Diagnostyka i oceny uszkodzeń betonu spowodowanych reakcjami AAR – cz. I

Reakcja alkalia – krzemionka (ASR)

Reakcja pomiędzy wodorotlenkiem metali alkalicznych pochodzącym z cementu portlandzkiego i/lub innego źródła i niektórymi skałami krzemionkowymi lub minerałami takimi jak: opal, czert, mikrokrystaliczny kwarc i kwaśne szkliwo wulkaniczne, szkło z recyklingu itp., znajdujące się w niektórych kruszywach. Mogą powodować powstawanie produktu.

Wodorotlenek wapnia

Uwodnione lub „gaszone” wapno otrzymane przez obróbkę wapna palonego wodą, Ca(OH)₂. Portlandytem nazywa się również jeden z produktów uwodnienia krzemianów wapniowych (C₂S i C₃S) w cemencie portlandzkim.

Karbonatyzacja

Reakcja między dwutlenkiem węgla (CO₂) z atmosfery i zaczynem cementowym z betonu lub zaprawy. W reakcji wodorotlenek wapnia jest przekształcony w węglan wapnia (CaCO₃). W dłuższym okresie uwodniony żelowy krzemian wapniowy (CSH) może być również uwęglony.

Informacje ogólne

Diagnostyka uszkodzeń betonu w konstrukcjach wywołanych reakcją alkalia – kruszywa (AAR) często wymaga wyjaśnienia złożonych procesów z powodu podobieństwa zewnętrznego cech uszkodzeń, powodowanych przez inne czynniki, takie jak oddziaływanie np. mrozu. Aby dokonać rzetelnej analizy mającej na celu zidentyfikowanie, ocenę i ustalenia zakresu uszkodzeń, a także wykonania prognozy ich wpływu na strukturę betonu, konieczne jest dogłębne zrozumienie mechanizmów i procesów uszkodzeń wynikające z AAR. Efekty AAR muszą być uważane za część kompleksowych działań strukturalnych i „niestrukturalnych” prowadzących do pogorszenia jakości oraz do pękania i uszkodzenia betonu.

Podobnie jak wiele innych przyczyn uszkodzeń w betonie, diagnozy i prognozy uszkodzeń spowodowanych AAR opierają się w dużej mierze na osądzie i poziomie wiedzy eksperckiej zaangażowanego do tego celu personelu. Szeroka gama rodzajów kruszyw stosowanych w betonie na całym świecie, różna intensywność reaktywności i proporcje składników reaktywnych w stosowanych kruszywach i czynników, które wpływają na reakcję, utrudniają diagnozę. Często zdarza się, że eksperci nie zgadzają się co do diagnozy i prognozy uszkodzeń AAR w strukturach betonu.

Różnice w opiniach najczęściej wynikają z następujących przyczyn:

1. szerokiego zakresu i często niejednoznaczności metod wykorzystywanych do identyfikacji i szacowania uszkodzeń,
2. ograniczonej liczby wiarygodnych standardowych procedur lub metod do diagnozowania i prognozowania uszkodzeń,
3. zmienności źródeł kruszywa i betonu, często niedokładnie i nieprawidłowo przebadanych, powodujących powstanie AAR,
4. niezbyt częste zidentyfikowanie występowania AAR w betonach, co prowadzi do diagnozy, że reakcje AAR są problemem, nawet jeśli intensywność przebiegu tych reakcji nie jest wystarczająca do wywołania istotnych problemów destrukcyjnych w strukturze betonu.

Niniejszy artykuł przedstawia procedurę dot. diagnozy uszkodzeń AAR betonu w konstrukcjach. Wytyczne przedstawione w tym dokumencie opierają się na doświadczeniach, zaleceniach lub krajowych wytycznych kilku krajów na całym świecie, w których problem AAR jest dobrze zrozumiany i udokumentowany [1-10].

Reakcja alkalia – kruszywo

Definicja

Reakcja alkalia – kruszywo w betonie to grupa reakcji pomiędzy niektórymi rodzajami minerałów w kruszywach i alkalicznym roztworem porowym betonu. Alkalia w roztworze porowym pochodzą z hydratacji cementu, ale ich ilość może być zwiększona przez alkalia znajdujące się w niektórych kruszywach lub solach alkalicznych środowiska zewnętrznego [5]. Charakterystyczną konsekwencją AAR, przy obecności wystarczającej wilgotności, jest zmienne pęcznienie betonu. Może ono spowodować rozległe pękanie betonu, zwłaszcza jeśli nie zostały podjęte działania zapobiegające, prowadzące do różnych form uszkodzeń strukturalnych i problemów z jego trwałością.

Koszty utrzymania struktury betonowej zwykle rosną, a jej trwałość eksploatacyjna i okres użytkowania ulegają ograniczeniu. Od czasu udokumentowania pierwszego przypadku w stanie Kalifornia przez Stantona w 1940 r. [11] wiele innych przypadków udokumentowano na całym świecie w różnych strukturach betonu dotkniętych przez AAR. Obejmują one kilkaset głównych struktur, w tym: zapory, fundamenty, bloki podstacji elektrycznych, mosty, śluzy, parkingi, zbiorniki wodne, pomosty, wiadukty, budynki wielokondygnacyjne, oczyszczalnie ścieków oraz chodniki i konstrukcje autostrad.

Tradycyjnie wyróżnia się dwa rodzaje AAR:

• reakcja alkalia – krzemionka (ASR) i
• reakcja alkalia – węglany (ACR), występują rzadziej.