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Reaccin lcali-slice en ridos para pavimentos de hormignen el Estado de Chihuahua, MxicoAlkali-silica reactionof aggregates for concrete pavem entsinChihuahua sState, Mexico

Fechaderecepcin: 19-XII-OlFecha de aceptacin: 20-V-02

C. OLAGUE'>, P. CAST RO'% W. LOPEZ* >^ ^Univ. Autnoma de Ch ihua hua. Fa cultad de Ingeniera/*' Facultad de Ingenie ra (Pe rmane nt affliation:

CINVESTAV-IPN. Unidad Mrda) '>CEMEX MEXICOMXICO

RESUMENEl hormign de los pavimentos debe ser resistente a lascondiciones climticas, trnsito pesado, agentes qumicos ocualquier otro tipo de agente agresivo. Se desarroll unametodologa para caracterizacin de materialesconsiderando factores fsicos y qumicos que influyen en ladurabilidad del hormign. Esta metodologa se basa en laconsiderac in de varios factores como : fisiografa, geologay clima, entre otros, que podran ser de gran importanciapara prevenir futuros problemas de durabilidad enpavimentos de hormign. La metodologa en cuestinconsidera varias pruebas, en este artculo se presentan losresultados de la reactividad potencial de los ridos delEstado de Chihuahua.Las pruebas para evaluar la reactividad de ridos silceos yla reactividad potencial lcali-slice fueron ejecutadas deacuerdo a: examen petrogrfico (ASTM C 295) y la pruebaqumica rpida ( ASTM C 289). El 38 de los sitiosestudiados resultaron inocuos, 48 potencialmente reactivosy 13 reactivos. Se discuten los beneficios de aplicar unametodologa profunda, en orden a obtener los mejoresresultados con un nmero de m uestras representativas.

SUMMARYThe concrete of pavements must resist the climaticconditions, heavy traffic, chemical agents or any other typeof aggressive agent. A methodology for characterizingmaterials that would influence concrete durability w asdeveloped considering chemical and physical factors. Thismethodology allows the consideration of several factors likephysiography, geology, and climate, among others thatwould be of great importance to prevent future durabilityproblems of pavements. This methodology takes into accountseveral tests and this paper presents the results of potentialreactivity aggregates of the State of Chihuahua.

The tests for evaluating the reactive siliceous aggregate andthe potential alkali-silica reactivity w ere performedaccording to the: ptrographie examination (ASTM C 295)and standard quick chemical test (ASTM C 289). 38 of thetested sites resulted innocuous, 48 potentially reac tive and13 reactive. It is discussed the benefit of applying aconscious methodology in order to obtain the best resultswith a representative quantity of tests.

PALABRAS CLAVE: hormign, deterioros en pavimentos,reactividad, ridos, lcali, slice KEYW ORDS: concrete, pavement deterioration, reactivity,aggregates, alkali, silica.

1. I N T R O D U C C I NLa reaccin lcali-slice (AS R), (Stanton, 1940; Hadley,1964) es producida en el hormign entre el OH'ion,asociado con los lcalis (Na^O y K^O) del cemento y deotras fuentes, con ciertos constituyentes silceos que

1. INTRODUCTIONThe alkali-silica reaction (ASR), (Stanton, 1940;Hadley, 1964) is produced in concrete between the OHion,associated with the alkalies (Nafi and Kfi) fromthe cement and other sources, and certain siliceous

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pueden estar presentes en los ridos. Esta reaccinprovoca la formacin d e un gel de lcali-silicato que dalugar a fuerzas de expansin. (V. DeutscherZementwerke, 1973; Lenzer, 1981) Dicha reaccin tienela capacidad de absorber humedad del hormignproduciendo una expansin del gel, la cual generaexpansiones internas anormales en el hormignendurecido. Como consecuencia se producenagrietamientos, desplazamiento de elementos a lo largode la estructura y prdida de resistencia (W oods, 1968).La reaccin lcali-slice produce efectos bien conocidosen las estructuras de hormign . Existen varios trabajoscomo el del Instituto Americano del Concreto(ACI, 1999), Oficina de Investigaciones del Transporte(Gibson, 1938, Hadley, D., 1968 y Chaiken, B . yHalstead, W. J., 1960) y el Cuerpo de Ingenieros (198 5)los cuales han revisado los avances en este campo de1938 a 1999. Un resumen de estas revisiones puede serextractado como sigue: participan en la ASR ridos deuso comn, los cuales proceden de rocas volcnicas yque tienen sflice am orfa o cryptocristalina en sucomposicin (Gibson, 1938; Lerch, 1959). palo,calcedonia, tridimita, cristobalita, vidriocryptocristalino, rocas volcnicas (composicin acida)as como riolitas, andesitas, algunas zeolitas y ciertasfilitas (comp osicin interm edia), argilitas, cuarcitas,granito, gneiss, subgrauwaca s metam rficas, sonejemplos d e ridos reactivos con los lcalis.La ASR ha sido detectada en estados de Nuevo Mxicoy Texas. Por otro lado, el anlisis petrogrfico(ASTM C 295) de arenas de Chihuahua mostr lapresencia de calcedonia, cuarzo, andesitas lticosriolticos y cuarzo cristalino, los cuales llegan aconstituir una potencial ASR (Almaral, 1999) (Tabla 2).El examen de gravas mostr resultados similares, ascomo las caractersticas geolgicas de Chihuahuaevidenciaron la presencia de ridos potencialmentereactivos (Almaral, 1999). En la Universidad Autnomade Chihuahua se ejecutaron varias pruebas quedetectaron la presencia de compuestos potencialmentereactivos y que pueden provocar expansiones deletreasen el concreto. El 100% de los bancos de ridosestudiados, indic la presencia de compuestospotencialmente reactivos (Almaral, 1999, Caballero,1999). Tomando en cuenta que Chihuahua tiene dosregiones fisiogrficas una de origen volcnico y otra deorigen sedime ntario, se llevaron a cabo estudios de-examen petrogrfico (ASTM C 295) de ridos ydifraccin de rayos X para detectar la presencia dealgunos de los minerales antes mencionados en gravas yarenas del Estado de Chihuahua.Los resultados anteriores sugieren la necesidad deevaluar 44 sitios con el objetivo de saber m s acerca desu reactividad. El objetivo de este artculo es mostrar losresultados de la evaluacin de ASR de acuerdo a la

constituents that may be present in the aggregate. T hereaction leads to the formation of an alkali silicate geland sets up expansive forces VereinDeutscherZementwerke, 1973;Lenzer,1981). Such reaction has theability to absorb hum idity from concrete and to producegel expansion, which generates abnormal internalexpansion in the hardened concrete. As a consequencecracking, displacement of element within larger structuralentities, and loss of strength are induced (Woods, 1968).The alkali-silica reactionproduces w ell known effects on theconcrete structures. T here are several wo rks like those ofAmerican Concrete Institute (ACI, 1999), TransportationResearch Board (Dolar-Mantuani, 1969, Gibson, 1938,Hadley D., 1964,1968, TRB 1958, Chaiken B, and HalsteadJ., 1960 , and Corps of Engineers (1985), which havereviewed the advances on this field from 1938 to 1999. Asummary of these reviews can be extracted as follows:aggregates of common use, as those that proceed fromvolcanic rock or have amorphous and cryptocrystallinesilica in their comp osition, participate in theASR (Gibson, 1938; Lerch, 1959). Opal, chalcedony,tridymite, cristobalite, glassy cryptocrystalline volcanicrocks (acid composition) as well as rhyolites, andsites, somezeolites and certain phyHites (intermediate composition)(TRB 1958), argillites, quarzites, granite, gneiss,methamorphosed subgraywackes, have all providedexamples of alkali reactive aggregates.The ASR has been reported in the states of New Mexicoand Texas. On the otherhand, petrography examination(ASTM C 295) from the sands of Chihuahua showed thepresence of chalcedony, quartz, andsites, lithic rhyolitesand crystalline quartz, which contribute to the potentialASR (Almaral, 1999) (Table 2). The gravel examinationshowed similar results and the geological characteristicsof Chihuahua showed also evidence of potentially reactiveaggregates (Almaral 1999). The University of Chihuahua(UACH) performed several tests where the presence ofpotentially reactive compounds that could producedeleterious reactions in concrete wasdetected.100 ofthe tested aggregates sources showed the presence ofpotentially reactive compounds (Almaral, 1999, Caballero,1999). Taking into account that Chihuahua has twophysiographic regions: one of volcanic origin and other ofsedimentary origin, studies of ptrographie examination ofaggregates and X-ray diffraction were used to detect thepresence of some of the above mentioned minerals ingravels and sands of the State of Chihuahua.

The above results suggested the need of evaluating 44sites in order to know more about theirreactivity. Theobjective of this paper is to show the results of theevaluation of ASR according to the ASTM C 289

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norma estndar ASTM C 289 y generarrecomendaciones de uso de ridos en pavimentos o enotras construcciones de manera q ue se eviten o seminimicen las reacciones deletreas lcali slice.2 . E X P E R I M E N T A L2 . 1 . Criterio para e leccin de lugares de muestreoLos lugares fueron seleccionados considerando lossiguientes factores: Poblacin. Este es un factor que regula el desarrollo ynecesidades de servicios pblicos y, por lo tanto, depavimentos. Se seleccionaron sitios con ms de 30. 000habitantes. Fisiografa. El Estado est dividido en 2 regiones y9 provincias. Todas fueron c onsideradas en el estu dio. Elrequisito que se consider ms significativo fue el dedisponer del sitio exacto de extraccin de los ridos. Geologa. De acuerdo a la geologa del estado, seconsideraron en este estudio lugares donde las rocasexplotadas fueran de origen gneo y calizo. Recursos hidrulicos. Los ros son a men udo un mediopara obtencin de ridos, los que estn siendo explotadosse consideraron en este estudio. Clima. Chihuahu a tiene 12 clim as diferentes. 7 deellos fueron considerados como los ms representativosporque cada uno cubre, al men os, un 3% de la superficieestatal. La tabla 1 muestra, con negrita, los tipos de climaseleccionados y el porcentaje total cubierto, que es de94,97%.Una vez analizados los factores arriba menc ionados, seescogieron los sitios para muestreo de acuerdo con lossiguientes criterios:Mu nicipios, incluyendo: 2 provincias fisiogrficas y9 subprovincias, rocas calizas de varios sitios, rocas deorigen gneo de ro y bancos de arena natural. Fueronseleccionados ridos de origen gneo en municipios conms de 30.000 habitantes. Tomando en cuenta la humedady la tempe ratura como dos agentes que influyen en laASR, los climas predominantes fueron considerados deforma tal que al menos cubrieran un 35 de la superficiedel Estado y que corresponden a 7 de los 12 existentes enesta regin, tal como se indica en la Tabla 1.De acuerdo con estos criterios, 18 de 67 m unicipiosfueron escog idos para este estudio. Sin embargo , esos18 municipios surten de m ateriales a otros 21.Por lotanto,el material de 39 municipios fue an alizadorealmente. 22 banco s de gravas y 22 arenas fueronmuestreados (44 sitios). Los 18 municipios probadosrepresentan un 81%de la poblacin total del Estado deChihuahua. Los 39 municipios que cubre este estudiorepresentan el 92% de la poblacin total.

standard and generate recom mendations for the use ofaggregatesin pavements or other constructions, thatavoid or minimize deleterious alkali-silica reaction.2. EXPERIMENTAL2.1. Criteria for selection of sampling sitesThe sites were chosen taking into account the followingfactors: Population. This is a factor that regulates thedevelopment and needs of public services and,therefore, of pavemen ts. There were chosen cities withmore than 30.000 inhabitants. Physiography. The State is divided in 2 regions and9 provinces. They were taken into account for the study.The requisite to be considered as significant was tohave a site of aggregate extraction. Geology. According to the state geology, placeswhere limestone and igneous stone are exploited wereconsidered in this study. Watersupplies. Rivers are a mean to obtainaggregates and those, which are beingexploited, weretaken into account for the study. Climate. Chihuahua has 12 different climates. 7 ofthem were considered as the most representativebecause each one covers 3 of the state area at least.The table I shows, with black letters, climates typeschosen and the total percent covered which is 94.97 .Once analyzed the above factors, sites for testing werechosen according to the following criteria:Municipalities: two physiographic provinces and ninesub provinces, limestone rocks from several sites andigneous rocks from rivers as aggregates and naturalsand banks. Taking into account humidity andtemperature as two agents with influence on the ASR,predominant climates were taken into account thatcover more than 3 of the surface State and thatrepresent 7 of the existing 12 in this region. Tab le 1.

According to these criteria, 18 of 67 municipalitieswere chosen for the study. Howe ver, these 18municipalities supply materials to other21. Therefore,the material of 39 municipalities was rea llyanalyzed.22 gravel and 22 sand banks were tested (44 sites). The18 municipalities tested represents 81 of the totalpopulation of the state of Chihuahua. The 39municipalities that it covers the study represent the92 of the total popu lation.

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TABLAI/TABLE ITipos o subtipos de climas en el Estado de Chihuahua, Mxico(Types o subtypes of climates in C hihuahua^sState, Mxico)Tipos 0 subtipos/Type or subtype

1 Caluroso o sem ihm edo con l luvias en veranoWarm or sub humid with rains in summerSemicaluroso o semihmedo con l luvias en veranoSemi warm sub humid with rains in summerSemihmedo con l luvias en veranoTemperate sub humid with rains in summerSemifr io , semihmedo con l luvias en veranoSemi cold, sub humid with rains in summerSemiseco, muy caluroso o calurosoSemi dry, very warm or warmSemiseco , semica lu roso /5em/ dry, semi warmSemiseco , tempera tu ra /5em/ dry, temperateSemiseco, semifr io /5em/ dry, semi coldi Seco , semica lu roso /Dr j , semi warmT e m p e r a t ur a s e c a / D r j temperate1 Muy se co, semicaluroso/V ery dry, semi warmTemperatura muy seca/\^er>'dry temperate%Total cubier to en esta investigacinTotal covered in this research

Simbolol SymbolA(w)AcwC(w)C (E) (w)B S l ( h ' )B S l hB S l kB S I K ' 'BShBSkB W hB W k

% Sup. del estudioState surface i0.32 :2.64 '13.3610.25 10.45 11.0215.700.66.159.0314.625.8894.97

lABhAllTABLElResultados del anlisis petrogrficof/?^5'w/^ of ptrographie examination)XviolAggregateIntid Innocuous

Potencialmente reactivoPotentially reactive'K^diCiivol Reactive

Resultados del anlisis petrogrficoResults of ptrographie examinationRiolitas/L//c rhyolitesCsLctaomtdis/ChalcedonyCuarzo cstalino/Crystalline quartzAnQshas/AndesitesRiolits/Lithic rhyo lit esCuarzo cstSlino/Crystalline quartzCdL\cedonta.s/C halcedonyAnesitas/Andesites \Riolitas/Lr/i/c rhyolitesCuarzocsidaino/Crystalline quartzCdActomi^s/ChalcedonyAnQs'iidiS/Andesites

La Figura 1 muestra los lugares analizados, indicandola zona de influencia de cada uno, as como los quefueron probados.2 .2 . Anlis is qumicos de cementos y ridospotencia lmente react ivosSe estudiaron los cementos disponibles y los bancos demateriales del Estado de Chihuahua. El contenido totalde lcalis de los cementos fue obten ido a partir defluorescencia de rayos X. Es usual calcular el con tenidototal de lcalis en unidades de Na^O equivalente, comoel porcentaje de Na^O ms0 658veces el porcentaje deK2O, asumiendo qu e la concentracin e quivalente deKOH y NaOH son iguales en sus efectos. Se realiz unasegunda prueba consistente en la elaboracin de barrasde mortero con vidrio pyrex de cuarzo. Esta prueba essimilar a la expansin de barras de mortero, con lanica diferencia de que se introducen en una autoclavedurante 5 horas a 125 C, posteriormen te se dejan en

Figure 1 shows the analyzed sites, indicating the zoneof influence of each one as well as those, which weren'ttested,2 2. Chemical analysis of cemen ts and potentiallyreactive aggregatesAvailable cements and materials banks in the State ofChihuahua werestudied.The total alkali content of thecement was obtained throughX-rayfluorescence. It isusual to calculate the total alkali as equivalent Nafi,as the percentage content of Nap plus0.658times thepercentage content of Kfi, assuming that at equivalentconcentrations KOH and N aOH are equal in theireffect. A second test consisting on testing mortar barswith quartz glass pyrex wa s done. T his test is similar tothat of mortar bars expansion (ASTM C 1260) with theonly difference of that the specimenswereplaced in anautoclave at 125 Cfor 5 hours and then, were allowedto reach the environment temperature (-20 C). This

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reposo hasta alcanzar la temperatura ambiente. Estaprueba permite determinar el porcentaje de expansinproducido por el contenido de lcalis. De acuerdo conASTM C 1260, la ASR es no deletrea si la expansines menor de 0,1%.

test allows determine the expansion percent producedby the alkalicontent.According to ASTM C 1260, theASR is not detrimental if the expansion is less than0.1 .

E. U. A.r

OD

51

S I G N O S ^S I G N SCAPITAL DEL ESTADOSTATE CAPITALMUNICIPIOSMUNICIPALITIESSIGNOS GEOESTADSTICOSGEOESTADISTICAL SIGN J

STATE OFSINALOA

1 ^ MUNICIPALITIES THAT HAVE BANKS OF AGREGATES IN EXPLOITATION (WHERE ONE CARRIES OUT THE SAMPLING)., MUNICIPIOS QUE TIENEN RIDOS EN EXPLOTACIN (DONDE SE REALIZ EL MUESTREO)V/ZAK- MUNICIPALITIES THAT DO NT HAVE BANKS OF OWN AGREGATES, 1 MUNICIPIOS DONDE NO TIENEN RIDOS PROPIOSI | \ MUNICIPALITIES THAT WERE NOT CONSIDERED IN THE STUDYMUNICIPIOS NO CONSIDERADOS EN EL ESTUDIO

Figura 1.- Lugares ensayados, indicando la zona de influencia de cada uno.Figure /. - Testedsites, indicating the zone of influence of each one.

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Cada uno de los ridos gruesos y finos, fueronanalizados de acuerdo a la norma ASTM C 289 usandoel cemento 3. La prueba qumica rpida fue realizadapor triplicado y se calcul la reduccin en la alcalinidady la sflice disuelta. El resultado de esta prueba es quelos materiales reactivos parecen liberar unaequivalencia m olar de sflice dentro de la solucin paradar una reduccin en la alcalinidad, la mayorproporcin de sflice liberada se asocia con la formaciny humedecimiento del gel producido por la reaccinlcali-rido. La cantidad de sflice disuelta contra lareduccin de alcalinidad, se expresan en mili moles porlitro, y se ubican en regiones que prev iamente definentres clases de posibles ridos: p otencialmentepeligrosos, ridos considerados deletreos e inocuos(ASTM C 289).

3 . R E S U L T A D O S Y D I S C U S I NLa Tabla 3 muestra los resultados de fluorescencia derayos X para tres de los cementos probados. Losvalores obtenidos de Na^O y K2O fueron usados paracalcular el contenido de lcalis en unidades de Na20equivalente (tabla 3). De acuerdo con la literatura(Stark, 1978), cementos con contenido de lcalis debajode 0,6% se ha encontrado que causan poca expansinen contacto con agregados reactivos con algunasexcepcion es. Slo el cem ento 2 est por debajo de0,6%. En orden a verificar esos resultados se usaronbarras de mortero de esos cementos con vidrio pirexcomo rido para efectuar mediciones de expansin deacuerdo a la norma ASTM C 1260. Los resultadosmostrados en la tabla 4 ayudan a verificar la tendenciaobservada. Es decir, el ceme nto 2 fue el nico conmenos de0,1%de expansin despus de 16 das. Latabla 5 resume los resultados de expansin de barras demortero cemento y contenido de lcalis para los trescementos estudiados. Por lo tanto los otros doscementos constituyen un riesgo si son usados junto conridos reactivos. ' ^La Tabla 6 muestra los resultados de aplicar el mtodoqumico (ASTM C 289) a las muestras de arena. Engeneral, el 10% de los bancos de arena fueronreactivos, 45% potencialmente reactivos y 45%inocuos. De los 22 bancos de arena estudiados 8corresponden a arenas de ro y 4 a materiales calizo s.Es decir, 2 fueron reactivos 10 potencialmente reactivosy 10 inocuos. La tabla 7 mu estra los resultados porbanco, tanto del anlisis petrogrfico (ASTM C 295)como de la prueba qumica rpida (ASTMC 289).La Tabla 6 muestra tambin los resultados de aplicar laprueba qumica rpida (ASTM C 289) a los ridosgruesos. Dos terceras partes de las muestras cayeron enla zona reactiva o potencialmente reactiva y una tercera

Each aggregates, coarse and fine, was analyzedaccording to ASTM C 289, using the cement 3 .Thequick chemical test was performed by triplicate and itwas used to calculate the reduction in alkalinity as wellas the silicadissolved.The bases of this test is thatreactive materials seem to release more than the molarequivalent of silica into solution for a given reductionin alkalinity and that this greater proportional releaseof silica is associated with the formation of a swellinggel in alkali-aggregate reaction. The quantity ofdissolved silica,against the reduction of alkalinity^both expressed in millimols perlitter, enables regionsto be defined in which they fall in three classes ofaggregates: potentially dangerous, aggregatesconsidered deleterious, and innocuous (ASTM C 289).

3. RESULTS AND DISCUSINTable 3 shows the results ofX-ray fluorescence for thethree tested cements. The obtained Nafi and Kfivalues we re used to calculate the alkali content inNafi equivalent units (table 3). According to theliterature (Stark 1978), cements with alkali contentbelow 0.6 have been found to cause little expansionwith reactive aggregates with some exceptions. Onlythe cement 2 is below 0.6 (see table 3). In order toverify these results, mortqrbars using these cementsand pyrex as aggregate were used to measure theexpansion according to ASTM CI 260. The resultsshowed in table 4 help to verify the observed tendency.The cement 2 was the only one with less than 0.1 ofexpansion after 16 days. Table 5 summarizes the resultsof expansion of cement mortar bars and alkali contentfor the three cementsstudied.Therefore cements 1 and3 constitute a risk if they are used with reactiveaggregates.

Table 6 shows the results of applying the chemicalmethod (ASTM C 289) to the sand samples. In general10 of the sandbanks were reactive, 45 potentiallyreactive and 45 innocuous. From the 22 testedsandbanks, 18 correspond to river sands and 4 tolimestone. Therefore 2 sands were reactive, 10potentially reactive and 10 innocuous. Table 7 showsthe results bybank, both: ptrographie examination(ASTM C 295) and quick chemical test(ASTM C 289)Table 6 shows also the results of applying the chemicalmethod to the coarse aggregates. Two thirds of thesamples were in the reactive or potentially re active

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TABLA 3/TABLE3Anlisis qumico de los cementos estudiados por fluorescencia de rayos X(Chemical analysis of the studied cements byX-ray fluorescence)CoToYie^ntes/ConpowidsSiO.AI2O3Fe203CaOMgOSO3Na20K2OmP2O5MnaOsSuvm/Sum

CI (Cementoycy(Cenwu J)19.564.792.9361.372.53.690.450.730.200.110.1996.52

C2 (Cemento 2)/C2 Cement2)20.144.863.2463.412.522.880.060.570.230.110.0698.08

C3 (Cemento 3)/C? Cemeit3)19.945.293.0463.241.273.620.73 10.990.160.080.(M98.41

TABLA 4/TABLE4Contenido de lcalis en los cementos, Na^O equivalente/fA//:t// content of thecement,Na fi equivalent)

C e m e n t o IfCement 1C e m e n t o llCement 2C e m e n t o 3Cement 3

N m e r o d e m u e s t r a sNumber of samples333

N a 2 0

0 . 4 50 . 0 60 . 7 3

K 2 O

0 . 7 30 .570 .99

C o n t e n i d o d e l c a l i s ( % )Alkali content ( )( N a 2 0 + 0.658 K 2 O )0.93450.42821.3695

TABLAS/TABLE 5Resultados de la expansin de muestras de cemento conpYQ x/( Results of expansion on cement b ars with pyrex)

Cemento 1CemejU1Cemento 2: Cement2Cemento 3Cement3

Nmero denuestrasNumber ofbars445

Longitudimd/Initial lengthMax

0.19030.20440.1594

Min

0.15520.17020.1270

Avg.

.17370.18210.1424

Lx>ngitucMax

0.20210.20450.1998

mJFKilMin

0.17390.17080.1629

lengthAvg.

0.18880.18250.1787

Cambio de longitud (%)Omjgeoflength( )Max

.18700.0010.4040

Min

0.1180.0.0060.3390

Avg.

0.15150.00420.3626

TABLA 6/TABLE6Expansin de muestras de mortero de cem ento con pyrex y contenido de lcali(Expansion of cement mortars bars with pyrex and alkali content)mnio/CeiiTetit

C lC2C3

Expansin deloswociaxys/ExixoTsionqfnvnar barsExpansion, %0.0040.1510.362

Contenidoenalkalis, /AIMicontent,Na20eqUY3mte/(Na20eqi{ivalatt) \0.4280.9391.369 1

TABLAIITABLE 7Resultados de la reactividad de los ridos en Chihuahua, M xico, a travs del ensayo ASTM 289(Results of aggregate reactivity in Chihuahua, Mxico, trough the ASTM 289)Gasificacinctelos ridos/Aggregate classification

DedlmwcuousPotencialmenterQscvdPotentially reactiveRe^vo/Reactive

CkdiVdJGras'elNde serieNumber ofbanks1114

%325018

ArtwsJSandN de soieNwierofbanks10102

%454510

TotalN de soieNwierofbanks17216

%384814

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par te en la zona inocua. De los 22 bancos de gravaprobados 17 fueron agregados de r o , 2 agregados der o parcialmente tr i turados y 3 calizos . Los resultadosindican que 4 bancos de grava son reactivos 11potencialmente reactivos y 7 inocuos. Estos resultadoscorroboran las pruebas petrogrf icas ejecutadasconforme a la norma ASTM C 295 para los mismos

zone and one third in the innocuous zone. From the 22tested gravel banks, 17 were river aggregates, 2 werepartially crushed river aggregates and 3 were oflimestone . The results indicated that 4 gravel banksare reactive, 11 potentially reactive and 7 innocuous.These results corroborated the ptrographie testsperformed with the ASTM C 295 on the same aggregateTABLAS/TABLESResultados de la reactiv idad de las arenas en Chihuahua, Mxico, a travs de ASTM C 295 y 289(Results of sands reactivity^ in Chihuahua Mexico, trough, ASTM C 295 and 289)

Series Anlisis petrogrfico de los minera les reac. Difraccin de rayos XBanks Ptrographie examination reactive minerals X-ray difractionEnsayo qumico rpido (ASTM C 289)Clasificacin de ridosQuick chemical test(ASTMC 289)p^repates rlassifratinn Se Re

2 A3 A

4 A

5A6A

7 A8 A9A11A

14A15A16A17A

18A

19A

20A

21A

23A

24A

25A

26A

27A

ca\cedon a/ch alcedonycuarzo/quartzandes i tas/ar? des /fescalceonWa/chalcedonycuarzo/quartzcalcedonWa/ch alcedonycuarzo/quartzcuarzo/quartzriolWas/lithic rhyolitesardesWas/andesitescuarzo/quartzrioWtas/lithic rhyolitescuarzo/quartzriolWas/lithic rhyolitesca\ceon\ta/ch alcedonycuarzo/quartzcuarzo/quartzrioWXas/lithic rhyolitescalceonWa/chalcedonycuarzo/quartzr\o\\\as lithic rhyolitescuarzo/quartzr\o\\{as lithic rhyolitescuarzo/quartzr ioWtas lithic rhyolitesndes it as/a n des/Yes

cuarzo/quartzcalceonWa/chalcedonycuarzo/quartzrlolWas/lithic rhyolitescuarzo/quartzrioWtas/lithic rhyolitesar\es\\as/Iithic andsitescalceonWa/chalcedonycuarzo/quartzaspe/jasperoiderIolWas/lithic rhyolitesanesWas/andesitescuarzo/quartzrIolWas/lithic rhyolitescu a rzoquartzrIolWas/lithic rhyolitesanesWas/andesitescuarzo/quartzrIolWas/lithic rhyolitesanesWas/andesitescuarzo/quartzr\olWas lithic rhyolitesanesWas/andesitescuarzo/quartzrIolWas/lithic rhyolitesanesWas/andesitescuarzo/quartzr\olWas lithic rhyolitescuarzo/quartzr\olWas lithic rhyolites

cu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

cu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

cu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzcu a rzo c r ip to c r i s t a l i n ocryptochstalline quartz

p o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactivep o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactivep o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactiveInerXe/innocuousp o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactive\ner\e/innocuousp o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactivep o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactiveInerte/innocuous

p o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactivemerte/innocuousp o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactivereactivo/reactive

Inerte/innocuous

Inerte/innocuous

InerXe/innocuous

Inerte/innocuous

p o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactivep o te n c ia lme n te re a c t i vopotentially reactiveInerte/innocuous

react wo/reactive

inerte/innocuous

248413

403

343336

57275292

5 0

623204456444

4 2

162

403

13

511

448

172

255

77

142172

213

5462 7 4

180169206

1 3 7 6

1942752 9 2113

211

247

1141

160

199

143

3 1 2

91

317

26 MATERIALES DE CONSTRUCCIN, Vol. 52,if 268,octubre/noviembre/diciembre 2002(c) Consejo Superior de Investigaciones Cient ficas

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ridos (Almaral, 1999), las tablas 8 y 9 muestran condetalle los resultados por banco. El mapa de la figura 2muestra la distribucin de sitios de arenas junto con sususceptibilidad a la reactividad en el Estado deChihuahua. El mapa de la figura 3 muestra ladistribucin de sitios de gravas junto con sususceptibilidad a la reactividad.lABhK9ITABLE 9Resultados de la reactividad de las gravas en Chihuahua, Mxico, a travs de ASTM C 295 y 289(Results of gravels reactivity in Chihuahua Mexico, trough, ASTM C 295 and 289)

banks Almaral, 1999). Tables 8 and 9 shows resultsdetailed bybank.The map of figure 2 shows thedistribution of sand sites together with theirsusceptibility to reactivity in the C hihuahua State. Themap of figure 3 shows the distribution of gravel sitestogether w ith their susceptibility to reactivity.

Se r ie sBanks

1 ^^3 G4 G5 G

6 G7 G

8 G

QG1 0 G

1 2 G

1 3 G1 5 G

1 6 G1 7 G

19G2 0 G2 1 G

2 2 G2 3 G

24G2 6 G2 7 G

An l is is pe t rogr f ico de los minera les reacPtrographie examination reactive minerals

andeslias/andesitescalcedonWa/chalcedonycuarzo/q u a rtzcalcedonlia/chalcedonycuarzo/quartzanesWas/ande sitescalceonlta/chalcedonycuarzo/quartzcuarzo/quartzoWias/lithic rhyolitesandeslias/andesitescuarzo/quartzrloWtas/lithic rhyoiitesandes i t a s /a n d e s / f e sca\cedon\\a/ch aicedor\ycuarzo/quartzr io l i tas/ / / f / i /c rhyoiitesroltas///Y/7/c andsitespalo/opalcuarzo/quartzandesas/andesitescuarzo/quartznoWias/lithic rhyolitesca\cedon\ia/chalcedonycuarzo/quartz p a l o / o p a /a n d e s i t a s / a n d e s / f e sca\cedon\ta/chalcedonycrlstobaWia/cristobalitacuarzo/quartzrIoWtas/lithic rhyolitescuarzo/quartzandes\tas/ande sitescuarzo/quartza n d e s i t a s / v . andsitesca\cedon\ia/c h a Ice don ycuarzo/quartzcuarzo/quartzrlo Xas lithicrhyolitesa n d e s i t a s /a /7 d e s / f e sca\cedor)\{a/chalcedonycuarzo/quartzf r a g m e n t o s Ht/fragments lith. silifiedsar\des\Xas/andesitescuarzo/quartzar\des\tas/andesitascuarzo/quartzrloWias/lithic rhyolitesandeslias/andesitescuarzo/quartzandeslias/andesitescuarzo/quartzandeslias/andesitescuarzo/quartz

D i f r a c c i n d e r ay o s XX-ray difraction

c u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

c. cr ipt /crypf quartzc. cript /crypf quartz

c u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

c u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

c . cript /crypf quartzcuarzo criptocristalinocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

c u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

c u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartzc u a r z o c r i p t o c r i s t a l i n ocryptocristalline quartz

En sa yo q u mico r p id o AS TM C 2 8 9 )Clas i f cac in de r idosQuick chemical test AS TM C 289)Aggregates classification Sc

i n e r t e / / n n o c i / o t / sp o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactivep o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactivep o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactivep o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactiveInerie/innocuous

p o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactive

p reaciWo/potentially reactivep reacWvo/potentially reactive

Inerie/innocuous

Inerie/innocuousp o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactive

reacilwo/re activer e a c t i v o / r e a ctive

Inerie/innocuousreacilvo/re a ctivep o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactive

p o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactivereacilvo/rea ctive

p o t e n c i a l m e n t e r e a c t i v opotentially reactiveInerie/innocuousInerie/innocuous

5 07 1 9

4 4 83 7 4

3 3 24 6 1

4 7 8

4 9 5368

4

115 3 1

5 0 96 8 5

544 4 45 2 9

3 1 96 7 9

4 5 22 0

4 5 9

R c105ll2 2 6

2 7 8179

2 4 11 1 8 2

2 2 8

121182

198

7 43 0 4

110110

1 0 4 31072 7 0

2474 7

2 3 21 3 0 11219

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S I G N SS I G N O SINNOCUOUS AGGREGATERIDOS INERTESPOTENTIALLY REACTIVE AGGREGATESRIDOS POTENCL\LMENTE REACTIVOSREACTIVE AGGREGATERIDO REACTIVOCURRENT OF WATERCORRIENTE DE AGUALAGOONLAGUNA

STATE OFSNALOA

Figura2 .- Distribucin de localizacin de arenas junto con su susceptibilidad a la reactividad por rido-lcali.Figure 2.' Distribution of sands sites, together with their susceptibility to alkali silica reactivity.

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S I G N SS I G N O SINNOCUOUS AGGREGATERIDOS INERTESPOTENTIALLY REACTIVE AGGREGATESRIDOSPOTENCLLLMENTE REACTIVOSREACTIVE AGGREGATERIDO REACTIVOCURRENT OF WATERCORRIENTE DE AG UALAGOONLAGUNA

STATE OFSINALOA

Figura 3.- Distribucin de localizaciones de gravas junto con su susceptibilidad a la reactividad por rido-lcali.Figure 3.- Distribution of gravels sites, together with their susceptibility to alkali silica reactivity.

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El mtodo ASTM C 289 junto con el anlisispetrogrfico, proporcionan informacin til pararegular el uso de ridos contaminados en esta regin yevitar el costo de reparacione s debidas a ASR. C on elfin de obtener ms informacin acerca de ASR, en elEstado de Chihuahua se continuarn realizando pruebascomo ASTM C 1260. La publicacin de los resultadosest permitiendo una adecu ada difisin de los lugaresdonde los ridos deberan ser consideradoscuidadosamente, siendo esto una ventaja parainversionistas nacionales y extranjeros.

4 . C O N C L U S I O N E SSlo uno de los tres cementos probados mostraron noser susceptibles a la reaccin debido a que el cementopresenta menos de 0,6% de lcalis totales.Se detect la presencia de algunos minerales reactivos,como ca lcedonia, cua rzo, andesitas. Uticos riolticos ycuarzo cristalino.En los resultados preliminares de reactividad potencialde los agregados del estado se Chihuahua se encontrarena reactiva en 2 bancos, potencialmente reactiva en10 bancos y 10 fueron inocuos (ver figura 2). Lasgravas fueron reactivas en 4 bancos, potencialmentereactivas en 11 bancos y 7 fixeronnocuas. Seproporciona un mapa con la distribucin de estainformacin (ver figura 3).No hay correlacin entre los resultados del anlisispetrogrfico y los resultados de la prueba qum icarpida estndar (ASTM C 289), debido a que todos losagregados clasificados por la prueba qumica rpidacomo reactivos, inocuos o potencialmente reactivos,tienen elementos deletreos de acuerdo a los resultadosdel anlisis petrogrfico (ASTM C 295). En general, seconsideran ms confiables los resultados del an lisispetrogrfico (ASTM C 295) por lo que se planeacontinuar la investigacin con pruebas de expansin debarras de mortero como ASTM C 1260.La prueba qumica rpida (ASTM C 289) permiti unaclasificacin prelim inar de los ridos de la reginindicando ridos inocuos en 38%, reactivos en 14% ypotencialmente reactivos en 48% de los bancosprobados. Esta reactividad potencial debe ser evaluadacon la norma ASTM C 1260 en orden a tener unadistribucin ms completa de la ASR.A G R A D E C I M I E N T O SUno de los autores, Olague, agradece el apoyo de laUACH (Universidad Autnoma de Chihuahua), alFM ES (Fondo de Modernizacin de la Educacin

TheASTM C 289 method together withaptrographieexamination, provided useful information to regulatethe use of contaminated aggreg ates in this region andthey are avoiding the cost of ma ny repairs due to theASR. More tests following the ASTM C1260 method inorder to obtain most information about the ASR on theChihuahua State aggregates are beingperformed. Thepublication of the results is allowing an adequatediffusion of the places where the aggregates should betaken carefully and this is an advantage mainly for thenational and foreign investors.

4. CONCLUSIONSOnly one of the three tested cements showed nosusceptibility for reaction due to its less than 0.6 oftotal alkalies content.It was detected the presence of some reactive minerals,like chalcedony, quartz, andsites, lithic rhyolites andcrystalline quartz.Thepreliminary results of potential reactivity of theaggregates of the State of Chihuahua wasfound. Sandwas reactive in 2 banks, potentially reactive in 10banks and 10 were innocuous (figure 2). Gravel wasreactive in 4 banks, potentially reactive in 11 banks and7 were innocuous. A map with the distribution of thisinformationwasprovided (figure 3).There is not correlation between the results of theptrographie examination and the results of thestandard quick chemical test (ASTM C 289), becauseall the classified aggregates, by the quick chemical test,as reactive, innocuous or potentially reactive, havedeleterious elements according to the results of theptrographie examination (ASTM C295). In general,ptrographie examination is considered a most reliabletest and this is why research with expansion mortar bartests (ASTM C1260) isplanned to continue.

TheASTM C 289 Standard quick chem ical test alloweda preliminary classification of the region aggregatesindicating innocuous aggregates in 38 , reactiveaggregates in 14 , and potential reactivity in 48 ofthe tested banks. This potential reactivity must beevaluated with the ASTM C1260 Standard in order tohave a more complete distribution of the ASR.ACKNOWLEDGEMENTSOne of the authors, Olague, thanks the support ofUAC H (AutonomousU niversity of Chihuahua) and thepartial su pport from FICA (Foundation of Civil

30 MATERIALES DE CONSTRUCCIN, Vol. 5 2, n 26 8, octubre/noviembre/diciembre 2002

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Superior) de la SEP (Secretara de Educacin Pblica)y el apoyo parcial a la FICA (Fundacin de IngenierosCiviles Asociados) pa ra una beca doctoral y al proyectoCONACYT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologade Mxico), contrato 9704012. Los autores estn endeuda con Emilio Caballero Morales y Jorge LuisAlmaral, por llevar a cabo las pruebas de este estudio ya la UACH, GCC, CEMEX y CINVESTAV-IPNUnidad Mrida por su apoyo parcial. Los puntos devista expresados aqu son responsabilidad de losautores y no son necesariamente los de lasorganizaciones que les apoyaron.

Engineer Associate) for a doctoral grant andaprojectCON ACYT (National Council of Science andTechnology ofMexico), contract 9704012. The authorsare indebted with Emilio Caballero Morales and JorgeLuis Almaral for performing the tests of this study andtoUACH, Grupo GCC, CEMEX andCINVESTAV -IPNUnidad Mrida for their partial support. The viewsexpressed here are those of the authors are notnecessarily those of the supporting organizations.

BIBLIOGRAFA- Almaral, J. (1999). Physical and Chemical Characterization of aggregates for Concrete Pavements . M. Eng. Thesis. Maestra enVas Terrestres, UACH, Chihuahua, Mxico,pp.138.- American Society of Testing and Materials, 1994. ASTM C 1260-94. Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity ofAggregates (Mortar-Bar Method) ' Annual Book of Standards, Vol. 4.02 Construction,pp .652-655.- American Society of Testing and Materials,1994. ASTMC289-94, StandardTestMethod for Potential A lkali-Silica ReactivityofAggregates (Chemical Method) , Annual Book of Standards, Vol. 4.02 Construction,pp .159-165.- American Society of Testing and Materials,1994. ASTM C 295-94, Standard Practice for Ptrographie Examination of Aggregatesfor Concrete , Annual Book of Standards, Vol. 4.02 Construction,pp .176-183.- Caballero, E. (1999). Evaluations of materials for dictaminate potentially Reactive Aggregate in Concrete Pavements . M. Eng.Tesis,Maestra en Vas Terrestres, Facultad de Ingeniera, Universidad Autnoma de Chihuahua, Chihuahua, Mxico, 1999pp.90.- Chaiken, B., and Halstead, W., (1960). Correlation Between Chemical and Mortar Bar Test for Potential Alkali Reactivity ofConcreteAggregate BulletinNo .239 Highway (Transportation) Research Board, pp.24-40.- Chatterji, S. (1978). Accelerated Method for the Detection of Alkali-Aggregate Reactivities of Aggregates,' Cement and ConcreteResearch, V 8,No.5, sep t, pp. 647-650.- Duncan, M., Swenson, E., Gillott, J., and Foran, M.R. (1973). Alkali-Aggregate Reaction in Nova Scotia: 1. Summary ofaFiveYear Study, Cement and Concrete Research,V.3,No.1,Jan., pp. 55-69.- Duncan, M. A. G; Swenson, E.G; Gillott, J.E.; and Foran, M.R., (1973). Alkali-Aggregate Reaction in Nova Scotia: III LaboratoryStudies of Volume Change. Cement and Concrete Research. V. 3,No.3, may, pp. 233-245.- Gibson, W. (1938) Study of map Cracking in Sand-Gravel Concrete Pavement, Proceedings, Highways (Transportation) ResearchBoard, V.18,Part. 1,pp.227-237.- Hadley, D. (1968) Fiel and Laboratory Studies on the Reactivity of Sand Gravel Aggregates , Joumal, PCA Research andDevelopment Laboratories,V.10, No. 1jan ., pp.17-33.- Idom, G, and Roy, D. (1986). Opportunities with Alkalies in Concrete Testing, Research, and Engineering Practice, Alkalies inConcrete Testing, Research, and Engineering Prac tice, Alkalies in Concrete, STP-930 ASTM, Philadelphia,pp.5-15.- INEGI State Goverment of Chihuahua. S tatistical Annually of State of Chihuahua. Edition 1997.- Mather, B. (1948). Ptrographie Identification of Reactive Constituents in Concrete Aggregates, Proceedings, ASTM, V. 48,pp.1120-1125.- Mielenz, R. (1958 ), Ptrographie Examination of Concrete Aggregate to Determine Potential Alkali-Reactivity, Research PaperN0.I8 -C, H ighway (Transportation) Research Board,pp.29-38.- Mielenz, R. (1978). Ptrographie Examination (Concrete Aggregates), Significance of Tests and Properties of Concrete MakingMaterials, STP-169B,ASTM, Philadelphia, Chapter33,pp.536-572.- Oberholster, R., and Davies, G (1986). Accelerated Method forTesting thePotential Reactivity of SiliceousAggregates, Cementand Concrete Research, V.16, No.2, mar., pp. 181-189.- Powers T., and Steinour, H., (1955), Interpretation of some published Research on the Alkali-Aggregate Reaction Part. 1, TheChemical Reactions and Mechanism of Expansion, ACIJoumal, ProceedingsV.51,No.6, feb., pp.497-516.- Shayan, A. (1996). Alkali-aggregate reaction in concrete, in Proceedings of the10*International Conference on Alkali-AggregateReaction in Concrete, Melbourne, Australia.- Stanton,T.(1940) Expansion of Concrete through Reaction Between Cementand Aggregate, proceedings,ASCE,V.66,de c, pp.1781-1812.- Stark,D.(1978). * Alkali-Silica Reactivity in the Rocky Mountain Region, Proceedings,4*International conference on effects ofAlkalies in Cement and concrete; Purdue University,pp.235-243.- Stark, D. (1994). Alkali Silica reactions in concrete, in: P.Klieger, J.F. Lamond (Eds.), Significance of Tests and Properties ofConcrete and Concrete-Making Materials, ASTM STP 169C, ASTM, Philadelphia, PA, pp.365-371.- Stark, D., and Bhatty, M. (1986). Alkali-Silica Reactivity: Effect of Alkali in Aggregate on Expansion, Alkalies in concrete,STP-930, ASTM, Philadelphia,pp .16-30.- U.S.Army Corps of Engineers (1994), Standard Practice for Concrete for Civil Works Structures, Engineer Manual 1110-2-2000,including Change 1,31 July 94 Washington CD, 20314-1000.MATERIALES DE CONSTRUCCIN, Vol.52,n268,octubre/noviembre/diciembre 2002 31

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