Alkali release from aggregates in long-service concrete structures. Laboratory test evaluation and ASR prediction

This paper proposes a simple model for predicting the development of deleterious expansion from alkali-silica reaction (ASR) in long-service concrete structures. This model is based on some composition and reactivity parameters related to ASR, including the long-term alkali contribution by aggregates to concrete structures. This alkali contribution was estimated by means of a laboratory extraction test, appositely developed in this study in order to maximize the alkali extraction within relatively short testing times and with low leaching solution/aggregate ratios. The proposed test is a modification of the Italian Standard test method UNI 11417-2 (Ente Nazionale Italiano di Normazione) and it consists of subjecting an aggregate sample to leaching with saturated calcium hydroxide solution in a laboratory autoclave at 105 degrees C. Nine natural ASR-susceptible aggregates (seven sands and two coarse aggregates) were tested and the following optimized test conditions were found: leaching solution/aggregate weight ratio = 0.6; solid calcium hydroxide/aggregate weight ratio = 0.05; test duration = 120 h. The results of the optimized alkali extraction tests were used in the proposed model for predicting the potential development of long-term ASR expansion in concrete dams. ASR predictions congruent with both the field experience and the ASR prevention criteria recommended by European Committee for Standardization Technical Report CEN/TR 16349: 2012 were found, thus indicating the suitability of the proposed model.

Il lavoro propone un semplice modello per la previsione dello sviluppo di espansione deleteria da reazione alcali-silice (ASR) in strutture di calcestruzzo progettate per lunga vita di servizio. Il modello è basato su parametri di composizione e di reattività legati alla ASR, compreso il contributo in alcali a lungo termine da parte degli aggregati. Questo contributo è stato stimato attraverso una prova di estrazione di laboratorio, appositamente sviluppata con lo scopo di massimizzare il rilascio in tempi di prova relativamente brevi e con basso rapporto soluzione lisciviante/aggregato. Il metodo di prova proposto è basato sullo standard italiano riportato nella norma UNI 11417-2 e consiste nel sottoporre l'aggregato a lisciviazione con una soluzione satura di idrossido di calcio a 105°C, in autoclave. Sono stati sottoposti a prova nove aggregati (sette sabbie e due aggregati grossi), il rapporto in peso lisciviante/aggregato era pari a 0,6, il rapporto Ca(OH)2 solida/aggregato era pari a 0,05 ed il tempo di prova 120 ore. I risultati delle prove sono stati utilizzati nel modello di previsione dell'espansione deleteria a lungo termine, ottenendo delle previsioni del tutto congruenti con le informazioni sul comportamento reale dei materiali, nonché con le raccomandazioni riportate nel CEN/TR 16349:2012.