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信息检索大作业


碱集料反应作用下粉煤灰混凝土的寿命预测

材研 2522 柯杰

信息检索大作业

题目 碱集料反应作用下粉煤灰混凝土的寿命预测 导师 学生 学号 邮箱 电话 邓敏 柯杰 材研 2522 kejieabc@163.com 13182854249

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目录
第一部分 课题背景??????????????????????????????2 第二部分 检索策略??????????????????????????????2 第三部分 检索过程??????????????????????????????3
一.汇文及超星????????????????????????????????3 1.汇文图书查询系统 ????????????????????????????3 2.超星数据图书馆? ????????????????????????????3 二.中国期刊网检索??????????????????????????????4 三.重庆维普数据库??????????????????????????????5 四.工程索引(Ei)???????????????????????????????6 五.科学引文索引(SCI) ????????????????????????????9 六.美国化学文摘(CA) ????????????????????????????10 七.专利文献检索 ??????????????????????????????11 1.中国专利 ????????????????????????????????11 2.欧洲专利 ????????????????????????????????12 八.ProQuest 博士论文 ???????????????????????????13 九.网上资源 ????????????????????????????????13

第四部分 文献综述 ?????????????????????????????14
1 碱集料反应概述??????????????????????????????14 1.1 碱集料反应的定义和机理????????????????????????14 1.2 碱集料反应的预防措施?????????????????????????16 1.3 集料潜在碱活性的检测方法???????????????????????16 2 粉煤灰抑制 ASR ?????????????????????????????17 2.1 粉煤灰抑制 ASR 的意义????????????????????????17 2.2 粉煤灰抑制 ASR 的机理????????????????????????17 3 混凝土结构的寿命预测 ??????????????????????????18 3.1 寿命定义及其预测的意义 ???????????????????????18 3.2 现有的寿命预测模型 ?????????????????????????18 3.2.1 基于混凝土碳化深度的预测模型 ??????????????????19 3.2.2 基于氯离子扩散的预测模型 ????????????????????19 3.3 基于 AAR 的寿命预测?????????????????????????20 3.3.1 碱-集料反应寿命预测的必要性???????????????????20 3.3.2 碱-集料反应寿命预测模型?????????????????????21 3.4 对现有模型的认识 ??????????????????????????22 4 混凝土寿命预测方法展望 ?????????????????????????22 4.1 基于经验的预测方法??????????????????????????22 4.2 基于比较的预测方法??????????????????????????23 4.3 加速试验预测方法???????????????????????????23 4.4 数学模型预测方法???????????????????????????23 4.5 寿命预测的随机方法??????????????????????????23

参考文献???????????????????????????????????24 第五部分 个人感想 ?????????????????????????????26

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课题:碱集料反应作用下粉煤灰混凝土的寿命预测 第一部分:课题背景
随着混凝土技术的发展, 混凝土结构的耐久性受到人们广泛关注, 并成为建筑设计的重要指 标之一。混凝土结构的耐久性评估也愈来愈受到重视,已成为一个热门的重要的课题。碱集料反 应(Alkali-Aggregate Reaction,简称 AAR)作为影响混凝土结构耐久性的重要因素之一, 自从 1940 年美国首先发现并证实 AAR 对混凝土工程的破坏,在世界各地也相继出现各种工程 破坏的事例,AAR 已成为混凝土工程的全球性灾害问题,如何防止 AAR 对混凝土工程的破坏已 经在全世界范围内受到广泛重视。目前,抑制 AAR 的最主要和有效的手段包括低碱混凝土,大 掺量矿物掺和料和化学外加剂。 其中掺粉煤灰是技术上可行、 经济上合理的方法。 但还没有统一、 快速、有效的评价 AAR 抑制效果的手段和抑制方法。混凝土结构的使用寿命为混凝土工程耐久 性作出了定量的估计,也为评价 AAR 抑制效果提供了一个量化指标。 从经济性、安全性出发,必须保证建筑结构的安全使用期限。对混凝土的使用寿命作出准确 的评估将有助于实际工程指导。以碱-集料反应为“切入点”来预测混凝土结构的寿命的方法,对 于以碱-集料反应为主要影响因素的混凝土结构破坏事例具有更实用的意义。对混凝土碱集料反 应寿命预测可以对已建设的建筑物进行剩余寿命评估, 更重要的意义在于能够在新建筑物建设初 期, 根据所选原材料的性能对混凝土的性能作出定量化的估计, 为建筑耐久性设计提供明确的指 标和评估检测方法。 因此, 采用寿命预测的方法评估粉煤灰抑制 AAR 的长期有效性对于保证 AAR 作用下粉煤灰混凝土安全性具有重要意义。

第二部分:检索策略
碱集料反应依据有害矿物的种类不同,分为碱-硅酸反应(ASR)和碱-碳酸盐反应(ACR)。因 ACR 的破坏事例远不及 ASR 普遍,国际上对 ACR 的研究相当少。因此,对碱集料反应的研究 多集中在 ASR 上。在工程上,碱集料反应也经常称为碱骨料反应。 初步确定检索词: 中文检索词:碱集料反应(碱骨料反应,碱-集料反应,碱硅酸反应,碱-硅酸反应,碱-硅反 应);粉煤灰;寿命 英文检索词:alkali-aggregate reaction(AAR, alkali-silica reaction, ASR); fly ash; service life

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第三部分:检索过程
一、汇文及超星
1 汇文图书查询系统 首先从三次文献的书籍开始检索,以便全面了解课题。在汇文图书查询系统检索到 7 本关 于粉煤灰利用的书。4 本关于碱集料反应的,且都是英文书籍,除第 12 届碱集料反应的论文集 是 2004 年出版外,其它书籍的版本都较老。
《粉煤灰的试验研究及其工程应用》 《粉煤灰砌筑抹灰水泥的生产与应用》、 、 《粉煤灰利用技术》《粉 、 煤灰优质混凝土》《粉煤灰特性与粉煤灰混凝土》《粉煤灰房建材料的开发与应用》《粉煤灰利用手册》 、 、 、 [1] The Alkali-silica reaction in concrete R.N. Swamy. Blackie .1992.

[2] Alkalies in concrete : a symposium / sponsored by ASTM Committees C-9 on Concrete and Concrete Aggregates and C-1 on Cement, Los Angeles, Calif., 25 June 1985 . Vance H. Dodson, editor. Philadelphia, Pa. : ASTM, c1986. [3] Alkali-silica reaction in concrete D. W. Hobbs. London : Thomas Telford, c1988. [4] Alkali-silica reaction in concrete / edited by Tang Mingshu and Deng Min. beijing : World Publishing Corporation ; 2004

从书名可知主要集中在碱硅酸反应的研究上。 考虑到碱集料反应是影响混凝土结构耐久性的 重要因素之一,从混凝土结构耐久性为入口进行检索,共检索到 3 本, 《混凝土结构耐久性与寿命
预测》《混凝土结构耐久性》《混凝土结构耐久性概论》 、 、 ,都是 2002 年以后的书。可见耐久性的研

究在近几年研究非常活跃。

2 超星数据图书馆
在本地镜像和南大镜像检索,部分书在汇文图书查询系统已经查到,就不列出。
《粉煤灰混凝土》 现行建筑材料规范大全 2 中华人民共和国国家标准 粉煤灰混凝土应用技术规范 GBJ 146-90 现行建筑材料规范大全 2 中华人民共和国国家标准 于用水泥和混凝土中的粉煤灰 GB 1596-91 现行建筑材料规范大全 2 中华人民共和国城乡建设环境保护部部标准 粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术 规程 JGJ 28-86

尝试在 http://books.google.com/ 查询,由于网络原因,这段时间都上不去。这是一 个非常有用的检索方法。

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二 中国期刊网检索
期刊范围:全部期刊; 年限:1979-2006;高级检索 检索策略 1:摘要= (碱集料反应+碱-集料反应+碱骨料反应+碱-骨料反应+碱硅酸反应+碱硅酸反应+碱-硅反应)*粉煤灰 检索结果: 211 篇

结果太多,阅读摘要发现很多都是只有“碱”单独出现中,所以对于以-连接的词应该 用“”来进行精确检索。

检索策略 2: 摘要= (碱集料反应+"碱-集料反应"+碱骨料反应+"碱-骨料反应"+碱硅酸反应+" 碱-硅酸反应"+"碱-硅反应")*粉煤灰 检索结果: 75 篇
分别以关键词和篇名为检索项进行检索,检索结果分别为 175 篇和 13 篇。 进一步缩小检索范围。

检索策略 3: 摘要= (碱集料反应+"碱-集料反应"+碱骨料反应+"碱-骨料反应"+碱硅酸反应+" 碱-硅酸反应"+"碱-硅反应")*粉煤灰*寿命 检索结果: 1 篇

介绍 JFA 矿物减水剂,不相关。以关键词为检索项检索到 1 篇,关于耐久性研究 不 相关 但从读者推荐文章中有一篇关于桥梁硫酸盐侵蚀作用下寿命预测模型的文章, 对于本课题具有借鉴意义。基于 AAR 的混凝土寿命预测方面的中文文献几乎没有, 尝试以其它破坏因素作用下混凝土的寿命预测为突破口,借鉴他们的方法来预测 AAR 作用下的寿命,不失为一种好的方法。

检索策略 4:摘要= 混凝土*粉煤灰*寿命 检索结果: 34 篇。较多,相关度不高。分别以关键词和篇名为检索项检索到 26 篇和 1 篇, 这篇是关于粉煤灰混凝土的多因素寿命预测模型,相关度较高。

通过认真阅读上述检索到的相关度较高的文章发现,基于碱集料反应的粉煤灰混凝土 的寿命预测的中文文献几乎没有。目前,大部分研究是针对粉煤灰抑制 ASR 展开的,而 研究基于 AAR 的混凝土寿命预测必然建立在粉煤灰抑制 ASR 的机理的基础上。 因此该课 题应从两个大的方面去把握。 一是明确粉煤灰抑制 ASR 的机理, 二是评估粉煤灰抑制 AAR 的长期有效性,即研究基于 AAR 的混凝土的使用寿命。进一步明确检索词:

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1. 中文检索词:粉煤灰;碱硅酸反应(碱-硅酸反应,碱-硅反应;抑制(缓解);机理(机制) 英文检索词:fly ash; alkali-aggregate reaction(AAR, alkali-silica reaction, ASR); inhabit*(prevent* mechanism 2. 中文检索词:碱集料反应(碱骨料反应,碱-集料反应,碱硅酸反应,碱-硅酸反应,碱-硅反 应);寿命(寿命预测) 英文检索词: alkali-aggregate reaction(AAR, alkali-silica reaction, ASR); service life (service life prediction, predict service life) restrain* suppress* control* mitigate*);

中国期刊网再次检索
检索策略 1: 摘要= (碱硅酸反应+"碱-硅酸反应"+"碱-硅反应")*粉煤灰*(抑制+缓解) 检索结果: 15 篇

缩小检索范围

检索策略 2:摘要= (碱硅酸反应+"碱-硅酸反应"+"碱-硅反应")*粉煤灰*(抑制+缓解)*(机理 +机制) 检索结果: 4 篇 有 3 篇相关度较高

检索策略 3: 摘要= (碱集料反应+"碱-集料反应"+碱骨料反应+"碱-骨料反应"+碱硅酸反应+" 碱-硅酸反应"+"碱-硅反应")*(寿命+寿命预测) 检索结果: 23 篇 相关度不高 大部分是综述性文章

三 重庆维普数据库
期刊范围:全部期刊; 年限:1989-2006;高级检索 检索策略 1:(文摘=碱硅酸反应+""碱-硅酸反应""+""碱-硅反应"")*(文摘=粉煤灰))*(文摘= 抑制+缓解) 检索结果: 11 篇

缩小检索范围

检索策略 2:(文摘=碱硅酸反应+""碱-硅酸反应""+""碱-硅反应"")*(文摘=粉煤灰))*(文摘= 抑制+缓解))*(文摘=机理+机制) 检索结果: 3 篇 与中国期刊网查出的 4 篇中的相关度较高的 3 篇相同

总结
对中文数据库的检索发现,对于粉煤灰混凝土的 ASR 寿命的国内 文献较少。研究主要还集中在粉煤灰抑制 ASR 的机理实验研究上,对 于 ASR 寿命方面的文章还只停留在综述上,提出的一些寿命预测模型 主要针对海工混凝土的氯离子渗透、钢筋锈蚀以及碳化。因此外文数 据库的检索是一个重点。

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四 工程索引(Ei)
美国《工程索引》 (The Engineering Index,简称 Ei)是检索工程技术领域文献的最主要 工具书之一。进入 Ei Compendex web 界面,Ei 的检索分为 Easy search(简单检索)、Quick search( 快 速 检 索 ) 和 Expert search( 专 家 检 索 ) 。 这 里 选 择 Quick search , 检 索 项 : Subject/Abstract/Title 检索策略 1:("fly ash") AND ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR) 检索结果: 118 records 分析 Refine results:

主 要 的 研 究 者 和 研 究 机 构 有 加 拿 大 多 伦 多 大 学 土 木 工 程 系 (Department of Civil Engineering ,Univ Of Toronto)的 Thomas, Michael D. A.和 Shehata, Medhat H.,拉 瓦勒大学 (Universite Laval)d 的 Berube, M. A.及南京工业大学材料科学与工程学院(Coll. Of Mat. Sci. And Eng., Nanjing Univ. Of Technol)的唐明述(Tang, Mingshu)。 文 章 主 要 发 表 在 Cement and Concrete Research , Cement and Concrete

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Composites, ACI Materials Journal (American Concrete Institute), Cement, Concrete and Aggregates 及 Magazine of Concrete Research. 检索策略 2:("fly ash") AND ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR) AND mechanism 检索结果: 27 records 国内东南大学的钱春香和 Universite Laval 的 Berube, M. A.在机理 方面的研究较多。 检索策略 3:("fly ash") AND ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR) AND (inhabit* OR prevent* OR restrain* OR suppress* OR control* OR mitigate*) 检索结果:69 records 检索策略 4:("fly ash") AND ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR) AND (inhabit* OR prevent* OR restrain* OR suppress* OR control* OR mitigate*) AND mechanism 检索结果:15 records 检索策略 5:("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR) AND("service life" OR "service life prediction" OR "predict service life) 检索结果:32 records

仔细阅读后发现有 12 篇中的 AAR 和 ASR 表示的不是碱集料反应和碱硅酸 反应。在 Add a term 中加入 concrete 结果检索到 20 篇,跟上面分析的结 果一样。这 20 篇文章的相关度都不高,根据 Controlled Vocabulary 中 的 durability 出现频率最高,AAR 是影响耐久性的因素之一,所以可以以耐久 性寿命预测为切入点来检索。 检索策略 6:durability AND ("service life" OR "service life prediction" OR "predict service life”) AND concrete 检索结果: 298 records

检索结果太多,缩小检索范围。

检索策略 7:durability AND ("service life prediction" OR "predict service life”) AND concrete 检索结果: 24 records

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阅读文献发现,目前耐久性寿命预测主要集中在碳化和钢筋锈蚀两个方面, 且都是以建立模型的方法来预测寿命。所以以模型为检索词来检索以 AAR 为破 坏条件的寿命预测。

检索策略 8: ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)AND model AND concrete 检索结果: 69 records

虽然这 69 篇中有大部分是关于 AAR 的反应模型的,但对于了解 AAR 的机理, 从 而 为 建 立 AAR 寿 命 预 测 模 型 是 很 有 必 要 的 。 根 据 refine Results 的 Controlled Vocabulary 中 的 Mathematical Models 和 Reaction Kinetics 及 Classification Code 中的 Chemical Reactions 和 Numerical Methods,出现次数较多,且为该课题提供了方向。选中这几项再次进行检索。 检 索策 略 9: ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)AND model AND concrete AND (({mathematical models} OR {reaction kinetics}) WN CV) AND (({802.2} OR {921.6}) WN CL) 检索结果: 31 records 几乎占了刚才的 AAR model 的一半,可见,这种方法值得深入研究。从 refine results 发现 Controlled Vocabulary 中的 Finite Element Method 是 AAR 模型方面应用最多的 一种方法。进一步检索发现,有 10 篇文献是关于有限元方法的。

总结

对于需要获得原文的文献,点击链接,有的在本校的全文数据库可以检 索到。对于没有的,可以尝试用 www.scholar.google.com,或者检索通过 买了该数据库的同学获得原文。 检索结果显示, 关于该课题方面的文章主要发表在 CCR 上, 可在 Elsevier 中就收录有该期刊,所以可以获得全文,下次检索时主要关注该期刊的文章。 对于该方面的文章收录最多的还有 ACI,电子数据库没有,但在我校的期刊 室有该期刊。所以纸质版的资源,也是不可忽略的!

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五 科学引文索引(SCI)
SCI 网络版(Web of Science); DocType=All document types; Language=All languages; Database=SCI-EXPANDED; Timespan=1945-2006 Advanced search 检索策略 1 TS=((alkali-aggregate reaction OR AAR OR alkali-silica reaction OR ASR) AND (fly ash)) 检索结果 检索策略 2 67 results TS=((alkali-aggregate reaction OR AAR OR alkali-silica reaction OR ASR) AND (fly ash)AND(mechanism)) 检索结果 检索策略 3 8 results TS=((alkali-aggregate reaction OR AAR OR alkali-silica reaction OR ASR) AND (fly ash)AND(inhabit* OR prevent* OR restrain* OR suppress* OR control* OR mitigate*)) 检索结果 检索策略 4 41 results TS=((alkali-aggregate reaction OR AAR OR alkali-silica reaction OR ASR) AND (fly ash)AND(inhabit* OR prevent* OR restrain* OR suppress* OR control* OR mitigate*)AND (mechanism)) 检索结果 检索策略 5 7 results 都包含在上面的 8 篇里。 TS=((alkali-aggregate reaction OR AAR OR alkali-silica reaction OR ASR)AND(service life OR service life prediction OR predict service life)) 检索结果 检索策略 6 10 results 其中有两篇不是混凝土方面的 ASR,其余 8 篇值得认真阅读。 TS=(durability AND(service life OR service life prediction OR predict service life) AND concrete) 检索结果 检索策略 7 76 results TS=(durability AND(service life prediction OR predict service life) AND concrete 检索结果 检索策略 8 10 results 需要认真阅读 TS=((alkali-aggregate reaction OR AAR OR alkali-silica reaction OR ASR)AND model AND concrete) 检索结果 35 results

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分析
加拿大多伦多大学的 Thomas, MDA 在该方面的研究较多。此外,美国 和中国的研究也较深入。 期 刊 源 主 要 是 CEMENT AND CONCRETE RESEARCH , ACI MATERIALS JOURNAL 及 CEMENT CONCRETE AND AGGREGATES, 前两种期刊在我校的 Elservier 中数据库中可以检索到。从文章的发表年来 看,随着混凝土结构遭受 ASR 破坏事例越来越多,粉煤灰作为一种工业废渣 抑制 ASR 的研究越来越受到关注。

检索 Thomas, MDA 在该领域的引用次数最多的一篇文章,结果如下: Title: The effect of fly ash composition on the expansion of concrete due to alkali-silica reaction Author(s): Shehata MH, Thomas MDA Times Cited: 14 在 Find related records 中找到与该文献共享文献最多的一篇文章,仍然是 Thomas MDA 的文章, 可见 Thomas MDA 在该领域的研究较多。 而且这些文章都发表在 CEMENT AND CONCRETE RESEARCH 上,这是混凝土领域的重要期刊,在以后的检索过程中,可以主要检 索该期刊的文章。

六 美国化学文摘(CA)
美国《化学文摘》 (Chemical Abstracts,简称 CA)是当今世界上公认的化学化工领域 最具权威性的文摘性检索刊物。其中 CAS RN 对于具体化学物质来说,是最重要的检索途径。 但本课题中的粉煤灰不是具体的化学物质,所以选择字段名 Word 检索。 检索策略 1 (alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)and "fly ash" 检索策略 2 (alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)and "fly ash" and mechanism 检索策略 3 (alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)and "fly ash" and (inhabit* OR prevent* OR restrain* OR suppress* OR control* OR mitigate*) 检索策略 4 (alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)and "fly ash" and (inhabit* OR prevent* OR restrain* OR suppress* OR control* OR mitigate*)and mechanism

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检 索 策 略 5 ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)and("service life" OR "service life prediction" OR" predict service life") 检索策略 6 durability and ("service life" OR "service life prediction" OR "predict service life")and concrete 检索策略 7 durability and ("service life prediction" OR "predict service life") and concrete 检索策略 8 ("alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR) and model and concrete 检索结果如下表所示:
检索策略 10CI on CD with Abstract 11CI on CD with Abstract 12CI on CD with Abstract 13CI on CD with Abstract 14CI on CD with Abstract CA on CD 2002 CA on CD 2003 CA on CD 2004 CA on CD 2005 CA on CD 2006 1 4 10 24 14 34 7 11 14 5 4 2 0 1 0 2 2 0 1 0 0 0 3 1 1 9 10 11 5 6 6 2 1 4 0 1 0 2 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 0 0 2 2 0 6 0 5 4 8 6 9 10 18 14 7 7 0 1 0 1 1 1 1 2 2 1 8 0 1 5 12 8 6 3 5 4 0

分析

检 索结果显示,粉煤灰用来抑制 ASR 在 14CI on CD with Abstract
(1997-2001)研究最活跃。从前面 Ei 和 SCI 的检索结果知道,1999 年对该 方面的研究最多。 两者相一致。 通过阅读文献知道检索策略 8 说明在 13CI on CD with Abstract(1992-1996)主要对 ASR 的反应模型进行研究,而对于混凝 土的寿命预测模型主要集中在 2004 年得到发展,之后推动了 ASR 的寿命预测 模型的发展。

七 专利文献检索
1 中国专利 高级检索 检索策略 1:名称=碱硅酸反应+"碱-硅酸反应"+"碱-硅反应")*粉煤灰 检索结果:6 条发明专利,与 AAR 和 ASR 都不相关,说明不支持“-”。

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检索策略 2:名称 (碱硅酸反应+碱硅反应)*粉煤灰 检索结果:0 篇 摘要中检索结果仍为 0 篇 检索策略 3:名称=碱集料反应+碱硅酸反应+碱硅反应 检索结果:1 篇 有关抗碱集料反应水泥及的烧制方法 检索策略 4:摘要=碱集料反应+碱硅酸反应+碱硅反应 检索结果:4 篇 都是关于水泥的生产工艺的 检索策略 5:名称=粉煤灰

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检索结果:发明专利 426 条,实用新型专利 74 条,外观设计专利 5 条 检索策略 6:名称=粉煤灰*混凝土 检索结果:发明专利 27 条,实用新型专利 3 条。 这 30 篇专利都未涉及混凝土碱集料反应。 2 欧洲专利 Databases:Worldwide 注:不支持“-”,每一检索途径只能有 4 个检索词。 检索策略 1:Keyword(s) in title or abstract=(AAR or ASR) and ("fly ash") 检索结果:2 results 从公开号知道两专利分别为 2002 和 2004 年 从上面 CA 的检索中了解到 1999 年发表的该方面的文章比较多, 那么专利情况如何呢?2002 年和 2004 年的专利就只有一篇吗? 检索策略 2:(Word=(alkali-aggregate reaction" OR AAR OR "alkali-silica reaction" OR ASR)and "fly ash") and(Doc. type =patent) 检索结果如下:
CA 14CI on CD with Abstract(1997-2001) CA on CD 2002 CA on CD 2004 Results 4 3 1 分析 在欧洲专利中都可以查到原文 包括欧洲专利的那一篇, 但专利名称不同 即欧洲专利检索的那篇

分析
由于欧洲专利的每一检索途径只有 4 个检索词,限制了检索词较长的课题的 专利检索。 CA 中给出的关键词除专利自带的外, 而 还包括 CA 文摘社的专家们加 上去的,因此 CA 检索专利更全面。因此,本课题专利的检索应先在 CA 中检索, 再通过申请号和公开号到欧洲专利中查找原文。

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八 ProQuest 博士论文
检索策略 t_title=fly ash t_title=alkali?silica reaction t_title=(alkali?silica reaction)*(fly ash) abstract=(alkali? silica reaction)*(fly ash) 结果 36 8 1 3 分析 1 篇与课题密切相关, 4 篇较相关 与课题较相关的只有 2 篇 密切相关 与课题较相关

登陆 PQDD 主页,检索策略:TI(alkali-silica reaction), 检索到一篇论文,是 2005 年 刚提交的最新资料, 与课题较相关, 但需要付费获得全文。 通过阅读摘要及可以预览的前 24 页, 发现该论文有一定的价值。 博士论文对于全面了解课题背景是非常必要的, 对于与课题相关度较大的论文, 需认真阅读。

九 网上资源
强大的搜索引擎也为文献检索开辟了一条光明大道!主要有 www.baidu.com,www.yahoo.com 和 www.google.com。百度主要用于中文的检索,英文 的检索可在 yahoo 和 google 中进行。对于文献和书籍的检索,google 更显示出其优点: http://scholar.google.com/ 和 http://books.google.com/ 。 在上面三个主要的搜索引擎中检索到与课题相关的国内外网站主要有 http://www.chinahnt.com/中国混凝土网 http://www.myconcrete.cn 中国混凝土咨询网 http://www.flyingash.com 粉煤灰综合利用网站 http://www.chinaflyash.com 中国粉煤灰网 http://www.c-mrs.org.cn/index.asp 中国材料研究学会 http://bbs.mse.tsinghua.edu.cn/材料科学论坛 http://www.sciei.com 科研论坛 http://www.concrete.com 美国混凝土信息网 http://www.astm.com ASTM 标准网站

http://www.aci-int.org/general/home.asp 美国混凝土协会 http://www.cement.ca/cement.nsf 加拿大水泥协会

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第四部分 文献综述

碱集料反应作用下粉煤灰混凝土的寿命预测
摘要: 随着混凝土结构遭受碱集料反应的破坏事例越来越多, 碱集料反应的抑制措施和评价抑制 措施长期有效性的方法受到人们广泛关注。本文综合论述了碱集料反应的破坏机理和抑制措施。 重点介绍了粉煤灰抑制碱集料反应的机理及采用寿命越的方法评价其长期有效性。 讨论了目前应 用于工程实际的“碳化”和“Cl- 扩散”两种预测模型的优缺点,并对现有的预测方法进行对比。详 细介绍了碱集料反应的寿命预测模型的进展,对混凝土寿命预测方法做出综述和展望。 关键词:碱集料反应;粉煤灰;寿命预测 Abstract: As the damages of concrete structures due to alkali-aggregate reaction become more and more, much attention is paid to prevention of AAR and long efficiency of prevention. In this paper, mechanism and prevention of AAR were stated. The mechanism of fly ash on AAR was expounded and a method of service life prediction for evaluating long term efficiency was proposed. Some predictive

models which have been applied to engineering practice based on “Carbonation” and “chloride ion diffusion” were discussed. The comparisons of existing prediction methods were contained. In particular, the latest development of prediction models for AAR were introduced. Additionally, the summarization and future of predictive methods of life cycle were discussed as well. Keywords: Alkali-aggregate reaction; Fly ash; service life prediction

1 碱集料反应概述
碱-集料反应(Alkali-Aggregate Reaction,简称 AAR)引起的混凝土工程结构破坏已经 在 50 多个国家发现[1],已有大量的桥梁、大坝、工业建筑遭到了 AAR 的危害,美国、英国、 加拿大、日本、南非、中国等都有大量因 AAR 引起的混凝土建筑物破坏的事例。AAR 已给社会 造成了巨大的危害和经济损失,如何防止 AAR 对混凝土工程的破坏已在全世界范围内受到广泛 重视。自 1974 年以来,已召开了 12 届 AAR 国际会议,交流经验,商讨对策,解决抑制 AAR 的有效措施。 1.1 碱集料反应的定义和机理 碱-集料反应(Alkali-Aggregate Reaction,简称 AAR)是指混凝土中的碱与具有碱活性 的集料间发生的化学反应。 根据集料中活性成分的不同, AAR 可分为碱-硅酸反应 (Alkali-Silica Reaction,简称 ASR)和碱-碳酸盐反应(Alkali-Carbonate Reaction,简称 ACR) 。集料

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中可能引起碱硅酸反应的成分包括[2]:蛋白石、玉髓、方石英、鳞石英、高应力石英、微晶石英、 火山玻璃、 合成硅玻璃。 存在潜在碱碳酸盐危害的岩石通常是带有粘性不溶渣滓的含钙的白云石 或含白云石的石灰石。ASR 是最常见的破坏方式,被誉为“混凝土的癌症”。 ASR 的机理[3]如下: 首先,骨料表面的氧原子被羟基化: Si-O-Si + H2O → Si-OH……OH-Si 在高碱溶液中,Si-OH 继续被 OH-作用,羟基化进一步加剧: Si-OH + OH- → Si-O- + H2O 释放出的 SiO-强烈地吸引溶液中的阳离子在集料周围生成碱硅凝胶: Si-O- + M+ → Si-OM 式中 M 表示 Na、K 或 Li。ASR 可以用下面的式子表示: nSiO2 + mM+ + mOH- →1/2mM2O· nSiO2 + 1/2mH2O 有关碱-硅酸反应的膨胀的解释目前主要有两种理论[4]:肿胀压理论和渗透压理论。前者认 为 ASR 是由于碱硅凝胶吸水后有体积增加的趋势,由于此胶体受到周围水泥浆的约束,结果产 生内压,最后导致水泥浆的膨胀、开裂和破坏。渗透压理论[5]是指包含活性集料的水泥浆体起着 半透膜的作用, 它允许水和碱的氢氧化物扩散进来, 继续与活性二氧化硅反应不断生成碱硅凝胶, 将水泥浆体胀裂。尹芪、文梓芸[6]用溶胶-凝胶法研究 ASR 的机理时发现,渗透压是膨胀力的主 要来源。 随着人们对 ASR 破坏机理的研究越来越深入, 纷纷提出不同的模型来描述[7]。 Garcia-Diaz 等[8]采用一种新的化学方法来定量地测量砂浆试件的反应程度, 对比砂浆试件的反应程度和和肿 胀曲线将破坏机理分成三个阶段:潜伏期、肿胀期和愈合期。认为 SiO—5/2 四面体的形成引起肿 胀和集料的微裂缝。 并基于体积平衡建立了集料膨胀和砂浆棒肿胀之间的模型。 通过该模型确定 的集料肿胀的放大因子与低孔隙率水泥浆体的硬度和裂缝传播过程有关。 碱碳酸盐反应如下: CaCO3· MgCO3 + 2MOH → Mg(OH)2 + CaCO3 + M2CO3 反应生成物与水泥水化生成的 Ca(OH)2 继续反应生成碱: M2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2MOH 式中 M 表示 Na、K 或 Li。生成的碱继续与白云石发生反应,直至白云石消耗尽。 对于 ACR 的反应肌理目前仍有争议。唐明述等[9]认为去白云石化反应生成的水镁石和方解 石晶体的生长在受限空间中进行,产生的结晶压最终导致混凝土膨胀开裂。

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1.2 碱集料反应的预防措施

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碱集料反应是近半个世纪来引起混凝土工程严重失效的主要原因之一。半个世纪以来,已 在全球范围内造成巨大损失。同时,师姐各国也投入了巨大的人力、物力、财力,研究抑制 AAR 的有效途径。 由于 ACR 破坏事例远不及 ASR 普遍, 国际上对 ACR 及其抑制措施的研究相当少, 因此本文所提的 AAR 主要指 ASR。根据 ASR 破坏的机理得出防治混凝土中 ASR 的措施有: (1) 控制混凝土中的碱含量 从破坏事例和文献发现,ASR 发生的几率与水泥的碱含量、外加剂的碱含量和混合材 的碱含量密切相关。因此严格控制混凝土中的碱含量是至关重要的。一般应该控制混凝土 中的碱含量低于 3.0kg/m3。 (2) 严格选用集料 非活性集料是首选,这样 ASR 就不会发生。但由于非活性集料资源日趋减少和运输等 一系列原因不得不使用一定活性的集料。 (3) 掺入活性混合材 抑制 ASR 的混合材主要有硅灰、粉煤灰和矿渣,国内外也开展了大量的研究。研究表 明在水泥中掺入活性混合材可以抑制 ASR、种类不同的混合材,抑制 ASR 的效果不同。我 国研究表明[10],粉煤灰的抑制效果较矿渣好。 (4) 使用化学外加剂 目前研究证明锂盐可有效抑制 ASR,但其价格较贵,使其大量使用受到限制。 1.3 集料潜在碱活性的检测方法 活性集料是引起碱集料反应的重要因素之一,因此,集料在使用之前需要采取快速、可靠 和简单的方法来检测集料的碱活性。 概括起来,现有的集料碱活性的检测方法有[11]:岩相法(ASTM C295) 、化学法(ASTM C227) 、快速砂浆棒法 (ASTM C1260) 和混凝土棱柱体法 (ASTM C1293)。每种方法各有 优缺点,一般来说,推荐采用下面的三种方法[12]:1) 岩相法; 2) ASTM C1260 ,它是唯一 可靠的快速法;3) ASTM C1293, 当岩相法检验不出集料的碱活性而 ASTM C1260 又引起过 量膨胀时采用该法。 近年来研究单位和工程部门对集料碱活性检测方法进行了系统的研究,提出了新的硅质集 料碱活性快速实验方法、碳酸盐集料碱活性检测方法、碱集料反应工程破坏检测方法;建立了沿 长江和华东地区、京津唐地区碱活性集料分布图和分类图,明确了我国集料碱活性的分布情况, 有助于重点工程混凝土用集料的优选, 并解决碱集料反应的预防问题。 该研究填补多项国内外空

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白, 提出的快速检测集料碱活性的方法在欧共体和加拿大先后进行了验证, 得到了令人满意的结 果,引起极大的反响。 2 粉煤灰抑制 ASR 2.1 粉煤灰抑制 ASR 的意义 粉煤灰作为一种工业废渣, 掺入到水泥混凝土材料中, 国内外已经有几十年的研究和应用历 史。符合我国可持续发展的要求,不仅节约资源、能源,保护环境,而且可以提高混凝土的耐久 性。AAR 作为影响混凝土结构耐久性的重要因素之一,引起的破坏可谓触目惊心。特别是对于 国目前在建和拟建的众多大型水坝, 高度更是达到了数百米, 修建如此大型的水坝如不充分关注 碱集料反应的危害, 后果将是十分严重的。 吸取国外的经验教训, 防患于未然, 在工程建设之初, 就应关注集料碱活性的研究测试工作, 使碱集料反应在大型混凝土工程中得到有效抑制, 延长工 程的使用寿命。而添加粉煤灰是抑制碱集料反应经济上合理、技术上可行的好办法。 2.2 粉煤灰抑制 ASR 的机理 目前,利用混合材抑制 AAR 已取得了很好的抑制效果,对于抑制机理也开展了相当多的研 究工作。 主要是研究硅灰、 矿渣和粉煤灰的抑制作用, 此外对天然沸石粉及其改性的沸石对 AAR 的抑制也进行了研究。但大量研究和工程事例表明,掺入粉煤灰抑制 ASR 是技术上可行、经济 上合理的方法。 粉煤灰抑制 ASR 的机理主要包括粉煤灰对碱的物理稀释、吸附,与 Ca(OH)2 的火山灰反 应减少甚至消除体系中 Ca(OH)2 等方面。 王爱勤等[13]通过实验证明混合材对 ASR 的抑制与其掺量有关,当掺量较少时,混合材对 ASR 膨胀没有作用,甚至增大 ASR 膨胀;只有当混合材掺量足够大时才有可能抑制 ASR 膨胀, 合理的掺量因混合材的品种和组成各异,需根据实验测定。吴定燕等[14]研究了不同掺量的粉煤 灰对 ASR 的作用发现,粉煤灰对 ASR 的影响,其品质因素大于掺量因素对膨胀的影响;探讨 了粉煤灰中的碱在不同浓度碱通夜中的溶出情况;用高碱含量粉煤灰抑制 ASR 时,低掺量促进 膨胀,高掺量抑制膨胀的机理。Carrasquillo 和 Snow[15] 的实验证明当粉煤灰的有效碱含 量>1.5%时则存在一个最佳水泥取代率的问题。当粉煤灰的掺量小于这个最小取代率时,则掺 入粉煤灰砂浆棒的膨胀率大于不掺的膨胀率,反之 则小于,起到抑制 ASR 的效果。 Medhat H. sheheta[16]的研究表明粉煤灰抑制 ASR 的机理不仅仅是降低了混凝土孔溶液 的碱度;而且粉煤灰使混凝土孔溶液的降低与其氧化物的组成有关,随着 CaO,Na2O 含量的增 加和 SiO2 的减少,抑制效果越好。魏风艳等[17]认为粉煤灰的掺入改变了 C-S-H 凝胶的微观结 构和化学组成,随着粉煤灰掺量的增加,C-S-H 凝胶主要曾无定型态,其 n(Ca)/n(Si)降低,

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且其中结合的碱量增多。表明低 Ca/Si 的 C-S-H 凝胶具有较强的固碱能力,可以将混凝土中游 离态的碱金属离子“固化”,使其失去参与 ASR 的能力,从而起到抑制 ASR 的作用。 粉煤灰抑制 ASR 的机理虽然进行了较多的研究,但仍然是假说较多,而实证较少目前还没 有评价粉煤灰抑制 ASR 的长期有效性的手段和方法。因此很难对特定条件下混凝土的寿命做出 可信的预测,同样也限制了粉煤灰的大量使用与推广。 3 混凝土结构的寿命预测 近年来, 对于不同环境中混凝土的耐久性能的评估受到工程界的广泛关注, 耐久性也被提到 一个任何建筑设计都必须考虑的重要位置。 因而对于混凝土的耐久性评估也愈来愈受到重视, 已 成为一个热门的重要的课题。 寿命预测是耐久性评估最形象化最实用的一种重要手段, 它明确提 出寿命这一概念, 并将其作为建筑物设计的重要指标之一, 为建筑物设计要求提出和工程质量验 收提供了一个很好的量化指标。 3.1 寿命定义及其预测的意义 建筑结构的使用寿命可以分为自然寿命和无形寿命[18]。 自然寿命也称为结构的使用寿命或 耐久年限,是指建筑结构在正常使用和正常维护下,仍然具有其预定使用功能的时间。结构的无 形寿命是指建筑结构尚未达到其自然寿命之前, 由于种种原因中止其原有使用功能的时间。 目前 人们所说的使用寿命基本上是指结构的使用寿命。 像人一样,建筑结构也需要健康长寿。结构物的耐久性越好,使用期限(寿命)就越长, 这正是人们所期望的, 也说明了耐久性与使用寿命有着密不可分的关系。 从经济性、 安全性出发, 必须保证建筑结构的安全使用期限。对混凝土的使用寿命作出准确的评估将有助于实际工程指 导,为混凝土工程耐久性作出定量的估计。如对桥梁提出 75~100 年的使用寿命的要求是容易 的,但怎样达到这个目标,怎样建立合理的模型来准确评价,是当前耐久性研究领域亟待解决的 课题。 3.2 现有的寿命预测模型 随着人们对混凝土建筑物耐久性重视程度的不断提高,各种影响混凝土耐久性的因素得到 了广泛的研究, 并提出了相当多的数学模型, 以期能对各种环境下的混凝土使用寿命进行准确的 预测。 3.2.1 基于混凝土碳化深度的预测模型 混凝土中的钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性破坏的最主要因素,而在一般大气环境下, 混凝土碳化是混凝土中钢筋锈蚀的前提条件, 因此研究混凝土碳化及其预测模型对混凝土结构耐 久性评估具有重要的实际意义。

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目前,国内外学者已经提出的碳化预测模型基本上可以归纳为三种类型: 1) 基于扩散理论建立的理论模型。 2) 基于碳化实验(快速碳化实验、长期暴露实验及实际结构碳化调查)的经验模型。 3) 基于扩散理论与实验的碳化模型。 下式就是其中的模型之一: X= [ 2CsKcKe(To / t ) t ] / Ro
2n

(1)

式中,X 为钢筋表面的混凝土保护层碳化深度;Cs 为二氧化碳浓度;Kc 为养护系数;Ke 为环境系数;To 为碳化实验执行时间;t 为碳化到钢筋的时间;Ro 为标准实验测定的混凝土抗 碳化能力;n 为指数。 “碳化”寿命预测取得了一系列很有实际意义的研究成果。然而,随着研究的不断深入,产生 两个问题[19]: (1)碳化在很多情况下不是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素。研究和大量 实物调查表明,适当提高混凝土的密实性或适当加大混凝土保护层的厚度,就可以实现 50 年乃 至 100 年的防“碳化”危害问题。也就是说,在一般情况下,“碳化”问题是可以解决的,随着环 境污染的加重,二氧化硫等的影响,在某些情况下甚至超过“碳化”的影响,因此,也成为研究的 对象。 (2)对于“寿命”的界定问题。早期认为,混凝土的碳化深度到达钢筋表面,就是到了“寿 命期”,这与实际并不符合。 鉴于“碳化”影响的弱化和有办法解决,因此,关于其寿命预测的研究也逐渐减少。大量研究 已经转移到了诸如氯盐离子影响的方面上来。 3.2.2 基于氯离子扩散的预测模型 由于氯离子是引起钢筋锈蚀的“罪魁祸首”,因而也是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因 素,有时是决定性因素。对钢筋锈蚀的海洋环境的氯离子,来源于海水、海风、海雾等。混凝土 表面氯离子向混凝土内部渗透,一般可用费克第二定律描述: C(x,t)=C0{(1-erfX/2

Kdt )[20]

(2)

式中,c(x,t)为经过时间 t、渗入到混凝土深度 x 处的氯离子浓度;c0 为混凝土表面的氯 离子浓度;Kd 为氯离子扩散系数,erf 为误差函数。 已有不少依据氯离子在混凝土中的扩散规律来预测钢筋混凝土寿命的预测模型,并进入了 使用阶段。 也就是说, 根据模型与公式, 可以预测氯离子到达钢筋表面、 达到“临界浓度”的时间, 或钢筋腐蚀发展到足以使混凝土开裂的时间。这对新建工程,可以预测它的使用年限,对于已有 工程,可以预测其破坏或需要修复的时间。

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然而,根据氯离子在混凝土中的扩散规律来预测钢筋混凝土寿命的模型,仍然存在一些有 争议的问题[19]。 (1)氯离子“临界浓度”问题。只有超过该值,钢筋会“活化”。但是实际情况是 十分复杂, “临界浓度”取决于许多因素, 它并不是一个固定不变的值, 它与混凝土质量、 中性化、 湿度、氧含量等有关。氯离子“临界浓度”是寿命预测的关键依据,而这个“依据”本身就是一个难 以预测的值, 给预测带来了困难和不确定性。 所以, 只有相关条件确立, 并经过大量细致的工作, 获得可靠的参数,才能相对地得到寿命预测地可用结果。 (2)关于“寿命 ”的界定问题。有人认 为,以氯离子达到“临界浓度”、钢筋活化,认定是寿命期,而有人则认为钢筋锈蚀发展到混凝土 顺筋开裂时才算寿命期。因此,寿命界定存在着不一致。 (3)关于氯离子的扩散系数问题。以 往认为氯离子的扩散系数(D)是一个定值,而实践中发现 D 是随时间(混凝土深度)而变化 的,必须对其修正。修正前后的寿命预测值,可相差数倍之多。 实际上,混凝土的破坏往往是因为多因素的交互作用而造成的,多因素作用也往往比、单 一因素作用造成的破坏严重得多, 但是到目前为止还无法确定出两种破坏间的数学关系, 甚至连 单一因素破坏的机理没有弄清楚,必要的相关评估模型也没有建立起来。 3.3 基于 AAR 的寿命预测 3.3.1 碱-集料反应寿命预测的必要性 如前图 2 所示,在产生耐久性破坏的众多原因中,碱-集料反应占全部破坏事例的 8%,是 继钢筋锈蚀、冻融循环及磨蚀后的第四大因素。同时,以碱-集料反应为主因与导因的耐久性综 合症在国内已屡见不鲜。现举例如下[21]: (1) 碱-集料反应+钢筋锈蚀。前者是导因,先开裂引起钢筋锈蚀,造成严重破坏。 (2) 碱-集料反应+冻融循环。在我国北方有几处机场跑道因碱-集料反应而开裂,加速 了冻融破坏。 (3) 碱-集料反应+海水腐蚀。如日本冲绳岛海港 (4) 碱-集料反应+盐雾腐蚀加剧了钢筋锈蚀。如日本广岛某些房屋。 (5) 碱-集料反应+机械力破坏。机械力包括冲击、磨损、疲劳等。如日本阪神高速公路 梁、柱与桥面。 (6) 碱-集料反应+除冰盐+钢筋锈蚀。如北京、天津几座立交桥。 因此,以碱-集料反应为“切入点”来预测混凝土结构的寿命的方法,对于以碱-集料反应为主 要影响因素的混凝土结构破坏事例具有更实用的意义。 对混凝土碱集料反应寿命预测可以对已建 设的建筑物进行剩余寿命评估, 更重要的意义在于能够在新建筑物建设初期, 根据所选原材料的

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性能对混凝土的性能作出定量化的估计,为建筑耐久性设计提供明确的指标和评估检测方法。 3.3.2 碱-集料反应寿命预测模型 碱-集料反应的缓慢性和长期性给研究带来了很大的难度, 人们往往通过模拟劣化工作条件 来加速其反应,以期在短期内确定集料的碱活性,满足工程进度需要。采取的措施主要有提高混 凝土试件养护环境的碱度和温度。能在短期内观察碱-集料反应的程度,然而实际环境中的条件 与实验室加速试验的条件相差甚远。实验室的结果能否准确的反映出实际工作环境中碱-集料反 应的潜力, 如何在实验室中混凝土性能与实际工作环境中混凝土性能搭上一座较合理的桥梁, 将 实验室结果用到实际工程中,对实际环境中混凝土碱-集料反应的耐久性能做出客观的准确的评 价,这一系列问题亟待解决,也是碱-集料反应的研究难点之一。 各国学者着力于研究碱-集料反应破坏机理,并在此基础上进行假设,提出一些反应破坏模 型对混凝土碱-集料反应进行寿命预测。日本的 Taketo UOMOTO [22]提出的球状数学模型来描 述碱-硅酸反应及其膨胀机理,他假设集料颗粒是球形的,化学反应速率由氢氧根离子的扩散控 制,在集料的周围存在一个多孔区域,集料与碱反应生成一种密度比原集料密度小的产物,从而 使产物体积比原集料的体积大, 当生成的凝胶产物填满所有孔洞时, 反应继续就会导致混凝土的 膨胀。 Martin Cyr[23]寿命系数整体模型, 用活化能来描述温度对化学反应速率影响是不适合的, 综合大量的文献,对不同温度下试验得到的膨胀曲线进行比较,引入时间因子 β 来从整体宏观 上估计碱-集料反应的程度和膨胀量: β1=t23℃/t38℃ β4=ti.s/t60℃ β2=t38℃/t60℃ β3=ti.s/t38℃

β1 表示在 23℃和 38℃下达到相同的膨胀程度 (假设在某一条件下混凝土的最

终膨胀率是已知的,膨胀程度是指某一时刻膨胀率与总膨胀率之比,也可以称为膨胀分数)所需 时间的关系。这样可从 60℃养护条件下得到的膨胀曲线,计算出实际环境温度中的膨胀曲线, 假如给定一个破坏膨胀界限, 我们就可以计算出其混凝土寿命。 然而该方法需要大量的实际工程 中的数据,这样才能更加客观的反映出试验条件下和实际工作环境条件下混凝土性能之间的关
[24] 系。J.P.Bournazel 等也提出了一个整体模型 ,考虑碱-集料反应引起的膨胀量与混凝土的碱

含量 A,环境温度 T,相对湿度 H,产生的张力 σ 有关,膨胀量 ε 耗量来表征反应的程度,当 A<A0, ε
aar

aar



aar

(A,T,H,σ)。用碱的消 A0:是临界

=0;当 A>A0,ε

aar

=(ε0 /A0)*(A-A0)

碱含量,提出碱的消耗量遵循一级反应动力 dA/dt=k0*exp(-Ea/RT)(1-A),还得出相对湿度 H 的影响是:ε
aar

/ε0=H ,如图 3 所示。由上式公式求积分可以得到达到破坏膨胀界限所需要的时

m

间,也即混凝土碱-集料反应的寿命。

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图 3 混凝土碱集料反应膨胀整体模型 B.Capra,J.P.Bournazel[25]也从整体的角度建立了碱集料反应膨胀模型,考虑碱集料反应 引起的膨胀量与混凝土的碱含量 A,环境温度 T,相对湿度 H,产生的张力 σ 之间的关系。 M.Moranville-Regourd[26]综述了近年来发展的力学模型、概率模型和热力学模型。 3.4 对现有模型的认识 大多数的 AAR 寿命预测模型都是在碱扩散的基础上建立起来的,但问题是基于扩散而建立 的模型并不能真实客观的反映碱集料反应的过程, 且使用其进行寿命预测时无法界定扩散进行到 什么程度算是混凝土结构失效。 其他的一些模型有的是从单一因素考虑, 也有考虑多因素的, 但由于单因素的不准确性和多 因素之间无法确定的相关性,因此应用起来有一定困难。目前,还没有一个基于 AAR 的寿命预 测模型能够应用于实际工程。 由于碱-集料反应很复杂,建立模型需要很多假设,假设是否适当影响模型的正确性。作者 认为可以采用加速试验的方法计算碱扩散到集料表面并发生反应来预测混凝土结构的寿命。同 时,考虑碱和集料的数量随时间变化,结合概率统计的方法来预测寿命。近年来,采用模糊法、 概率法、网络法、动态分析法、生存分析理论等预测结构寿命,取得了一些成果,但不成熟。对 于碱-集料反应为主要因素引起的破坏,不妨尝试用上述方法的结合来预测混凝土结构的寿命。 4 混凝土寿命预测方法展望 现在有各种混凝土结构使用寿命的预测方法, 通常组合起来应用, 其中最有价值的是利用数 学模型并应用随机概念的预测方法[18]。 4.1 基于经验的预测方法 根据试验场和现场大量试验结果与以往经验的积累, 对使用寿命作半定量的预测, 其中包含 了经验知识与推理目前的一些混凝土标准实际也试这样来估计寿命的, 认为如果能够按照标准提 出的原则和工法,混凝土就将具有所需的寿命。要是设计寿命比较长,使用环境条件恶劣,或者 遇到一种新的情况而缺少经验,这种预测方法就不太可靠。

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4.2 基于比较的预测方法

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这种方法用得很少,其中假定如果混凝土在某一期限内是耐久的,则相似环境下的相似混 凝土也将有同样的寿命。由于材料、形状、施工质量、载荷和环境的变异性,每一种混凝土结构 往往是独一无二的, 不同的小气候环境也会影响混凝土的使用寿命。 所以即便有相似的使用条件, 将过去的经验直接用来做比较则不甚合理。 4.3 加速试验预测方法 混凝土的耐久性试验多采用加速试验, 如采用较高的侵蚀物质浓度, 较高的温度和湿度以加 速劣化过程。 加速试验的劣化机理应该与使用条件下的相同。 应用加速试验结果的主要困难在于 缺乏使用状态下的长期数据, 但至少能用来解决预测使用寿命的数学模型问题。 美国垦物局曾将 硫酸盐侵蚀的加速试验与长期试验进行比较,其中将试件长期连续地置于 2.1%地硫酸钠溶液 中,直至达到 0.5%地膨胀率并定义为破坏,得到这一期限为 18~24 年;另外将试件置于同样 浓度的溶液中 16 小时,然后取出在 540C 温度下强使干燥后再继续循环浸泡干燥,直至达到同 样的膨胀率。结果发现,加速试验的一年,相当于长期试验的八年。 4.4 数学模型预测方法 利用数学模型预测使用寿命是目前使用较多的方法, 其预测的可靠程度与模型的合理性以及 材料与环境参数选取的准确性有关。现在已发展了考虑不同的侵蚀介质(如水、盐类或气体)从 混凝土表面向内部侵入过程的数学模型用于寿命预测。 4.5 寿命预测的随机方法 上述的寿命预测方法都属于确定性方法,即将影响结果使用寿命的各因素均作为确定的量 值,由此得到的寿命预测结果只能是均值意义上的使用寿命。在耐久性评估中,无论采用哪一种 寿命准则,由于影响结构使用寿命的各因素都是随机变量,甚至是随时间变化的随机过程,如混 凝土保护层厚度经实测统计是符合正态分布的随机变量, 当由于混凝土腐蚀或钢筋锈蚀而使混凝 土保护层剥落时,甚至是随机过程;影响混凝土结构耐久性的各项因素,如环境温湿度、有害介 质含量等都是随机变量。 因此, 概率统计用于结构的耐久性评估与寿命预测显然是非常合理的方 法。 目前,能够具有实用意义的只有碳化和氯离子扩散两种预测寿命的方法。尽管冻融、碱- 集料反应、其它种类的腐蚀等,都是影响钢筋混凝土结构耐久性的因素,人们也在努力寻求预测 寿命的方法、模型等,但因影响因子多或难以确定,尚没有较为公认的预测方法和模型的建立。 因而混凝土耐久性评估及其寿命预测有重要意义, 也将成为本世纪土木工程中一个重要的热门领 域。

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材研 2522 柯杰

第五部分 个人感想
当研究生一年级就要画上一个句号的时候,我是在忙碌的信息检索中度过的。确切地说,自 从学了冯老师的这门课,信息检索就一直伴随着我,在我的学习和生活中发挥了重要的作用。对 于信息检索这门课有太多的感想。 这门课并不难,只要肯花时间,肯思考,就可以学到很多非常有用东西。先从科研上来说, 对一个崭新的课题进行检索,开始制定正确的检索策略是非常重要的,但不是一成不变的,需要 根据检索结果来确定最佳的检索策略。 这个过程既体现信息检索这门课的实践性, 也体现了检索 思想的重要性。 检索结果不是最终目的, 必须与阅读文献联系起来才能真正发挥信息检索的作用。 说到检索思想,也就不得不提及信息检索在生活中发挥的重要作用——只有你想不到的,没 有你检不到的。只要你想知道任何信息,都可以通过网络搜索到。特别是冯老师介绍了 google 这个强大的搜索引擎, 并很幽默地说: “今天你 google 了吗?” 我需要任何信息, , 都到 google 上去搜索。在这个过程中,检索思想变得越来越成熟。学会了思考,学会了检索的方法,这无疑 是终身受益的。 另外,在完成大作业的过程中,我对这门课有了更多的体会、更多的想法。当我再次打开课 件时,不是再次惊叹于课件的精美、通俗易懂,而是冯老师严谨认真的教学态度和生动的授课方 式留给我非常深的印象。可以说,正是冯老师踏实认真的工作作风,感染着我,让我对每一次的 作业,生活中的每一件事都抱着非常认真的态度。非常感谢冯老师不仅教会了我们信息检索,更 让我们知道如何做人。 对于这门课,如果条件允许建议冯老师针对不同的专业进行授课,同时多增加一些实践性的 课,在课堂上让同学们自己动手操作。另外,对于文献的划分、文献的阅读,也请冯老师多介绍 一些这方面的知识。 最后,请冯老师接受学生最诚挚的感谢!

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