Alkalicko-křemičitá reakce

Alkalicko-křemičitá reakce ( ASR, AKR) je dlouhodobá chemická reakce, která vede k porušení struktury a materiálových vlastností betonu. Jedná se o jeden z druhů alkalické reakce kameniva (ARK, AAR). Představuje reakci, během které se ve vysoce zásaditém prostředí cementové pasty rozpouštějí reaktivní formy oxidu křemičitého (SiO2) obsažené v kamenivu za tvorby bobtnajícího alkalického gelu a ta vede k porušení struktury betonu. Častým řešením těchto problémů může být i demolice stavby. Alkalicko-křemičitá reakce ovlivňuje zejména dopravní stavby, ty jsou totiž vystaveny stálému působení vody, vlhkosti a v zimním období také chemických rozmrazovacích látek (CHRL).

Historie

Alkalicko-křemičitou reakci poprvé pozoroval v 30. letech 20. +more století a následně popsal v roce 1940 Thomas E. Stanton ze California State Highway Division, která spravovala dálnice v Kalifornii. Poruchy betonových konstrukcí byly způsobeny alkáliemi obsaženými v cementu a použitím vulkanických skel v kamenivu. Až do 60. let se mělo za to, že je ASR problémem především ve Spojených státech, nicméně po zjištění mnohých případů i v Evropě a Japonsku se pokládá ASR za celosvětový problém. Od roku 1974 se pravidelně koná International conference on alkali-aggregate reaction (ICAAR) - Mezinárodní konference o alkalické reakci kameniva.

V Česku byly první případy řešeny až v 90. letech - zejména na betonových železničních pražcích a cementobetonových krytech dálnic (D11).

Popis reakce

Pro vznik reakce je nutná přítomnost tří složek: alkálií, vody a reaktivní siliky (nejčastěji v podobně amorfního křemíku). Voda je v betonu přítomna prakticky vždy, alkálie pocházejí buď z cementu nebo často se do betonu dostávají z vnějšího prostředí - například jako chlorid sodný - NaCl (posypová sůl). +more Amorfní křemík je součástí některých druhů kameniv (viz dále).

Průběh je následující - nejdříve dojde k rozpouštění reaktivní siliky (S*) ve vysoce alkalickém prostředí cementové pasty - pH dosahuje hodnot 11-13. Silika reaguje s alkáliemi a vznikají alkalicko-křemičité gely, které s vlhkostí zvyšují objem. +more Produkty ASR trhají reaktivní zrna kameniva, dochází ke vzniku trhlin, které se dále rozšiřují kvůli překročení tahové pevnosti betonu - v trhlinách může tah dosahovat až 10 MPa.

Reakce může být zapsána např. takto:

2 NaOH + H4SiO4 → Na2H2SiO4·2H2O

K reakci začíná logicky docházet v nejvlhčích částech konstrukce.

Reaktivita kameniva

Kamenivo lze rozdělit podle reaktivity: * střední reaktivita ** melafyr, pararula, ortorula, rohovec * vysoká reaktivita ** ryolit, porfyr, porfyrit, sopečné sklo, sopečný tuf, droba, rohovec, metadroba, křemenec, buližník

Písky a štěrkopísky mohou mít naprosto rozdílnou reaktivitu v závislosti na oblasti výskytu.

Projevy reakce

Síť trhlin typická pro ASR Reakce se začíná projevovat po 10 a více letech. +more Nejzřetelnějším projevem je systém trhlin - podélné trhliny (ve směru hlavních napětí) jsou navzájem protkány sítí drobnějších nepravidelných trhlinek („krokodýlí kůže“). Trhliny vznikají obvykle v reaktivních zrnech kameniva a následně se šíří betonem, který se rozpadá. Z trhlin může prýštit nažloutle zbarvený gel a na povrchu betonu se tvoří výkvěty CaCO3 a alkalicko-křemičitého gelu. V pokročilejších stádiích může dojít i k odlupování částí konstrukce, odprýskávání povrchu a posunům konstrukčních prvků.

Reaguje prakticky každý křemen, ale u krystalických forem křemene je reakce tak pomalá, že obvykle přesahuje běžnou dobu životnosti stavby. Obecně může být reakce mrychlá (v řádu několika let), ale i velmi pomalá (desetiletí).

Zkoušení

Nejdůležitější pro vyloučení alkalické reaktivity kameniva je detailní geologicko-petrografický rozbor ložisek kameniva. Dále se vzorky kameniva testují na zkušebních betonových tělesech dilatometrickou zkouškou, kdy se sleduje rozpínání těles. +more Malé rozpínání je vyhodnoceno jako bezpečné, americká norma ASTM 1260 C94 a česká TP 137 uvádějí hranice pro stanovení bezpečnosti kameniva: * relativní expanze do 0,1 % - kamenivo je neškodné * relativní expanze nad 0,2 % - kamenivo je nebezpečné.

Přítomnost alkalicko-křemičitého gelu může být také vyšetřena uranyl-acetátovou metodou - postižené plochy po kontaktu s uranyl-acetátem zeleně světélkují.

Opatření

Opatření můžeme rozdělit na ty, kterými se snažíme ASR zamezit ještě před dobou výstavby a na ty, které omezují dopad reakce po jejím vzniku.

Během výstavby: * správný výběr kameniva * použití směsných cementů * použití nízkoalkalických cementů (obsah Na2O do 0,6 %) * použití příměsí - popílek, metakaolin, mikrosilika * neznečištěná záměsová voda * přidání sloučenin lithia - sice vzniká lithný gel, ten ale neexpanduje

Po vzniku reakce: * udržení betonu v suchém stavu (nemožné) * nanášet lithné postřiky (nepronikají ale do hloubky)

Obecně je vždy nutné zvážit ekonomickou stránku opatření - není možné zakázat reaktivní kamenivo či přikázat nízkoalkalické cementy, náklady na výrobu betonu by pak byly značné. Nejlevněji vychází použití příměsí s pucolánovou aktivitou. +more Je paradoxní, že tyto příměsi obsahují reaktivní siliku - k reakci dojde, ale účinek alkálií se rozptýlí rovnoměrně a oslabí se tak reakční potenciál velkých zrn.

Předpisy

V českém prostředí kontrolu kameniva pro vyloučení alkalicko-křemičité reakce vyžadují technické podmínky Ministerstva dopravy TP 137 - Vyloučení alkalické reakce kameniva v betonu na stavbách pozemních komunikací. Tyto technické podmínky vycházejí ze standardu ASTM 1260 C94.

Odkazy

Reference

Literatura

Související články

Beton * Alkalická reakce kameniva * Alkalicko-uhličitanová reakce

Externí odkazy

[url=http://www. ebeton. +morecz/pojmy/alkalicko-kremicita-reakce-asr]Alkalicko-křemičitá reakce - eBeton[/url] * [url=http://www. cement. org/docs/default-source/fc_concrete_technology/is413-diagnosis-and-control-of-alkali-aggregate-reactions-in-concrete. pdf]KERKHOFF, Beatrix. FARNY, James A. Diagnosis and Control of Alkali-Aggregate Reactions in Concrete[/url].

Kategorie:Chemické reakce Kategorie:Beton Kategorie:Křemičitany