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碱-骨料反应中铝粉和粉煤灰的化学式

在碱-骨料反应(AAR)中,铝粉和粉煤灰的化学作用及关键化学式如下:

一、铝粉的化学作用

铝粉在混凝土中通常不直接参与碱-骨料反应,但其与碱性物质的反应可能间接影响反应环境:

反应式:
2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4]+3H2↑
铝粉与混凝土中的碱(如NaOH)反应生成氢气和偏铝酸钠,释放的氢气可能形成微小气泡,改善混凝土和易性,但过量会导致孔隙率增加,可能加剧碱-骨料反应产物的膨胀应力传递。

二、粉煤灰的化学作用

粉煤灰通过活性成分与碱反应,显著抑制碱-骨料反应:

活性SiO₂与碱反应:
2NaOH+SiO2+nH2O→Na2O⋅SiO2⋅(n+1)H2O
粉煤灰中的活性二氧化硅与碱反应生成低碱水化硅酸钙凝胶,减少游离碱含量,阻断碱-骨料反应的碱来源。

活性Al₂O₃与碱反应:
3Ca(OH)2+Al2O3+nH2O→3CaO⋅Al2O3⋅(n+3)H2O
高铝粉煤灰中的氧化铝与水泥水化产物氢氧化钙反应生成水化铝酸钙,进一步消耗碱并细化孔结构,降低碱-骨料反应风险。

粉煤灰的“稀释效应”:
粉煤灰等量取代水泥后,混凝土中碱总量减少(如掺30%粉煤灰可使有效碱含量降低20%-30%),直接降低碱-骨料反应的化学驱动力。

粉煤灰的“密实效应”:
粉煤灰微细颗粒(粒径0.1-10μm)填充水泥浆体空隙,使混凝土孔隙率降至10%以下,阻断水分和侵蚀性介质渗透,抑制碱-骨料反应产物的吸水膨胀。

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三、综合影响

粉煤灰的抑制效果:
掺25%-40%粉煤灰的混凝土在80℃、1mol/L NaOH溶液中浸泡14天后,膨胀率<0.02%(未掺时为0.15%),满足ASTM C1260标准要求。

铝粉的潜在风险:
若铝粉反应生成的气泡连通,可能形成渗水通道,加剧碱-骨料反应产物的膨胀破坏。因此,铝粉需严格控制掺量(通常<0.02%)并配合引气剂使用。