Investigaciones sobre productos de reacción álcali-sílice mediante espectroscopia Raman
DOI:
https://doi.org/10.3989/mc.2022.15621Palabras clave:
Reacción álcali-sílice (RAS), Gel de reacción álcali-sílice (gel RAS), Espectroscopía Raman, Espectroscopía de RMN de 29Si, HormigónResumen
La reacción álcali-sílice (RAS) sigue siendo un reto importante para la durabilidad de las estructuras de hormigón. El mecanismo de reacción de la RAS aún no está suficientemente aclarado debido a la dificultad para caracterizar la estructura del gel de reacción álcali-sílice (gel RAS) en el hormigón. Se sintetizaron geles de RAS con diferentes composiciones, es decir, con proporciones molares de Na/Si y Ca/Si, y se analizaron mediante espectroscopia Raman y se validaron comparando los resultados con mediciones espectroscópicas de RMN de 29Si. Los resultados muestran que las relaciones Na/Si más elevadas aumentan el número de oxígenos no puente en la estructura del gel, lo que conduce a una disminución del grado de reticulación. Al aumentar el contenido de calcio del gel de sílice sódico-cálcico, la estructura se asemeja más a la de las fases C-S-H. La espectroscopia Raman es un método prometedor para caracterizar los geles sintéticos de RAS y proporciona nueva información sobre el efecto de los álcalis en la estructura del gel.
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Leemann, A. (2017) Raman microscopy of alkali-silica reaction (ASR) products formed in concrete. Cem. Concr. Res. 102, 41-47. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2017.08.014
Leemann, A.; Shi, Z.; Lindgård, J. (2020) Characterization of amorphous and crystalline ASR products formed in concrete aggregates. Cem. Concr. Res. 137, 106190. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106190
Dähn, R.; Arakcheeva, A.; Schaub, P.; Pattison, P.; Chapuis, G.; Grolimund, D.; Wieland, E.; Leemann, A. (2016) Application of micro X-ray diffraction to investigate the reaction products formed by the alkali-silica reaction in concrete structures. Cem. Concr. Res. 79, 49-56. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.07.012
Geng, G.; Shi, Z.; Leemann, A.; Borca, C.; Huthwelker, T.; Glazyrin, K.; Pekov, I.V.; Churakov, S.; Lothenbach, B.; Dähn, R.; Wieland, E. (2020) Atomistic structure of alkali-silica reaction products refined from X-ray diffraction and micro X-ray absorption data. Cem. Concr. Res. 129, 105958. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105958
Shi, Z.; Geng, G.; Leemann, A.; Lothenbach, B. (2019) Synthesis, characterization, and water uptake property of alkali-silica reaction products. Cem. Concr. Res. 121, 58-71. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.04.009
Shi, Z.; Leemann, A.; Rentsch, D.; Lothenbach, B. (2020) Synthesis of alkali-silica reaction product structurally identical to that formed in field concrete. Mater. Des. 190, 108562. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108562
Leemann, A.; Shi, Z.; Wyrzykowski, M.; Winnefeld, F. (2020) Moisture stability of crystalline alkali-silica reaction products formed in concrete exposed to natural environment. Mater. Des. [195], 109066. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109066
Hou, X.; Kirkpatrick, R.J.; Struble, L.J.; Monteiro, P.J.M. (2005) Structural investigations of alkali silicate gels. J. Am. Ceram. Soc. 88 [4], 943-949. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2005.00145.x
Hou, X.; Struble, L.J.; Kirkpatrick, R.J. (2004) Kanemite as a model for asr gel. 12. International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete. Beijing, China, 115-123.
Kirkpatrick, R.J.; Kalinichev, A.G.; Hou, X.; Struble, L. (2005) Experimental and molecular dynamics modeling studies of interlayer swelling: water incorporation in kanemite and ASR gel. Mater. Struct. 38, 449-458. https://doi.org/10.1007/BF02482141
Mansfeld, T. (2008) The swelling behaviour of alkali silicate gels considering their composition. Bauhaus-Universität Weimar, Dissertation.
Balachandran, C.; Muñoz, J.F.; Arnold, T. (2017) Characterization of alkali silica reaction gels using Raman spectroscopy. Cem. Concr. Res. 92, 66-74. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2016.11.018
Ling, T.C.; Balachandran, C.; Muñoz, J.F.; Youtcheff, J. (2018) Chemical evolution of alkali-silicate reaction (ASR) products: a Raman spectroscopic investigation. Mater. Struct. 51, 23. https://link.springer.com/article/10.1617%2Fs11527-018-1151-x. https://doi.org/10.1617/s11527-018-1151-x
Drozdovskiy, I.; Ligeza, G.; Jahoda, P; Franke, M.; Lennert, P.; Vodnik, P.; Payler, S.J.; Kaliwoda, M.; Pozzobon, R.; Massironi, M.; Turchi, L.; Bessone, L.; Sauro, F. (2020) The PANGAEA Mineralogical Database. Data Br. 31, 105985. https://doi.org/10.1016/j.dib.2020.105985
PMid:32715037 PMCid:PMC7371743
Black, L. (2009) Raman spectroscopy of cementitious materials. In Spectrosc. Prop. Inorg. Organomet. Compd., J. Yarwood; Douthwaite, R.; Duckett, S. B.
Garbev, K.; Stemmermann, P.; Black, L.; Brenn, C.; Yarwood, J.; Gasharova, B. (2007) Structural features of C-S-H(I) and its carbonation in air-A Raman spectroscopic study. Part I: fresh phases. J. Am. Ceram. Soc. 90, 900-907. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01428.x
McMillan, P. (1984) Structural studies of silicate glasses and melts - applications and limitations of Raman spectroscopy. Am. Min. 69, 622-644.
Higl, J.; Köhler, M.; Lindén, M. (2016) Confocal Raman microscopy as a non-destructive tool to study microstructure of hydrating cementitious materials. Cem. Concr. Res. 88, 136-143. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2016.07.005
Black, L.; Breen, C.; Yarwood, J.; Garbev, K.; Stemmermann, P.; Gasharova, B. (2007) Structural features of C-S-H(I) and its carbonation in air-A Raman spectroscopic study. Part II: carbonated phases. J. Am. Ceram. Soc. 90, 908-917. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2006.01429.x
Hurai, V.; Huraiová, M.; Slobodník, M.; Thomas, R. (2015) Geofluids, 1st Edition, Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803241-1.00001-0
Ortaboy, S.; Li, J.; Geng, G; Myers, R.J.; Monteiro, P.J.M.; Maboudian, R.; Carraro, C. (2017) Effects of CO2 and temperature on the structure and chemistry of C-(A-)S-H investigated by Raman spectroscopy. RSC Adv. 7 [77], 48925-48933. https://doi.org/10.1039/C7RA07266J
Tambelli, C.E.; Schneider, J.F.; Hasparyk, N.P.; Monteiro, P.J.M. (2006) Study of the structure of alkali-silica reaction gel by high-resolution NMR spectroscopy. J. Non. Cryst. Solids. 353 [32-35], 3429-3436. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2006.03.112
Walkley, B.; Provis, J.L. (2019) Solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy of cements. Mater. Today Adv. 1, 100007. https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2019.100007
Dedecek, J.; Balgová, V.; Pashkova, V.; Klein, P.; Wichterlová, B. (2012) Synthesis of ZSM-5 Zeolites with defined distribution of al atoms in the framework and multinuclear MAS NMR analysis of the control of Al distribution. Chem. Mater. 24 [16], 3231-3239. https://doi.org/10.1021/cm301629a
Huang, Y.; Jiang, Z.; Schwieger, W. (1998) A vibrational study of kanemite. Micropo. Mesopo. Mat. 26, 215-219. https://doi.org/10.1016/S1387-1811(98)00270-4
Kalampounias, A.G. (2011) IR and Raman spectroscopic studies of sol-gel derived alkaline-earth silicate glasses. Bull. Mater. Sci. 34, 299-303. https://doi.org/10.1007/s12034-011-0064-x
Irbe, L.; Beddoe, R.E.; Heinz, D. (2019) The role of aluminium in C-A-S-H during sulfate attack on concrete. Cem. Concr. Res. 116, 71-80. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.11.012
Cong, X.D.; Kirkpatrick, R.J.; Diamond, S. (1993) 29Si MAS NMR spectroscopic investigation of alkali silica reaction product gels. Cem. Concr. Res. 23 [4], 811-823. https://doi.org/10.1016/0008-8846(93)90035-8
Leemann, A.; Le Saout, G.; Winnefeld, F.; Rentsch, D.; Lothenbach, B. (2011) Alkali-silica reaction: the influence of calcium on silica dissolution and the formation of reaction products. J. Am. Ceram. Soc. 94 [4], 1243-1249. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.04202.x
Hou, X.; Struble, L.J.; Kirkpatrick, R.J. (2004) Formation of ASR gel and the roles of C-S-H and portlandite. Cem. Concr. Res. 34 [9], 1683-1696. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.03.026
Lothenbach, B.; Nied, D.; L'Hôpital, E.; Achiedo, G.; Dauzéres, A. (2015) Magnesium and calcium silicate hydrates. Cem. Concr. Res. 77, 60-68. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.06.007
Myers, R.J.; Bernal, S.A.; Gehman, J.D.; van Deventer, J. S.J.; Provis, J.L. (2015) The role of Al in cross-linking of alkali-activated slag cements. J. Am. Ceram. Soc. 98 [3], 996-1004. https://doi.org/10.1111/jace.13360
Sevelsted, T.F; Skibsted, J. (2015) Carbonation of C-S-H and C-A-S-H samples studied by 13C, 27Al and 29Si MAS NMR spectroscopy. Cem. Concr. Res. 71, 56-65. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.01.019
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