CC BY
97
Строительные материалы и изделия
УДК 666.972.53
Г.С. Славчева, Е.М. Чернышов
СЛАВЧЕВА ГАЛИНА СТАНИСЛАВОВНА - доктор технических наук, профессор кафедры технологии строительных материалов, изделий и конструкций (Воронежский государственный архитектурно-строительный университет). 20-летия Октября ул., 84. Воронеж, 394006. Е-mail: [email protected]
ЧЕРНЫШОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ - доктор технических наук, профессор, академик РААСН, директор академического центра «Архстройнаука» (Воронежский государственный архитектурно-строительный университет). 20-летия Октября ул., 84, Воронеж, 394006. Е-mail: [email protected]
Влияние структуры высокопрочных модифицированных бетонов на дилатометрические эффекты при их замораживании
Предложена обобщенная трактовка механизма морозного разрушения строительных материалов с обоснованием критериальных для него параметров структуры. Представлены результаты дилатометрических исследований высокопрочных модифицированных бетонов, впервые позволивших выявить взаимосвязь параметров их структуры с мерой деформирования материала при замораживаниии водонасыщенных образцов бетона.
Ключевые слова: высокопрочный бетон, параметры структуры, морозное разрушение, дилатометрия.
Введение
Интенсивное освоение богатейших ресурсов северных территорий России (Арктики, Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока), в том числе месторождений нефти и газа, открытых на арктическом шельфе России (в Баренцевом, Карском морях и в море Лаптевых), определяет потребность в масштабном строительстве транспортных, гидроэнергетических и морских сооружений. При проектировании данных сооружений, выборе и применении материалов необходимо учитывать низкие отрицательные температуры, большое число циклов «замораживание-оттаивание», высокую влажность воздуха, высокую активность солнечной радиации, сейсмические воздействия, ледовые воздействия, большие снеговые и ветровые нагрузки, высокую агрессивность морской воды.
Опыт строительства морских сооружений и их эксплуатации в условиях Арктики позволил выявить наиболее значимые факторы, влияющие на интенсивность износа материала: обледенение, ледовая абразия, перепады температур и, соответственно, переменное замораживание-оттаивание водонасыщенного материала, химическая коррозия от действия морской воды [10, 19].
Установлено, что износ бетона, вызываемый попеременными циклами замораживания-оттаивания, коррозией в морской воде, усиливает абразионное воздействие ледяного покрова на конструктивные элементы сооружений, приводя к уменьшению их рабочего сечения и, соответственно,
© Славчева Г.С., Чернышов Е.М., 2015
снижению несущей способности. Поэтому вопросы обеспечения стойкости и долговечности, надежной работы бетонов в экстремальных условиях эксплуатации в сооружениях особенно актуальны.
Результаты многочисленных исследований российских и зарубежных ученых (см., например, [23]) позволили обосновать уровень требований к свойствам бетонов для морских и гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в экстремальных условиях: прочность при сжатии не менее 70 МПа, марка по водонепроницаемости не менее W12, марка по морозостойкости не менее F400, истираемость не более 0,3-0,4 г/см , водопоглощение на уровне 1-2,5 мас %, высокая сопротивляемость проникновению хлоридов, высокая газонепроницаемость, регулируемые показатели деформативности (в том числе компенсация усадки бетона в возрасте 14-28 сут естественного твердения).
Такой уровень качества достигается в бетонах нового поколения высоких (HPC) и ультравысоких (UHPC) технологий. Их повышенная прочность, водонепроницаемость, морозостойкость базируются на следующих факторах [5-9, 18, 20-22]: низком В/Ц (0,2-0,3), комплексном применении микро- и нанодисперсных (микрокремнеземы, нанокремнеземы, нанотрубки и т.д.) составляющих и пластифицирующих добавок. Это обеспечивает получение композитов с плотной (объем пор не выше 4-6%), микропористой (содержание пор с r < 20 нм до 30 % от общего объема пор) структурой.
Не секрет, что активное применение в строительстве таких высокотехнологичных модифицированных бетонов сегодня опережает уровень наших знаний об их эксплуатационном поведении. В значительной степени это касается проблемы морозостойкости, которая, очевидно, является одним из критических свойств для долговечности цементных бетонов, предназначенных для эксплуатации в условиях Арктики. Накоплен значительный объем исследований по морозостойкости бетонов, в том числе и бетонов нового поколения, но в них преобладает феноменологический подход к решению данной проблемы. Работы последних лет преимущественно направлены на оценку показателей морозостойкости различных бетонов [2, 9, 13, 15] или на разработку математических моделей деградации свойств материала при переменном замораживании-оттаивании [4, 11, 12] без рассмотрения сущности и механизма морозного разрушения бетонов, причин такого разрушения в связи параметрами их структуры.
О механизме морозного разрушения
Обобщение и развитие гипотез о механизме морозного разрушения, обоснованных в работах ученых середины прошлого века А.С. Беркмана и И.Г. Мельниковой, О.Е. Власова, Г.И. Горчакова, Г.Г. Еремеева, П.Н. Каптерева, А.И. Конопленко, О.В. Кунцевича, В.М. Москвина и М.М. Капкина, И.А. Мощанского и др. [1, 3, 14], позволяет предложить следующую трактовку существа физических явлений, приводящих к морозной деструкции материалов.
Накопление повреждений в микрообъеме материала представляется результатом кристаллизационных явлений и одновременно кристаллизационного давления льдообразования, гидростатического и гидравлического давления воды, связанных с преобразованием жидкой фазы в льдо-фазу. При этом критериальными для развития морозной деструкции считаются два основных фактора: 1) критическая степень насыщения объема пор водой (91,7%), 2) температура замерзания воды в материале. Однако и при «докритических» значениях степени насыщения пор водой не исключается возможность интенсивного морозного разрушения от действия кристаллизационного льдообразования.
Дело в том, что морозная деструкция в макрообъеме, т.е. в конструкции, в условиях одностороннего ее охлаждения оказывается результатом развития процессов массопереноса, миграции жидкой фазы в направлении к охлаждаемой поверхности, накопления вблизи нее с льдообразованием. В зоне одностороннего охлаждения содержание жидкой фазы может достигать и превышать критическое значение, при котором льдообразование способно привести материал к быстрому слоистому разрушению.
В этом случае определяющим для развития морозной деструкции может являться фактор массопроводности материала в термоградиентных условиях его эксплуатации в конструкции.
Можно представить такие структуры материала, обладающие такой силой связи воды с твердой фазой и поровым пространством, при которых достижение термодинамического (теплового) равновесия в односторонне охлаждаемой конструкции будет обеспечиваться не тепло-, массоперено-сом, а преимущественно теплопереносом без сколько-нибудь существенной миграции влаги из теплых зон в охлаждаемые зоны. В этом случае не смогут формироваться слои с критическим вла-госодержанием в материале, и будет исключаться сегрегационное слоистое льдообразование.
Исходя из такого понимания процессов морозной деструкции нами обоснована совокупность характеристик материала, которые и «задают» интенсивность и меру развития деструктивных процессов при замораживании увлажненного материала и, соответственно, скорость морозного разрушения [16, 17]. Критериальный для развития морозной деструкции фактор (температура замерзания воды в материале) зависит от силы связи воды со структурой материала, предопределяемой адсорбционной активностью поверхности твердой фазы (характеризуется теплотой смачивания qтв.ф), сродством жидкой фазы к твердой фазе (характеризуется краевым углом смачивания в ), распределением объема порового пространства по радиусу пор йгпор/йУпор (характеризуется средним эквивалентным радиусом пор гэ).
Морозная деструкция оказывается тем меньшей, чем в большей мере структура порового пространства материала и поверхность его твердой фазы препятствуют развитию процесса кристаллизации. В зависимости от структуры материала значение температуры замерзания воды в нем может быть снижено от 0 °С (свободная вода в макропорах) до -70 °С (адсорбционная вода в нанопорах г < 20 нм).
В соответствии с изложенным для изучения процессов морозной деструкции весьма эффективным представляется дилатометрический метод оценки морозостойкости, так как его основой служит положение о взаимосвязи интенсивности морозного разрушения водонасыщенного материала с величиной его предельных деформаций при замораживании. Здесь использован важнейший с методической точки зрения момент: деформации при замораживании водонасыщенного материала рассматриваются как обобщающий критерий оценки комплекса происходящих в нем физических явлений, приводящих к развитию напряжений и морозному разрушению.
Мера деформирования материала при замораживании, являющаяся следствием и «тестом» возможного проявления кристаллизационного давления при льдообразовании, может отличаться на два порядка. Доказано, что более высокие показатели морозостойкости соответствуют меньшим величинам этих деформаций. И это объясняется пониженными значениями внутренних напряжений в материале и скорости накопления повреждений, определяемой уровнем таких напряжений.
Излагаемые ниже результаты проведенных нами экспериментальных исследований относятся именно к этому направлению, являющемуся составной частью структурного материаловедения.
Результаты дилатометрических исследований при замораживании
высокопрочных модифицированных бетонов
Объектом исследований являлись высокопрочные модифицированные бетоны, изготовленные с применением комплексных модификаторов структуры серии МБ на основе микрокремнезема и суперпластификатора, разработанных группой ученых НИИЖБ [6, 8]. Композиционный состав модификаторов, благодаря синергетическому эффекту действия микрокремнезема и пластификатора, предопределяет более высокую эффективность каждого из ингредиентов, объединенных в единую форму. Именно поэтому в настоящее время в России наибольшее практическое применение получили высокопрочные бетоны на основе комплексных модификаторов серии МБ. Подчеркнем, что специалистами НИИЖБ впервые в отечественной практике были применены при строительстве Кислогубской ПЭС в Баренцевом море высокопрочные и быстротвердеющие бетоны с прочностью на сжатие до 200 МПа, сочетающие высокие показатели морозостойкости (Р 1000 и выше) и водонепроницаемости ^20 и более) со стабильностью объема и повышенной стойкостью к различным агрессивным воздействиям [6, 8].
Исследования проводились на высокопрочных модифицированных бетонах (табл. 1), структура цементирующего вещества которых регулировалась варьированием дозировки модификатора в диапазоне 0-30% от массы цемента, так как именно этот диапазон используется в настоящее время в составах высокопрочных бетонов, рекомендованных для промышленного применения. При этом изменение дозировки МБ-01 рассматривалось как фактор регулирования соотношения объемов цементирующего вещества и зерен микрокремнезема, соотношения объема твердой фазы и пор, распределения пор по размерам, объема и химико-минералогического состава новообразований цементирующего вещества, удельной поверхности и поверхностной энергии твердой фазы. Все исследуемые серии изготовлены из высокоподвижных бетонных смесей с ОК=20-24 см. Применялись следующие сырьевые материалы: цемент портландский ЦЕМ I 42.5, органоминеральный модификатор МБ 10-01 по ТУ 5743-073-46854090-98, песок кварцевый природный (модуль крупности Мк = 1,6), щебень гранитный фракции 5-20 мм.
При реализации исследований комплексно оценивались критериальные для морозостойкости параметры структуры цементирующего вещества бетонов (табл. 2): удельная площадь поверхности твердой фазы оценивалась по методу Пауэрса (по емкости монослоя адсорбированных молекул воды при парциальном давлении водяного пара p/ро=0,2); с помощью четырехточечного метода БЭТ (по адсорбции азота на приборе SoftSorbi) определялось содержание нанопор гэ<20 нм в общем объема пор; запас поверхностной энергии твердой фазы оценивался калориметрическим методом по теплоте смачивания.
Таблица 1
Характеристика составов высокопрочных модифицированных бетонов
Варьируемые рецептурно-технологические факторы Значения рецептурно-технологических факторов
Содержание МБ-01, % от массы цемента 0 12 22 30
В/(Ц+МБ-01) 0,34 0,33 0,32 0,32
Расход цемента, кг/м3 550-690
Расход песка, кг/м3 (Мк = 1,6) 620
Расход крупного заполнителя, кг/м3 (щебень гранитный фракции 5-20 мм) 1100 -1250
Морозостойкость бетонов связана с критической степенью насыщения объема пор водой (91,7%), поэтому в опытах оценивалась степень заполнения пор и наличие резервного объема пор в бетоне в водонасыщенном состоянии. Оценка деформаций водонасыщенных образцов дилатометрическим методом проводилась при их замораживании в диапазоне температур (0- -60) °С.
Таблица 2
Критериальные для морозостойкости параметры структуры цементного микробетона (матрицы высокопрочных модифицированных бетонов)
Дозировка МБ-01, % от массы цемента В/Ц Содержание пор, м3/м3 Удельная площадь поверхности твердой фазы 8тв.ф , м2/г Теплота смачивания поверхности твердой фазы дтв.ф, кДж/кг Содержание пор радиусом гэ, % от общего объема пор
< 20 нм > 20 нм
0 (эталон) 0,4 0,34 82,2 15,1 24 76
8 -12 0,34 0,33 27,5 22,8 26 74
15-22 0,26 0,26 33,6 40 60
30 0,24 0,24 70,9 29,1 31 69
Анализ полученных результатов (табл. 3) показывает следующее. Цементный бетон может обладать такой структурой, что его поры после водонасыщения оказываются в значительной мере или нацело заполненными водой. Это свойственно немодифицированным системам, в поровом пространстве которых находится значительное количество пор с радиусом гэ > 20 нм. Применение
ультрадисперсного модификатора МБ-01 приводит к преобладанию в поровом пространстве бетона гелевых пор с величиной среднего эффективного радиуса < 20 нм, повышению удельной поверхностной энергии его твердой фазы почти до 30 кДж/кг (табл. 2). Вследствие этого значительный объем жидкой фазы в структуре находится в поле действия поверхностных сил, что при во-донасыщении является препятствием для влагопереноса жидкости в структуре. Это и является причиной наличия значительного резервного объема пор в структуре модифицированного бетона. Для всех серий модифицированного бетона показатель степени заполнения пор водой при водо-насыщении оказывается ниже критического значения и не превышает Ужф/Умп = 0,87.
Таблица 3
Показатели влажностного состояния бетона
Модифицированный бетон Показатели влажностного состояния после водонасышения
Отношение объема жидкой фазы к объему пор Ужф/Умп Резервный объем пор Урп
Содержание МБ-01, % от массы цемента 0 0,93 0,07
12 0,64 0,36
22 0,79 0,21
30 0,87 0,13
Как показывает анализ механизма и факторов морозного разрушения, повышенную степень заполнения пор водой следует считать необходимым, но не достаточным условием разрушения при замораживании. Определяющее значение будет иметь не то, сколько воды содержалось в порах материала в момент начала его охлаждения, и даже не то, сколько ее стало содержаться в зоне охлаждения после миграционного перемещения, а то, сколько ее перешло в лед и как при этом развивались напряжения в материале, оцениваемые по проявлению им деформаций в процессе замораживания.
Сравнительные исследования деформирования сухих и водонасыщенных образцов модифицированных бетонов при замораживании позволили охарактеризовать ряд закономерностей влияния структуры материала на развитие процесса льдообразования и соответствующее этому формирование напряженного состояния.
Характер деформирования водонасыщенных образцов бетонов всех исследуемых серий при охлаждении (см. рисунок) свидетельствует, что в первый период воздействия среды с отрицательной температурой наблюдаемое уменьшение объема материала является следствием температурного деформирования его твердой фазы. Данные объемные изменения могут уже в этот период в определенной мере перекрываться увеличением объема жидкой фазы при переходе ее в лед. В последующем деформации материала оказываются связанными в основном с развитием процесса льдообразования. При этом деформированное и напряженное состояние водонасыщенного бетона при замораживании и соответствующие эффекты на кривых деформирования еобусловливают-ся особенностями его структуры.
Для немодифицированного бетона отличия в характере деформирования сухих и водона-сыщенных образцов определяются параметрами порового пространства, которое характеризуется двумодальным распределением пор по их радиусам. По мере охлаждения материала эффект увеличения объема в результате льдообразования достаточно четко наблюдается в интервалах (0...-10) °С и (-50...-60) °С (см. рисунок, а). Наиболее значительный эффект увеличения объема в результате льдообразования достаточно четко наблюдается при (0...-10) °С, то есть в эксплуатационном диапазоне отрицательных температур (табл. 4). Для серий образцов с дозировкой модификатора 12-22%, отличающихся значительным содержанием пор гэ = 5-20 нм, высокой удельной поверхностной энергией твердой фазы (до 29 кДж/кг), сила связи структуры с водой такова, что для перехода воды в лед сил кристаллизации оказывается недостаточно для соответствующей переориентации воды в порах и на границе с твердой фазой. Поэтому деформации расширения вообще практически не фиксируются (см. рисунок, б; табл. 4). Увеличение объема и среднего радиу-
са пор при дозировке модификатора 30% от массы цемента приводит к появлению деформаций расширения (см. рисунок, в) для водонасыщенных образцов при 1®-0 °С и 1= (-40...-60) °С, что свидетельствует об образовании льда и повышает вероятность морозного разрушения в эксплуатационном диапазоне температур.
-60
температура. °С
-40 -20 0
20
0.0 /°> /о.» > 0.6 0,8 - у]
/
V/ 2 2 2
Ц/У У X X =Г ш
/ а. о - а» 1—«*-1
-60
температура. °С -40 -20 0
температура. °С
20 -60
—водонасыщеиные образцы х сухие образцы
0.0 7 7 0Л О 6 /
у 5 2 2
0.8 - X =Г го
/ а. о •& В И-1
-й-й- [/
/у /с/а
4 / Г 0,6 п а 2 2 2
■Ц N X X =г (О 2
/ / Л/ 1 П а. о §
а
б
в
Дилатометрические эффекты при замораживании сухих и водонасыщенных образцов высокопрочных модифицированных бетонов: а - бетон с немодифицированной структурой; б - бетон с модифицированной структурой (содержание модификатора МБ-01 12- 22% от массы цемента); в - бетон с модифицированной структурой (содержание модификатора МБ-01 30% от массы цемента)
Таблица 4
Деформации бетонов при температуре 0...-6 °С
Характеристика состава материала Приведенные деформации Де=Евод - £сух, мм/м при температуре
0...-10 °С -20.-30 °С <50 °С
Содержание МБ-01, % от массы цемента 0 0,10-0,20 0,10-0,12 0,40-0,50
1222 0,02-0,05 Нет 0-0,27
30 0,05-0,13 Нет 0,25-0,40
Таким образом, дилатометрические исследования показывают, что разность относительных деформаций при замораживании водонасыщенных и сухих образцов (величина приведенных деформаций Дв = 8вод-8сух) при охлаждении в диапазоне температур 0...-60 °С, снижается по мере увеличения содержания нанопор в материале и повышения запаса избыточной поверхностной энергии твердой фазы. Вероятность льдообразования и развития морозной деструкции является минимальной для высокопрочных бетонов при содержании в их составе модификатора МБ-01 в количестве 12-22%.
Заключение
Интенсивное освоение арктической зоны России обусловливает актуальность обеспечения трещиностойкости и долговечности бетонов в экстремальных условиях эксплуатации. Это касается и проблемы морозостойкости, которая является одним из критических свойств для долговечности цементных бетонов.
Исходя из предложенной трактовки механизма морозной деструкции, ее интенсивность зависит от силы связи воды со структурой материала, предопределяемой величиной поверхностной энергии и смачиваемостью поверхности твердой фазе, объемом и структурой порового пространства. Мера деформирования материала при замораживании, эффективно фиксируемая дилатометрическим методом, позволяет прогнозировать степень проявления кристаллизационного давления при льдообразовании, приводящего к развитию напряжений и морозному разрушению.
Полученные результаты исследований дают основание прогнозировать повышение сопротивления бетонов морозному разрушению при условии модифицирования его порового пространства в направлении уменьшения среднего эффективного радиуса пор. Твердая фаза должна при этом характеризоваться возможно более высоким сродством к воде, что наряду с уменьшением радиуса пор предопределяет снижение степени замерзания воды в материале. В итоге могут быть снижены мера деформирования материала при замораживании, значения внутренних напряжений в материале от льдообразования и, соответственно, скорость накопления повреждений, определяемая уровнем таких напряжений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беркман А.С., Мельникова И.Г. Структура и морозостойкость строительных материалов. М.: Гос-стройиздат, 1962. 164 с.
2. Бровкина Н.Г., Верченко Б.И., Горн К.С. Морозостойкость бетона, пропитанного солями // Ползу-новский вестник. 2012. № 1/2. С. 32-35.
3. Горчаков Г.И. Состав, структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат, 1976. 144 с.
4. Добшиц Л.М. Физико-математическая модель разрушения бетонов при попеременном замораживании и оттаивании // Вестник гражданских инженеров. 2009. № 3. С. 104-110.
5. Калашников В.И., Гуляева Е.В., Валиев Д.М. и др. Высокоэффективные порошково-активированные бетоны различного функционального назначения с использованием суперпластификаторов // Строительные материалы. 2011. № 11. С. 44-47.
6. Каприелов С.С. Бетоны нового поколения с высокими эксплуатационными свойствами // Долговечность и защита конструкций от коррозии: материалы междунар. конф., М., 1999. С. 191-196.
7. Каприелов С.С., Гольденберг А.Л. Свойства высокопрочного бетона, подвергнутого периодическому воздействию температуры // Строительные материалы. 2013. № 3. С. 60-66.
8. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С. Уникальные бетоны и опыт их реализации в современном строительстве // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 1. С. 42-44.
9. Каприелов С.С., Шейнфельд А.В., Силина Е.С. и др. Высокопрочные бетоны повышенной морозо-солестойкости с органоминеральным модификатором // Транспортное строительство. 2000. № 11. С.24-28.
10. Коломиец В.И., Ким Л.В. Морозостойкость и абразивная стойкость бетона для ледостойких опор нефтегазопромысловых платформ // Строительные материалы. 2007. № 7. С. 57-60.
11. Леонович С.Н., Пирадов К.А. Оценка морозостойкости методами механики разрушения // Вестник гражданских инженеров. 2009. № 3. С. 134-136.
12. Леонович С.Н. Прочность конструкционных бетонов при циклическом замораживании с позиции механики разрушения. Брест: Изд-во БГТУ, 2006. 380 с.
13. Мороз М.Н., Калашников В.И., Петухов А.В. Морозостойкость гидрофобизированных бетонов // Молодой ученый. 2014. № 19. С. 222.
14. Москвин В.М., Капкин М.М., Савицкий А.Н. и др. Бетон для строительства в суровых климатических условиях. Л.: Стройиздат, 1973. 168 с.
15. Трофимов Б.Я., Крамар Л.Я., Шулдяков К.В. Влияние количества шлака в цементе на морозостойкость тяжелого бетона // Строительные материалы. 2013. № 9. С. 96-101.
16. Чернышов Е.М., Славчева Г.С. Морозное разрушение и морозостойкость строительных материалов: современная трактовка механизма и факторов управления // Вестник отделения строительных наук РААСН. Белгород, 2005. Вып. 9. С. 447-459.
17. Чернышов Е.М., Славчева Г.С. Физико-химическая природа взаимосвязи свойств строительных материалов с их влажностным состоянием // Academia. 2008. № 1. С. 87-92.
18. Шнайдер У. Ультравысокопрочные бетоны и их свойства // Вестник гражданских инженеров. 2009. № 3. С. 164-169.
19. Bekker A.T., Uvarova T.E., Kim L.V. Abrasion effect of ice cover on supports of structures in conditions of Sakhalin island shelf. Proc. Int. Offshore and Polar Engineering conference. Honolulu, USA, 2003.
20. Duval R., Kadri E.H. Influence of Silica Fume on the Workability and the Compressive Strength of HighPerformance Concretes. Cement and Concrete Research. 1998;4:533-547.
21. Igarashi S.I., Bentur A., Kovler K. Autogenous shrinkage and induced restraining stresses in high-strength concretes. Cement and Concrete Research. 2000;11:1701-1707.
22. Mak S.L., Torii K. Strength development of high strength concretes with and without silica fume under the influence of high hydration temperatures. Cement and Concrete Research. 1995;8:1791-1802.
23. M0en E., Jacobsen S. Ice abrasion data on concrete structures-an overview. Proc. Nordic Concrete Research Workshop, Helsinki, October 25-26, 2007. P. 59-103.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Building Materials and Products
Slavcheva G.S., Chernyshov E.M.
GALINA S. SLAVCHEVA, Doctor of Technical Sciences, Professor. Voronezh State Architecture-Construction University, Voronezh. 84 20th Anniversary of October St., Voronezh, 394006, e-mail: gslavcheva@yandex .ru
EVGENI M. CHERNYSHOV, Doctor of Technical Sciences, Professor, Voronezh State Architecture-Construction University, Voronezh. 84 20th Anniversary of October St., Voronezh, 394006. e-mail: [email protected]
The action of the structure of modified high performance concretes on dilatometric effects when freezing
The paper proposes a generalised interpretation of the mechanism of freeze failure of building materials with substantiated criteria for its structural parameters. It presents the results of the dilatometric studies of modified high performance concrete allowing, for the first time, to identify the relationships between the parameters of their structure and the measure of the deformation of material resulting when the freezing the saturated samples of concrete.
Key words: high performance concrete, structural parameter, frost failure, dilatometry.
REFERENCES
1. Berkman A.S., Melnikova I.G. Structural and frost resistance of building materials. M., Gosstroyizdat, 1962, 164 p. (in Russ.) [Berkman A.S., Mel'nikova I.G. Struktura i morozostojkost' stroitel'nyh materialov. M.: Gosstrojizdat, 1962. 164 s.]
2. Brovkina N.G., Verchenko B.I., K.S. Frost resistance of the concrete impregnated with salts. News of Polzunov's conference. 2012;1-2:32-35. (in Russ.) [Brovkina N.G., Verchenko B.I., Gorn K.S. Morozostojkost betona, propitannogo soljami // Vestnik Polzunovskoi konferentsii. 2012. № 1-2. S. 32-35].
3. Gorchakov G.I. Structure and properties of cement concrete. M., Stroyizdat, 1976, 144 p. (in Russ.) [Gorchakov G.I. Sostav, struktura i svojstva cementnyh betonov. M.: Strojizdat, 1976. 144 s.].
4. Dobshits L.M. The physical and mathematical model of destruction concrete at alternate freezing and thawing. News of civil engineers. 2009;3:104-110. (in Russ.) [Dobshic L.M. Fiziko-matematicheskaja model razrushenija betonov pri poperemennom zamorazhivanii i ottaivanii // Vestnik grazhdanskih inzhenerov. 2009. № 3. S. 104-110].
5. Kalashnikov V.I., Gulyaeva E.V., Valiyev D.M. et al. The highly effective powder activated concrete of various functional purpose with use of supersofteners . Structural materials. 2011;11:44-47. (in Russ.) [Kalashnikov V.I., Guljaeva E.V., Valiev D.M. i dr. Vysokojeffektivnye poroshkovo-aktivirovannye betony razlichnogo funkcionalnogo naznachenija s ispolzovaniem superplastifikatorov // Stroitelnye materialy. 2011. № 11. S. 44-47].
6. Kapriyelov S.S. Concrete of new generation with high operational properties. Durability and protection of designs against corrosion: proc. of International conference. Moscow, 1999, p. 191-196. (in Russ.) [Kaprielov S.S. Betony novogo pokolenija s vysokimi ekspluatatsionnymi svojstvami // Dolgovechnost i zashhita konstrukcij ot korrozii: trudy mezhd. konferentsii. Moskva, 1999. S. 191-196].
7. Kapriyelov S.S., Goldenberg A.L. Properties of the high-strength concrete subjected to periodic influence of temperature. Structural materials. 2013;3:60-66. (in Russ.) [Kaprielov S.S., Goldenberg A.L. Svojstva vysokoprochnogo betona, podvergnutogo periodicheskomu vozdejstviju temperatury // Stroitelnye materialy. 2013. N 3. S. 60-66].
8. Kapriyelov S.S., Sheynfeld A.V., Kardumyan G.S. Unique concrete and experience of their realization in modern construction. Industrial and civil construction. 2013;1:42-44. (in Russ.) [Kaprielov S.S., Shejnfeld A.V., Kardumjan G.S. Unikalnye betony i opyt ikh realizatsii v sovremennom stroitelstve // Promyshlennoe i gra-zhdanskoe stroitelstvo. 2013. № 1. S. 42-44].
9. Kapriyelov S.S., Sheynfeld A.V., Silina E.S. et al. High-strength concrete of the raised frost resistance with the organic and mineral modifier. Transport construction. 2000;11:24-28. (in Russ.) [Kaprielov S.S., Shejnfeld A.V., Silina E.S. i dr. Vysokoprochnye betony povyshennoj morozosolestojkosti s organomineralnym modi-fikatorom // Transportnoe stroitelstvo. 2000. № 11. S. 24-28].
10. Kolomiyets V.I., Kim L.V. Frost resistance and abrasive firmness of concrete for ice-resistant shafts of oil and gas platforms. Structural materials. 2007;7:57-60. (in Russ.) [Kolomiets V.I., Kim L.V. Morozostojkost i abrazivna-ja stojkost betona dlja ledostojkikh opor neftegazopromyslovykh platform // Stroitelnye materialy. 2007. № 7. S. 57-60].
11. Leonovich S.N., Piradov K.A. Assessment of frost resistance by methods of mechanics of destruction. News of Civil Engineers. 2009;3:134-136. (in Russ.) [Leonovich S.N., Piradov K.A. Ocenka morozostojkosti metodami mehaniki razrushenija // Vestnik grazhdanskikh inzhenerov. 2009. № 3. S. 134-136].
12. Leonovich S.N. Strength of structural concrete at cyclic freezing from a position of mechanics of destruction. Brest, BRGTU Publ., 2006, 380 p. (in Russ.) [Leonovich, S.N. Prochnost' konstrukcionnyh betonov pri ciklicheskom zamorazhiva-nii s pozicii mehaniki razrushenija. Brest: Izd-vo BrGTU, 2006. 380 s.].
13. Moroz M.N., Kalashnikov V.I., Petuhov A.V. Frost resistance of hydrophobizating concretes. Young scientist. 2014;19:222. (in Russ.) [Moroz M.N., Kalashnikov V.I., Petuhov A.V. Morozostojkost gidrophobiziro-vannykh betonov // Molodoj uchenyj. 2014. № 19. S. 222].
14. Moskvin V.M., Kapkin M.M., Savitsky A.N. et al. Concrete for construction in severe climatic conditions. L., Stroyizdat, 1973, 168 p. (in Russ.) [Moskvin V.M., Kapkin M.M., Savickij A.N., Jarmakovskij V.N. Beton dlja stroitelstva v surovykh klimaticheskikh uslovijakh. L.: Strojizdat, 1973. 168 s.].
15. Trofimov B.Ya., Kramar L.Ya., Shuldyakov K.V. Influence of amount of slag in cement on frost resistance of heavy concrete. Construction materials. 2013;9:96-101. (in Russ.) [Trofimov B.Ja., Kramar L.Ja., Shul-djakov K.V. Vlijanie kolichestva shlaka v cemente na morozostojkost tjazhelogo betona // Stroitelnye materialy. 2013. N 9, S. 96-101].
16. Chernyshov E.M., Slavcheva G.S. Frosty destruction and frost resistance of construction materials: modern treatment of the mechanism and factors of management. Bulletin of division of construction sciences of PAACH. No. 9. Belgorod, 2005, p. 447-459. (in Russ.) [Chernyshov E.M., Slavcheva G.S. Moroznoe razrushenie i morozostojkost stroitelnykh materialov: sovremennaja traktovka mehanizma i faktorov upravlenija // Vestnik otdelenija stroitelnykh nauk RAASN. Belgorod, 2005. N. 9. S. 447-459].
17. Chernyshov E.M., Slavcheva G.S. Physical-chemical nature of relationships between the properties of structural materials with its moisture state. Academia. 2008;1:87-92. (in Russ.) [Chernyshov E.M., Slavcheva G.S. Fiziko-himicheskaja priroda vzaimosvjazi svojstv stroitelnykh materialov s ikh vlazhnostnym sostojaniem // Academia. 2008. № 1. S. 87-92].
18. Schneider U. Ultrahigh-strength concrete and their properties. Bulletins of civil engineers. 2009; 3:164169. (in Russ.) [Shnajder U. Ul'travysokoprochnye betony i ih svojstva // Vestnik grazhdanskih inzhenerov. 2009. № 3. S. 164-169].
19. Bekker A.T., Uvarova T.E., Kim L.V. Abrasion effect of ice cover on supports of structures in conditions of Sakhalin island shelf. Proc. Int. Offshore and Polar Engineering conference. Honolulu, USA, 2003.
20. Duval R., Kadri E.H. Influence of Silica Fume on the Workability and the Compressive Strength of High-Performance Concretes. Cement and Concrete Research. 1998;4:533-547.
21. Igarashi S.I., Bentur A., Kovler K. Autogenous shrinkage and induced restraining stresses in high-strength concretes. Cement and Concrete Research. 2000;11:1701-1707.
22. Mak S.L., Torii K. Strength development of high strength concretes with and without silica fume under the influence of high hydration temperatures. Cement and Concrete Research. 1995;8:1791-1802.
23. M0en E., Jacobsen S. Ice abrasion data on concrete structures-an overview. Proc. Nordic Concrete Research Workshop, Helsinki, October 25-26, 2007. P. 59-103.
