Особливості льодоутворення при заморожуванні цементного каменю в бетоні

Abstract

UA: Дисертацію присвячено вивченню особливостей і оцінці небезпеки льодоутворення при заморожуванні цементного каменю. Льодоутворення, як джерело внутрішніх напружень, є одним із факторів, що визначають формування структури й властивостей цементного каменю у зимових умовах. Обґрунтовано доцільність використання комплексу трьох параметрів льодоутворення - маси льоду - Im, температури кристалізації - Tf і ступіні виморожування - Fd порової рідини. Розроблено ITF-модель оцінки небезпеки льодоутворення. Вивчено особливості льодоутворення при заморожуванні цементного каменю на основі цементу та клінкерних мінералів. Закономірності льодоутворення і їх небезпеки класифіковано на три типи за ознаками повної маси льоду та виду залежності Im=f(T). Вивчено вплив технологічних факторів на особливості льодоутворення при заморожуванні цементного каменю: моменту і швидкості заморожування, водотвердого відношення, температури й вологості твердіння, ролі хімічних добавок протиморозного типу на прикладі поташу. Підтверджено доцільність використовування поліфункціональних добавок, які знижують небезпеку льодоутворення.

RU: Диссертация посвящена изучению особенностей и оценке опасности льдообразования при замораживании цементного камня. Показано, что льдообразование, как источник внутренних напряжений, является одним из наиболее значительных факторов, определяющих формирование структуры и свойств цементного камня и бетона в зимних условиях. Обоснована целесообразность использования термодинамического подхода к изучению льдообразования. Показано, что температура фазового перехода "жидкость-твердое" поровой воды понижается вследствие влияния поверхностных сил и определяется радиусом пор по гиперболической зависимости. Для описания льдообразования при замораживании цементного камня обоснована целесообразность использования комплекса трех параметров – массы льда - Im, температуры кристаллизации - Tf и степени вымораживания - Fd поровой жидкости. Параметры Im, Fd, Tf взаимосвязаны между собой и характеристиками пористости. Значение Tf зависит от размера водонасыщенных пор. Величина Fd косвенно характеризует распределение пор по размерам. Значение Im отражает объем заполненных водой пор. Разработана ITF-модель оценки опасности льдообразования. Изучены особенности льдообразования при замораживании цементного камня на основе цементов и клинкерных минералов. Установлено, что замораживание образцов на основе C3S сопровождается двумя фазовыми переходами при –7…-12 и –40…-50°С в порах между кристаллами Са(ОН)2 радиусом 10...20 нм и микропорах CSH-геля, радиусом 1.5...4 нм. Характер льдообразования для C3S в виде двух пиков обусловливает развитие гидравлического давления. При замораживании образцов на основе С3А льдообразование происходит при –4…-9°С в порах радиусом 20…70 нм между кристаллами C3AH6 и C4AH11-19. Доминируют кристаллизационный и осмотический тип давлений. При замораживании цементного камня фиксируются два перехода при –4…-10 и –40…-45°C в порах капилляров радиусом 10…70 нм и CSH-геля радиусом 2…6 нм, соответственно. Закономерности льдообразования и их опасность классифицированы на три типа по признакам полной массы льда и виду зависимости Im=f(T). Изучено влияние технологических факторов на особенности льдообразования при замораживании цементного камня. Оценены эффекты изменения момента и скорости замораживания, водотвердого отношения, температуры и влажности твердения. Отмечается интенсивное снижение массы льда при замораживании цементного камня в первые 2-4 ч с последующим заметным замедлением, что важно для выбора продолжительности использования методов защиты бетона. При изменении В/Т отдельные параметры льдообразования - температура кристаллизации Tf и степень вымораживания Fd поровой жидкости практически не меняются, однако, в интервале значений В/Т 0.3…1.0 общая масса льда Im возрастает с 90 до 250 мг/г. Рост влажности воздуха с 70 до 90% приводит к увеличению значений Im с 110 до 170 мг/г. Тепловлажностная обработка при +80°С за счет интенсификации гидратации обусловливает проявление эффекта льдообразования при –4 и -40°С. Масса льда снижается с 90 до 60 мг/г, т.е. в 1.5 раза по сравнению с образцами нормального твердения. Однако, формирование более крупнокристаллической структуры при ТВО приводит к увеличению значений температуры кристаллизации на 3-4?С. Показано, что введение противоморозных добавок позволяет снизить температуру кристаллизации поровой жидкости с –7 до –17є?. Более целесообразно использование добавок полифункционального типа, которые позволяют снижать водосодержание, температуру кристаллизации поровой жидкости, ускорять твердение, увеличивать тепловыделение. Предложена графическая модель выбора состава многокомпонентной добавки для зимнего бетонирования Р-2.3, при введении которой снижаются значения всех трех параметров льдообразования. Разработанные методики определения опасности и установленные закономерности льдообразования использованы при внедрении технологических режимов и добавок для зимнего бетонирования.

EN: The thesis is devoted to analysis of singularities and estimation of ice formation hazard at quiescing of a cement stone. Ice formation, as the radiant of interior stresses, is one of the factors, which define formation of structure and properties of a cement stone at winter concreting. It is offered to use a complex of three ice formation parameters - mass of ice Im, temperature of crystallization Tf and degree of freezing Fd of a pore fluid. The ITF-model of an estimation of ice formation hazard is designed. The singularities of ice formation are investigated at quiescing of a cement stone on the basis of different binders. Ice formation regularities and their hazard are assorted into three types, which differ on values of complete mass of ice and behaviour of curve Im=f(T). The influence of technology factors on a ice formation singularity: changing of the moment and velocity of quiescing, water-to-solid ratio, temperature and humidity of air during hardening, role of the chemical additives of anti-frost type on an example of potash is estimated. The effectiveness of using of multifunctional additives for winter concreting is justified.