CC BY
18УДК 691.42 : 666.3
Б.Я. ТРОФИМОВ, д-р техн. наук (tbya@mail.ru), Л.Я. КРАМАР, д-р техн. наук
Южно-Уральский государственный университет (454080, Россия, г. Челябинск, пр. Ленина, 76)
Деформации и стойкость бетона при циклическом замораживании
Приведены теоретическое обоснование и экспериментальные подтверждения причин морозной агрессии в бетоне. Рассмотрены особенности воздействия на цементный камень и бетон замораживания в солевых растворах. Показано, что требования нормативов по обеспечению воздухововлечения при производстве морозостойких дорожных и гидротехнических бетонов для высокопрочных бетонов не всегда эффективны. Установлено, что для обеспечения морозостойкости высокопрочных бетонов без воздухововлечения необходимо низкое водоцементное соотношение и применение активных минеральных добавок, способствующих формированию низкоосновных гидросиликатов кальция гелеобразной структуры, стойкой к выщелачиванию.
Ключевые слова: дорожный бетон, гидротехнический бетон, морозостойкость, циклическое замораживание и оттаивание, воздухововлечение, льдообразование, пористость, деформации, активные минеральные добавки.
B.Ya. TROFIMOV, Doctor of Sciences (Engineering) (tbya@mail.ru, L.Ya. KRAMAR, Doctor of Sciences (Engineering), South Ural State University (National Research University) (76, Lenina Ave., 454080, Chelyabinsk, Russian Federation)
Deformations and Durability of Concrete During Cyclic Freezing
Theoretical substantiation and experimental verifications of reasons for frost aggression in concrete are presented. Features of effect of freezing in salt solutions on the cement stone and concrete are considered. It is shown that the requirements of standards to ensure the air entrainment in the course of production of frost-resistant road and hydraulic concretes are not always effective for high-strength concretes. It is established that to ensure the frost resistance of high-strength concretes without air entrainment, the low water-cement-ratio and the use of active mineral additives which favour the formation of low-basic calcium hydro-silicates of the gel-like structure resistant to leaching are necessary.
Keywords: road concrete, hydraulic concrete, frost-resistance, cyclic freezing and thawing, air entrainment, ice formation, porosity, deformation, active mineral additives.
Одним из направлений применения цементных бетонов является широкое их использование в дорожном строительстве. Протяженность дорог в США 6506 тыс. км, в Германии — 644 тыс. км, во Франции — 951 тыс. км, в России — 982 тыс. км. Дорожное строительство в России в настоящее время интенсивно развивается. До 2018 г. намечено построить не менее 120 тыс. км дорог. В современном мире строительству дорог с цементобетонными покрытиями уделяется особое внимание и они составляют от общей протяженности в Китае — 22%, Германии — 31%, Бельгии — 41%, США - 35%, а в России только 9%.
Достоинством цементобетонных дорожных покрытий являются:
— повышенный срок службы — 26 лет (для асфальтобетонных 10—15 лет);
— стоимость 1 км трассы 26 млн р. (асфальтобетонных — 25 млн р.);
— устойчивость к истиранию, высокий коэффициент сцепления основания с колесами;
— высокие прочность и деформативность покрытия независимо от температуры и влажности, отсутствие колеи.
Дорожные и аэродромные покрытия представляют собой армированные или неармированные плиты на упругом основании, которые изгибаются под действием переменных транспортных нагрузок. Поэтому основ-
ным расчетным напряжением является прочность бетона при изгибе Лизг. Увеличение Лизг с 4—5 МПа до 6—6,5 МПа повышает срок службы дорожного покрытия с 20 до 30—50 лет. Прочность бетона при изгибе зависит от активности цемента — его прочности при изгибе Лцизг и плотности цементного камня, определяемой величиной Ц/В:
Яиэт = 0,39 Яциэт (Ц/В—0,1)(1—0,025ВВ),
где ВВ — % вовлеченного воздуха от объема бетона.
Морозостойкость дорожного бетона является важнейшей характеристикой его долговечности, особенно при насыщении покрытия водными растворами антиобледенителя, и оценивается марками по морозостойкости F50—F1000.
Другое направление использования бетонных и железобетонных конструкций — гидротехническое строительство. Для гидротехнического бетона с маркой по морозостойкости не ниже F200, эксплуатируемого в на-сыщеном морской или минерализованной водой состоянии, регламентируемое по ГОСТ 26633—91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия», воз-духововлечение должно назначаться в зависимости от наибольшей крупности заполнителя (табл. 1).
По ЕN 206-1 «Бетон — Общие технические требования, производство и контроль качества» для сред
Таблица 1
НК заполнителя, мм Воздухововлечение, % по объему, при В/Ц
Менее 0,41 0,41-0,5 Более 0,5
10 3+1 4+1 6+1
20 2+1 3+1 5+1
40 2+1 2+1 4+1
80 2+1 2+1 3+1
эксплуатации с циклическим замораживанием бетонных и железобетонных конструкций XF2 — при умеренном водонасыщении с применением антиобледенителя; XF3 — при сильном водонасыщении без антиобледенителя, XF4 — при сильном водонасыщении, в том числе морской водой, с применением антиобледенителя (минимальное воздухововлечение при изготовлении бетона должно быть 4%).
При анализе нормативных требований по воздухо-вовлечению возникает вопрос, каким должно быть воздухововлечение для высокопрочных морозостойких бетонов с низкими водоцементными отношениями.
Морозостойкость — способность материалов в состоянии насыщения жидкой фазой (водой или для дорожного бетона 5% раствором хлорида натрия) не разрушаться при циклическом замораживании и оттаивании. Эта характеристика чаще всего определяет продолжительность межремонтных сроков дорожных покрытий и зависит: от объема, размеров пор и капилляров, наличия вовлеченного воздуха, от степени насыщения жидкой фазой, от состава жидкой фазы, от скорости и температуры замораживания, от В/Ц, структуры и состава гидратных фаз цементного камня, от качества исходных материалов, от состава, качества и степени уплотнения бетонной смеси, от длительности и качества ухода за бетоном и т. д. — всего более 100 факторов.
В первую очередь для получения высокоморозостойких бетонов необходимы материалы строго определенных свойств и качества.
Цементы должны соответствовать ГОСТ Р 55224—2012 «Цементы для транспортного строительства. Технические условия». Для бетона дорожных и аэродромных покрытий, мостовых конструкций и железобетонных изделий рекомендуются только портландцементы Цем1, Цем11 /АШ (с добавкой доменного граншлака до 15%). Начало схватывания цемента не менее 2 ч, без ложного схватывания, С3А не более 7% по массе, щелочей в пересчете на №20 не более 0,8%, не допускается использование пластифицированного и гидрофобного цементов. Для гидротехнического бетона рекомендуются: портландцемент и портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент и сульфатостойкие цементы по ГОСТ 10178—85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия», ГОСТ 31108—2003 «Цементы общестроительные. Технические условия», ГОСТ 22266—94 «Цементы сульфатостойкие. Технические условия». Заполнители чистые, фракционированные, с постоянным зерновым составом, без вредных примесей, плотные, прочные, морозостойкие. Вода по ГОСТ 23732—2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия». Химические добавки водоредуцирующие, воздухововлекающие и стабилизирующие по ГОСТ 24211— 2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия».
Наиболее распространенным представлением о разрушении бетона при циклическом замораживании считается гипотеза гидравлического давления воды, отжимаемой льдом из зоны промерзания (гипотеза Т.К. Пауэрса). Согласно этой гипотезе, охлаждение воды начинается с поверхности и это приводит первоначально к образованию льда в устьях капилляров, которые как бы закупориваются ледяными пробками. Замерзание воды при охлаждении более удаленного от поверхности слоя бетона сопровождается увеличением объема льда на 9,07%, что вызывает возникновение избыточного давления в еще не замерзшей воде, которая как бы отжимается в глубь бетона. Проталкивание воды через сужения пор и микрокапилляров сопровождается повышением давления, которое передается на стенки пор и капилляров, приводя их в напряженное состояние. Под действием напряжений возникают локальные
деформации цементного камня в бетоне, которые вызывают микроразрушения, накапливающиеся с увеличением числа циклических замораживаний.
На основании этих представлений Т.К. Пауэрсом сделаны очень важные практические выводы о критической степени водонасыщения бетона, которая не должна превышать примерно 91% порового объема для размещения образующихся кристаллов льда, о необходимости воздухововлечения для обеспечения резервных объемов, куда может отжиматься вода при льдообразовании. Во всем мире в настоящее время принято обеспечивать морозостойкость бетона путем вовлечения воздуха при приготовлении бетонной смеси. Это мероприятие до трех раз увеличивает марку бетона по морозостойкости. Наличие в бетоне вовлеченного воздуха или газа в виде пузырьков диаметром 100—500 мкм снижает гидравлическое давление тем больше, чем ближе к опасному капилляру расположена воздушная полость. Если воздушные пузырьки расположены достаточно близко к капилляру, в котором замерзает вода (по Т.К. Пауэрсу этот «фактор расстояния» должен быть не более 0,0254 см), то гидравлическое давление не превысит прочность бетона на растяжение и его разрушения не произойдет.
По данным Г. Вербека, разрушения бетона при циклическом замораживании не происходит, если цементно-песчаная матрица содержит равномерно распределенные газонаполненные пузырьки, обеспечивающие фактор расстояния менее 0,02 см для обеспечения стойкости бетона при морозной агрессии в суровых условиях эксплуатации. Комитет 201 — Американского института бетона рекомендует воздухововлечение в пределах 4—7,5% от объема бетона при уменьшении наибольшей крупности заполнителей от 150 до 9,5 мм.
Но при изменении расхода цемента в бетоне при постоянном В/Ц и воздухововлечении фактор расстояния будет существенно меняться (до двух раз), причем с ростом расхода цемента он будет увеличиваться, что приведет к снижению морозостойкости бетона. На практике отмечается обратная тенденция — снижение морозостойкости с уменьшением расхода цемента. Установлено, что для некоторых технологий воздухо-вовлечение неприемлемо, например при прессовании увеличение содержания воздуха в смеси может привести к растрескиванию изделий.
Деформации водонасыщенного бетона при замораживании на воздухе и оттаивании в воде изучены достаточно хорошо К.Г. Красильниковым, А.Ф. Тарасовым, С.Ф. Бугримом, Е.И. Слепокуровым и др., а сведения о деформациях при циклическом замораживании образцов бетона в воде и в растворе антиобледенителя ограничены. Ранее проводимые авторами исследования стойкости гидратных фаз цементного камня бетона к старению и их взаимосвязь с деформативными свойствами и морозостойкостью бетона подтверждаются исследованиями последнего времени [1, 2].
Цель работы: исследование возможности получения дорожных бетонов высокой морозостойкости без возду-хововлечения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
— изучить деформации бетона и особенности их протекания при циклическом замораживании и оттаивании;
— определить причины расширения бетона при замораживании на воздухе, в воде и в водных растворах хлорида натрия;
— установить особенности деформирования образцов бетона при оттаивании;
— выявить факторы, уменьшающие или предотвращающие накопление остаточных деформаций расширения бетона;
Таблица 2
Материал Содержание оксидов, мас. %
SiO2 А12О3 Ре20з СаО МдО SOз ППП
Клинкер 21,04 5,81 4,71 65,81 1,94 0,34 0,14
МК 92,5 0,75 2,3 1,8 3 - 1,4
— проверить влияние этих факторов на морозостойкость мелкозернистого бетона.
Испытания деформаций проводили на образцах песчаного бетона 1:3 при В/Ц=0,3.
Морозостойкость и остаточные деформации определяли на образцах мелкозернистого бетона с В/Ц=0,2—0,3 без воздухововлечения.
Для изготовления образцов применяли портландцемент ПЦ 400 Д20 Коркинского цементного завода по ГОСТ 10178, природный гранодиоритовый щебень и кварцевый песок, удовлетворяющие требованиям соответствующих стандартов.
В качестве активной минеральной добавки использовали микрокремнезем Челябинского электрометаллургического комбината в соответствии с ТУ 5743-04802495332—96 «Кремнезем конденсированный».
Химический состав клинкера портландцемента и микрокремнезема (МК) приведен в табл. 2.
В качестве пластифицирующей добавки использовали суперпластификатор СП-1.
Для испытаний деформаций исследуемых материалов использовали кварцевый дилатометр с погрешностью до 1%.
На рис. 1 приведены типичные дилатограммы бетонных образцов, сухого и водонасыщенного, замораживаемых на воздухе.
Сухой образец при охлаждении до -60оС сжимался, а при последующем нагревании расширялся по линейному закону в соответствии с коэффициентом термического расширения. Водонасыщенный образец сжимался по линейному закону до точки В, т. е. до переохлаждения воды ниже 0оС на 6о, после чего отмечался резкий всплеск деформаций расширения до точки С вследствие льдообразования в макрокапиллярах с выделением скрытой теплоты кристаллизации и повышением температуры до — 1оС, затем отмечался плавный сброс деформаций расширения (участок СD на кривой 2) с дальнейшим выходом на линейный участок (до точки L). Начиная с точки L дальнейшее охлаждение сопровождается плавным нарастанием деформаций расширения в интервале температур -30 — -44оС вследствие
льдообразования в микрокапиллярах разных размеров. При -50оС в точке Е вновь начинается линейный участок деформирования бетона совместно с образовавшимся льдом, поэтому изменяется угол наклона этой прямой. При нагреве от -60 до -33оС линейный участок; МN — таяние льда в микрокапиллярах; GР — таяние льда в макрокапиллярах; КА — величина остаточных деформаций расширения, т. е. деструкция бетона за один цикл. Таким образом, деформации расширения фиксируются при образовании льда в капиллярных порах (участки ВС и LE) и при нагреве на участке EMNG вследствие более высокого коэффициента температурного расширения бетона со льдом, чем без него. Это связано с тем, что коэффициент объемного термического расширения льда (около 15040-6 мм/(мм-град) примерно в три раза больше, чем у бетона.
В результате льдообразования в макрокапиллярах происходит упругое расширение бетона, достигающее в точке С максимума, затем оно резко снижается вследствие перемещения микрокапиллярной влаги в полости бетона. Причин, вызывающих появление таких микрополостей, может быть несколько:
— недоуплотнение бетонной смеси при формовании — допускается по СНиП 3.09.01—85 «Производство сборных железобетонных конструкций и изделий» для смесей тяжелого бетона не более 2%, для мелкозернистых и жестких бетонных смесей не более 4%;
— контракция системы цемент — вода в процессе гидратации вследствие химического и адсорбционного связывания воды;
— адсорбционная контракция — уменьшение объема адсорбционной влаги при охлаждении. Следовательно, для повышения морозостойкости
бетона нужно:
— снижать капиллярную пористость бетона, которая при благоприятных условиях (отсутствие расслоения бетонной смеси, предотвращение испарения воды из твердеющего бетона, предотвращение трещинообра-зования вследствие температурных и влажностных градиентов, предотвращение или снижение усадочных деформаций) будет состоять из капиллярной
10 20 30 т, с
а2 > а3 > а,
Рис. 1. Деформации сухого (1) и водонасыщенного (2) образцов мелкозернистого бетона при замораживании и оттаивании: +£ - относительные деформации расширения; -е - относительные деформации сжатия
£.104, мм/мм 4
-10
20
I оС
Рис. 2. Относительные деформации образца водонасыщенного бетона при замораживании и оттаивании в воде: кривые AF и FN (1ц) - первый цикл замораживания и оттаивания; 2ц - второй цикл; 3ц - третий цикл; сух - деформации сухого образца на воздухе
научно-технический и производственный журнал
£.104, мм/мм
Рис. 3. Относительные деформации образца бетона, насыщенного и замораживаемого в 5% растворе хлорида натрия. Обозначения см. рис. 2
пористости цементного камня, зависящей от величины В/Ц и степени гидратации цемента;
— повышать степень гидратации цемента для снижения капиллярной пористости и увеличения объема контракционных пор;
— обеспечивать направленное структурообразование цементного камня таким образом, чтобы формировались стабильные гелеобразные гидросиликаты кальция, обеспечивающие высокую прочность, плотность камня и повышенное содержание адсорбционной влаги. На рис. 2 приведены дилатограммы образцов мелкозернистого бетона, сухого, а также водонасыщенного и замораживаемого в кювете с водой.
На участке АВ происходит термическое сокращение образца в соответствии с коэффициентом термического расширения насыщенного водой бетона. При температуре -3оС происходит аномальное сжатие образцов вследствие образования льда в кювете. На участке СD в интервале температур от -3 до -28оС образуется лед в макрокапиллярах, что, вероятно, вызвано повышением давления воды в них как из-за внешнего обжатия льдом, так и вследствие замерзания воды в самих порах. Здесь отсутствует падение давления, как при замораживании образцов на воздухе (рис. 1, участок СD). На участке DЕ от -30 до -45оС происходит снижение деформаций расширения вследствие более интенсивного сжатия льда в
£.104, мм/мм
Количество циклов замораживания-оттаивания
Рис. 4. Рост остаточных деформаций расширения образцов бетона при циклическом замораживании до -50оС и оттаивании в различных средах: 1 - в воде; 2 - в 3% растворе хлорида натрия; 3 - в 5% растворе хлорида натрия; 4 - в 10% растворе хлорида натрия
порах бетона, чем самого бетона. EF — второй участок развития деформаций расширения за счет льдообразования в микрокапиллярах при -45 —50оС. Кривая нагревания FKLMGN идет значительно выше кривой замораживания и величина NA — остаточные деформации, к началу третьего цикла остаточные деформации увеличились в три раза с 1 • 10-4 до 3,440-4 мм/мм, а кривая охлаждения почти полностью лежит в области деформаций расширения.
Таким образом, если при замораживании на воздухе водонасыщенных образцов бетона можно говорить об интенсивном снижении давления в макрокапиллярах вследствие отжатия воды в резервные полости, то при замораживании в воде этого не наблюдается и, вероятно, в этом случае воздухововлечение не является кардинальным способом повышения морозостойкости бетона. Можно предположить, что при образовании льда в кювете на поверхности бетона остается слой воды, который под давлением в результате льдообразования перемещается в открытые капилляры и через них в резервные полости. С понижением температуры давление увеличивается как вследствие замерзания части поверхностной воды, так и вследствие температурного сжатия ледяной обоймы вокруг испытываемого образца. В этом случае имеющиеся полости заполняются водой и перестают играть роль резервных объемов.
На рис. 3 приводятся деформации образца мелкозернистого бетона насыщенного и замороженного в 5% растворе хлорида натрия при циклическом замораживании и оттаивании.
Первое замораживание приводит к образованию небольшого количества льда в бетоне при -4оС, затем следует образование льда при -5оС в кювете и небольшие деформации обжатия образца. В температурном интервале от -7 до -20оС происходит замораживание льда в макрокапиллярах. Большая протяженность этого участка, вероятно, вызвана образованием пресного льда с увеличением концентрации соли в незамерзшем растворе, из которого вымерзает часть воды при более низкой температуре, и так до температуры криогидратной точки, при которой образуется лед и кристаллогидраты поваренной соли. С увеличением числа циклов этот участок расширяется при втором замораживании, он расположен в интервале от -3 до -26оС, при третьем — от -5 до -33оС. Вероятно, это связано с увеличением размеров микрокапилляров.
£.104, мм/мм
Количество циклов замораживания-оттаивания
Рис. 5. Результаты накопления относительных остаточных деформаций удлинения при циклическом замораживании: 1 - В/В =0,2, 10% МК; 2 - В/В=0,25, без МК; 3 - В/В=0,25, 10% МК; 4 - В/В=0,25, 20% МК; 5 - В/В=0,3, без МК; 6 - В/В=0,3, 10% МК; 7 - В/В=0,3, 20% МК
Таблица 3
В/В МК/Ц, % Прочность при сжатии, МПа, после следующего количества циклов
0 10 20 30 40 50 60
0,2 10 84 81 85 80 83 84 90
0,25 0 68 68 67 66 67 60 52
10 67 66 68 66 67 64 66
20 78 74 75 75 77 78 82
0,3 0 57 53 46 39 32 27 26
10 62 63 64 61 62 62 60
20 62 63 64 59 56 47 38
Таблица 4
В/В МК/Ц, % Прочность при изгибе, МПа, после следующего количества циклов
0 10 20 30 40 50 60
0,2 10 9,3 9,5 11 10,3 10,2 9,8 9,4
0,25 0 7,2 5,7 5,6 4,8 3,8 2,5 2,7
10 8,2 8,3 8,4 7,6 7,3 4,4 4,2
20 8,8 9,2 9,1 8,5 8,3 8,4 8,8
0,3 0 5,8 3,6 2,5 1,8 1,7 1,3 1,1
10 7,2 8,2 6,3 3,8 2,4 1,3 1
20 9 8,2 6,2 4,4 2,6 1,6 1,4
На участке CD происходит сокращение размеров льда в порах бетона за счет большей величины коэффициента температурного сжатия льда. На участке DЕ формируется лед в микрокапиллярах. При нагреве от -50 до -20оС проходят интенсивные деформации расширения образца бетона, затем идет участок таяния льда в микро-и макрокапиллярах. Остаточные относительные деформации расширения после первого цикла составляют 1,6-10-4 мм/мм, после второго цикла — 4,8^ 10-4 мм/мм.
По накоплению остаточных деформаций расширения образцов бетона в процессе циклического замораживания и оттаивания можно судить об интенсивности деструкции при испытании в различных условиях. На рис. 4 приводятся результаты сравнительных испытаний накопления деформаций расширения после первых пяти циклов образцов мелкозернистого бетона при замораживании до -50оС и оттаивании в соответствующей жидкой среде при +20оС.
Из полученных результатов испытаний следует, что при замораживании и оттаивании образцов в воде после первого цикла появляются и растут равномерно до третьего цикла включительно остаточные деформации расширения. Затем скорость деструкций увеличивается после четвертого и пятого циклов, суммарные деформации расширения после пяти циклов составили 7,8^ 10-4 мм/мм. В растворах 3% и 5% хлорида натрия отмечается прогрессирующая скорость разрушения образцов уже после первого цикла, а после пятого цикла относительные деформации расширения составили соответственно 11,8^ 10-4 и 14,740 мм/мм. Циклическое замораживание в 10% растворе хлорида натрия оказывается менее деструктивным, чем в воде: после пятого цикла деформации расширения составили 6-10-4 мм/мм. Скорость деструкции может быть показателем ускоренной оценки морозостойкости бетона.
Для испытания морозостойкости образцов мелкозернистого бетона были изготовлены образцы-балочки 4x4x16 см с составом Ц:П = 1:3 с использованием следующих предпосылок:
— при В/Ц менее 0,35 лед в цементном камне не образуется после первого замораживания, однако с увеличением числа циклов появляются деформации
расширения при замораживании, соответствующие льдообразованию в макрокапиллярах;
— в процессе циклического замораживания происходит коррозия первого вида, связанная с выносом гидроксида кальция из цементного камня и со старением цементного геля;
— для стабилизации структуры цементного камня и повышения его стойкости к коррозии первого вида необходимо введение активных минеральных добавок. Микрокремнезем — эффективная пуццолановая добавка, но он повышает водопотребность бетонной смеси, поэтому необходимо введение дополнительно водоредуцирующей добавки.
При изготовлении образцов мелкозернистого бетона без воздухововлечения изменяли В/В отношение в пределах 0,2—0,3 и дозировку микрокремнезема от 0 до 20% от цемента. В/В отношение определялось как отношение массы воды затворения к суммарной массе цемента и микрокремнезема, дозировка суперпластификатора обеспечивала постоянную удобоукладываемость бетонной смеси.
Образцы-балочки после изготовления и твердения в течение 25 сут при температуре 20±2оС и относительной влажности воздуха не менее 90% на 3 сут погружали в 5% водный раствор поваренной соли, после чего испытывали контрольные образцы, а остальные подвергали циклическому замораживанию в кюветах с 5% раствором хлорида натрия до -50оС и оттаиванию до +20оС. Средние результаты испытания прочности образцов при сжатии по шести половинкам балочек и при изгибе по трем балочкам (внутрисерийный коэффициент вариации прочности не превышал 14,7%) после различного числа циклов приведены в табл. 3, 4.
По результатам определения прочности при сжатии выдержали испытание:
• образцы с В/В=0,2 + 10%МК; с В/В=0,25 с 10 и 20% МК — 60 циклов;
• образцы с В/В=0,3 + 10%МК - 50 циклов;
• образцы с В/В=0,25 без МК — 40 циклов;
• образцы с В/В=0,3 + 20%МК — 20 циклов.
По результатам определения прочности при изгибе выдержали испытание:
• образцы с В/В=0,2 + 10%МК; с В/В=0,25 + 20% МК -60 циклов;
• образцы с В/В=0,25 + 10%МК - 20 циклов;
• образцы с В/В=0,3+10%МК - 10 циклов. Измерялись также накопления остаточных деформаций расширения образцов в процессе циклического замораживания. Результаты этих измерений представлены на рис. 5.
Наиболее стойкими оказались образцы с В/В=0,2, 10% МК (1) и с В/В=0,25, 20% МК (4). Они после 60 цик-лов не имели остаточных деформаций удлинения.
Из полученных результатов следует:
1. Снижение В/В и увеличение добавки микрокремнезема способствует увеличению прочности бетона при сжатии и изгибе, особенно интенсивно увеличивается прочность при изгибе при постоянной величине водовяжущего отношения.
2. Замена части цемента на микрокремнезем вызывает рост отношения RH:jr/R^ при любых значениях В/В, что способствует повышению трещиностойко-сти бетона.
3. Снижение В/В и увеличение дозировки микрокремнезема повышает морозостойкость мелкозернистого бетона.
Полученные в результате проведенных исследований результаты позволяют сделать следующие выводы:
- испытания водонасыщенных образцов мелкозернистого бетона показывают, что существуют три основные причины деструкции бетона: при замораживании на воздухе возникают деформации расширения при льдообразовании в макро- и микрокапиллярах; при оттаивании в воде расширение вызвано увеличением объема образца из-за высокого коэффициента температурного расширения льда;
- образование льда в макрокапиллярах при замораживании на воздухе сопровождается быстрым нарастанием деформаций расширения, которые затем плавно снижаются, возможно, вследствие отжатия воды в резервные полости. Такая картина не наблюдается при замораживании образцов в воде или растворе хлорида натрия. В этом случае при снижении температуры среды деформации расширения наблюдаются в достаточно большом интервале отрицательных температур;
- для снижения деструкции вследствие замораживания и оттаивания бетона необходимо стремиться к созданию таких бетонов, в которых не происходит накопления остаточных деформаций расширения после оттаивания образцов.
Поэтому для обеспечения высокой морозостойкости дорожного бетона без воздухововлечения необходимы:
- низкие исходные значения В/Ц, обеспечивающие снижение капиллярной пористости и водонасы-щения;
- введение активных минеральных добавок, способствующих формированию стойких низкоосновных гидросиликатов кальция гелеобразной структуры.
Список литературы / References
1. Nili M., Ehsani A., Shabani K. Influence of nano-SiO2 and micro-silica on concrete performance. Proceeding Second International Conference on Sustainable Construction Materials and Technologies. June 28—30 (2010). Universita Ploitecnica delle marchs, Ancona, Italy, 2010, рр. 1-5. (In Russian).
2. Palecki S. Influence of ageing on the Frost salt resistance of High Performance Concrete. International Conference on Building Materials, 18-th ibausil. 2012, рр. 2-61. (In Russian).
Есть Такая Система
Группа компаний «Единая Тортовая Система»
20 ЛЕТ НА РЫНКЕ СПЕЦИАЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО СЫРЬЯ
WWW.UTSRUS.COM
Реклама
