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Effect of the solvent action of saturated sulfate solutions on limestones in the ASTM soundness test

  • Ozol Michael A. 
International Symposium on Aggregates Theme 3. Tests on Aggregates
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Abstract

The sulfate soundness test (ASTM C88) is widely used to gauge the resistance of concrete aggregates to damage by freezing and thawing. But, saturated Mg and Na sulfate solutions can dissolve limestones, introducing a bias that is not intended in the purpose of the method, which is to estimate thephysical resistance of the stone to forces exerted by crystal growth. Although the method notes the possible dissolving of limestone by the solution and suggests that when limestones are tested a previously used solution be employed—to mitigate the solvent effect—the method does not sufficiently guard against undersaturation with respect to Ca ion. The equilibrium concentration of Ca ion, in saturated MgSO4 and Na2SO4 solutions, was determined by atomic absorption using both minus 74 micron limestone powders and the test sizes (9.5×4.75 mm). It was concluded that the degree of undersaturation could typically still be as high as 40% after 100 hrs exposure of the coarser material. The bias caused by the undersaturation varies with the type of limestone. Homogeneous, dense, crystalline limestones in which the effect of the solvent action be only to produce a slight weight loss, entirely attributable to a small amount of dissolved CaCO3, will not be greatly disadvantaged in the test. However, the same degree of solvent action on the matrix of a biomicrite will undermine the coarser fossil fragments so that they are then vulnerable to the mechanical action of sulfate salt formation, producing a significant weight loss, in a way that would not have occurred without the initial solution and weakening of the micrite phase.

Keywords

Sulfate Solution Magnesium Sulfate Concrete Aggregate Coarse Material Test Number 

Effets de dissolution des sulfates sur les calcaires dans l'essai de solidite A.S.T.M.

Résumé

L'action des sulfates sur la solidité des granulats est généralement utilisée pour mesurer la résistance des granulats du béton aux dommages causés par le gel et le dégel. Cependant les solutions saturées de sulfates de Mg et de Na peuvent dissoudre le calcaire. Cette dissolution du calcaire n'est pas un des buts de la méthode ASTM C 88. L'object de cette méthode est d'estimer la résistance physique de la pierre aux forces exercées par la croissance des cristaux. Cette méthode admet que le calcaire puisse être dissout par la solution de sulfates et suggère l'utilisation d'une solution qui ait été préalablement employée pour minimiser l'effet de la dissolution. Même quand cette solution a été préalablement employée elle peut être sous-saturée en ions Ca. Utilisant de la poudre de calcaire (moins de 74 microns) et des échantillons (9.5×4.75 mm), la concentration d'équilibre en ions Ca, dans des solutions saturées de MgSO4 et de Na2SO4 est déterminée par absorption atomique. Nous avons trouvé que le niveau de sous-saturation peut être aussi élevé que 40% après 100 heures d'exposition. Le biais causé par la sous-saturation varie avec le type de calcaire. L'effet de l'action solvante sur le calcaire homogène dense et cristallin sera seulement de produire une perte légère de poids, attribuée entièrement à la petite quantité de CaCO3 dissout dans la solution; les résultats ne seraient pas changés de façon significative. La même action de solubilité sur la matrice de la biomicrite attaque les plus gros fragments fossiles qui deviennent ainsi vulnérables à l'action mécanique de la formation de sels de sulfate. Une perte de poids importante se produit ainsi qui ne se serait pas produite sans la solution initiale et l'affaiblissement de la phase micritique.

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References

  1. [1]
    ASTM C 88-76, Standard Test Method for Soundness of Aggregates by Use of Sodium Sulfate or Magnesium Sulfate, 1983 Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Volume 04.02.Google Scholar
  2. [2]
    ASTM C 33–81, Standard Specification for Concrete Aggregates, 1983 Annual Book of ASTM Standards, Section 4, Volume 04.02.Google Scholar

Copyright information

© International Association of Engineering Geology 1984

Authors and Affiliations

  • Ozol Michael A. 
    • 1
  1. 1.Geologist-PetrographerBaltimoreUSA

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