.

외부 링크