Механизм морозного разрушения бетона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Дано теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение роли низкомодульных включений (частиц), в том числе замкнутых пор воздуховлечения, при морозном разрушении бетона и повышении его морозостойкости. Показано, что равномерно распределенные в структуре бетона низкомодульные включения являются тормозом для роста трещин, образующихся при замерзании поровой воды, повышая тем самым морозостойкость бетона. Теоретически доказано, что предложенные гипотезы описывают возможные процессы возникновения и развития давления при замерзании внутрипоровой воды и не являются механизмом морозного разрушения. Сущностью механизма морозного разрушения является процесс образования, накопления и роста трещин после формирования в структуре бетона объемного поля напряжений, средняя величина которых превышает прочность структуры при растяжении. Признанная в настоящее время в качестве основной гипотеза Т.С. Пауэрса не может объяснить многие имеющиеся теоретические и практические факты, сопровождающие морозное разрушение бетона. Сущность механизма морозного разрушения бетона раскрыта и описана исходя из современных позиций науки – механики разрушения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Панченко

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: alex250354@gmail.com

д-р техн. наук

Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26

А. О. Мурашов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Email: alex250354@gmail.com

аспирант

Россия, 129337, г. Москва, Ярославское ш., 26

Список литературы

  1. Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Модры С., Шиссль П. Долговечность железобетона в агрессивных средах. М.: Стройиздат, 1990. 316 с.
  2. Штарк И., Вихт В. Долговечность бетона. Киев: Оранта, 2004. 293 с.
  3. Фаликман В.Р., Степанова В.Ф., Чехний Г.В. Бетоны и технологии для строительства зданий и сооружений в Арктической зоне // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 2. С. 17–23. EDN: EYDKGE. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2021.02.17-23
  4. Баженов Ю.М. Пути развития строительного материаловедения: новые бетоны // Технологии бетонов. 2012. № 3–4. С. 39–42. EDN: SXLIVD
  5. Розенталь Н.К., Чехний Г.В. Морозостойкость бетона: Обзор. М.: АО «НИЦ «Строительство», 2023. 156 c.
  6. Powers T.C. A working hypothesis for further studies of frost resistance of concrete // Journal of the American Concrete Institute. 1945. No. 16. Vol. 16 (4), pp. 245–272.
  7. Чернышов Е.М. Морозная деструкция бетонов. Ч. 1. Механизм, критериальные условия управления // Строительные материалы. 2017. № 9. С. 40–46. EDN: ZJAMXZ
  8. Пирадов К.А., Гузеев В.А. Физико-механические основы долговечности бетона и железобетона // Бетон и железобетон. 1998. № 1. С. 25–27.
  9. Collins A.R. The destruction of concrete by frost // Jorn. Inst. Civ. Engieneer. 1944. Vol. 23, No. 1, pp. 29–41.
  10. Taber S. Mechanics of frost heaving // Journal of Geology. 1930. Vol. 38. No. 4, pp. 303–317.
  11. Красильников К.Г., Тарасов А.Ф. Фазовые переходы вода-лед в порах цементного камня и бетона // Физико-химические исследования бетонов и их составляющих. Труды НИИЖБ. 1975. Вып. 17. С. 100–110.
  12. Cordon A.W. Freezing and thawing of concrete: Mechanisms and control (ACI monograph). Detroit: American Concrete Institute monograph series, 1966. 99 p.
  13. Бабушкин В.М. Физико-химические процессы коррозии бетона и железобетона. М. Стройиздат, 1968. 187 с.
  14. Ярмаковский В.Н., Кадиев Д.З. Физические основы и технологии создания бетонов, стойких к воздействию криогенных (до -163оС) технологических температур // Сборник научных трудов РААСН: В 2 т. М.: Изд-во АСВ, 2021. Т. 2. С. 329–339.
  15. Власов О.В., Еремеев Г.Г. Значение термоупругих напряжений в повышении долговечности строительных конструкций / Строительная физика. М.: Госстройиздат, 1961. С. 39–48.
  16. Henk B. Betrachtung über Gefügespannung im Beton // Zement-Kalk-Gips. 1956, No. 3, pp. 111–116, 176.
  17. Powers T., Helmuth R.A. Theory of volume changes in hardened portland cement paste during freezing // Proceedings of the Thirty-Second Annual Meeting of the Highway Research Board. Washington, D.C. 1953. Vol. 32, pp. 285–297. https://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/hrbproceedings/32/32-019.pdf
  18. Несветаев Г.В. Бетоны. Ростов н/Д: Феникс, 2013. 381 с.
  19. Брыков А.С. Морозостойкость портландцементного бетона и способы ее повышения. СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2017. 38 с.
  20. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.: АСВ, 2011. 528 с.
  21. Neville A. M., Brooks J.J. Concrete Technology. London: Pearson Education Ltd. 2010. 464 р.
  22. Славчева Г.С. Структурные факторы обеспечения морозостойкости цементных пенобетонов // Строительные материалы. 2015. № 9. С. 53–56. EDN: UKLICX
  23. Трофимов Б.Я., Крамар Л.Я. Деформации и стойкость бетона при циклическом замораживании // Строительные материалы. 2014. № 8. С. 46–51. EDN: SJVXNZ
  24. Hasholt M.T. Air void structures and frost resistance: a challenge to Powers’ spacing factor // Materials and Structures. 2014. Vol. 47. No. 5, pp. 911–923. https://doi.org/10.1617/s11527-013-0102-9
  25. Pigeon M., Lachance M. Critical air void spacing factors for concretes submitted to slow freeze-thaw cycles // American Concrete Institute Journal 1981. Vol. 78, pp. 282–291. https://doi.org/10.14359/6926
  26. Подвальный А.М. О прочностном критерии долговечности бетона. В кн.: Москвин В.М., Саввина Ю.А., Алексеев С.Н. и др. Повышение стойкости бетона и железобетона при воздействии агрессивных сред. М.: Стройиздат, 1975. С. 69–81.
  27. Несветаев Г.В. К оценке морозостойкости нагруженного бетона // Известия вузов. Строительство. 1996. № 11. С. 125–128.
  28. Каприелов C.С., Шейнфельд А.В., Кардумян Г.С. Новые модифицированные бетоны. М.: ООО «Типография «Парадиз», 2010. 258 с.
  29. Kreisel R., French C., Snyder M. Freeze-Thaw Durability of High-Strength Concrete. Report no. MnDOT 1998-10. University of Minnesota.1998.
  30. Панченко А.И., Харченко И.Я., Васильев С.В. Долговечность бетонов с компенсированной химической усадкой // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 48–53. EDN: BUUBDZ. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-773-8-48-53
  31. Panchenko A.I. Bazhenov Yu. M., Kharchenko I. Ya. Durability of the concrete produced on the basis of an expanding sulphate-aluminate cement. Durability and Sustainability of Concrete Structures (DSCS-2018). 2nd International Workshop. Moscow. ACI Technical Publication. 2018. SP-326–33, pp. 1–10.
  32. Шулдяков К.В., Трофимов Б.Я., Крамар Л.Я. Структурный фактор долговечности бетона // Вестник ЮУрГУ. Сер. Строительство и архитектура. 2020. Т. 20. № 1. С. 46–51. EDN: JADLQC. https://doi.org/10.14529/build200105
  33. Lazniewska-Piekarczyk B., Miera P. Frost Resistance of Concrete from Innovative Air-Entraining Cements // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. No. 603, pp. 1–10. https://doi.org/10.1088/1757-899X%2F603%2F4%2F042082
  34. Вовк А.И. Добавки для бетонов с высокой морозостойкостью: от техногенных продуктов к специализированным синтетическим веществам // Гидротехника. 2020. Т. 60. № 3. С. 68–72. EDN: OBXQMR
  35. Марковцова В.В., Парфенова Л.М., Закревская Л.В. Тяжелый бетон морозостойкостью F400 с комплексными химическими добавками // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. F, Строительство. Прикладные науки. 2024. Т. 38. № 3. С. 38–45. EDN: AERNGZ. https://doi.org/10.52928/2070-1683-2024-38-3-38-45
  36. Добшиц Л.М. Пути повышения долговечности бетонов // Строительные материалы. 2017. № 10. С. 4–9. EDN: ZRPHEV
  37. Добшиц Л.М., Николаева А.А. Повышение стойкости бетонов к действию окружающей среды // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер. Материалы. Конструкции. Технологии. 2019. Т. 11. № 3. С. 18–27. EDN: YKAPQQ
  38. Гладких А.С., Кретов В.А. Повышение морозостойкости низкомарочных цементных бетонов, используемых для устройства оснований дорожных одежд // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. 2009. № 4. С. 166–172. EDN: KXMWWZ
  39. Girskas G., Nagrockiene˙ D. Crushed rubber waste impact of concrete basic properties // Construction and Building Materials. 2017. No. 140, pp. 36–42. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.107
  40. Zhu X. Influence of crumb rubber on frost resistance of concrete and effect mechanism // Procedia Engineering. 2011. No. 27, pp. 206–213. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.12.445
  41. Zhang B., Feng Y., Xie J., Lai D., Yu T., Huang D. Rubberized geopolymer concrete: Dependence of mechanical properties and freeze-thaw resistance on replacement ratio of crumb rubber // Construction and Building Materials. 2021. No. 310, pp. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125248
  42. Richardson A., Coventry K., Edmondson V., Dias E. Crumb rubber used in concrete to provide freeze-thaw protection (optimal particle size) // Journal of Cleaner Production. 2016. No. 112, pp. 599–606. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.08.028
  43. Wawrzenczyk J., Molendowska A., Klak A. Effect of Ground Granulated Blast Furnace Slag and Polymer Microspheres on Impermeability and Freeze-Thaw Resistance of Concrete // Procedia Engineering. 2016. No. 161, pp. 79–84. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.501
  44. Несветаев Г.В., Долгова А.В. Влияние редиспергируемых порошков и низкомодульных включений на свойства мелкозернистого бетона после многократного замораживания-оттаивания // Инженерный вестник Дона. 2019. № 6. С. 1–16. EDN: SEVIPX http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/N6y2019/6029 (дата обращения 13.03.2025).
  45. Панченко А.И., Мурашов А.О. Влияние низкомодульных включений на морозостойкость бетона // Техника и технология силикатов. 2022. Т. 29. № 4. С. 304–310. EDN: QNQEJD
  46. Wawrzenczyk J., Molendowska A., Klak A. Effect of Ground Granulated Blast Furnace Slag and Polymer Microspheres on Impermeability and Freeze-Thaw Resistance of Concrete // Procedia Engineering. 2016. No. 161, pp. 79–84. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.501
  47. Шевкунов А.И., Дмитриев А.С. Повышение долговечности бетона путем применения комплексных добавок на основе холодноприготовленных битумных эмульсий // Бетон и железобетон. 1991. № 12. C. 23–24.
  48. Пыжов А.С. Технология получения и применения укатываемого дорожного цементного бетона с дисперсным битумом // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. № 3 (28). С. 239–251. EDN: MUHJXD
  49. Патент РФ 2351703. Способ приготовления холодной органоминеральной смеси для дорожных покрытий / Горнаев Н.А., Никишин В.Е., Евтеева С.М., Андронов С.Ю., Пыжов А.С. Заявл. 15.02.2008. Опубл. 10.04.09.
  50. Панченко А.И. Критерий стойкости бетона к атмосферным воздействиям с позиций механики разрушения // Известия вузов. Строительство. 1995. № 2. С. 55–60.
  51. Панченко А. И. Оценка долговечности бетонов по характеристикам трещиностойкости // Известия вузов. Строительство. 1995. № 12. С. 140–144.
  52. Зайцев Ю.В., Окольникова Г.Э., Доркин В.В. Механика разрушений для строителей. М.: ИНФРА-М, 2023. 216 с.
  53. Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. М.: Наука, 1990. 240 с.
  54. Гузеев Е.А., Леонович С.М., Пирадов К.А. Механика разрушения: вопросы теории и практики. Брест: БПИ, 1999. 217 с.
  55. Гузеев Е.А., Пирадов К.А., Мамаев Т.Л., Мочалов А.Л. Оценка морозостойкости по параметрам механики разрушения // Бетон и железобетон. 2000. № 3. С. 26–27.
  56. Леонович С.Н., Аль-Факих Омар А.М. Использование коэффициентов интенсивности напряжений, как критериев оценки морозостойкости напрягающего бетона // Вестник Брестского государственного технического университета. 2004. № 1. С. 91–93.
  57. Сиратори М., Миеси Т., Мацусита Х. Вычислительная механика разрушения. М.: Мир, 1986. 334 с.
  58. Wittmann F., Zaitsev J. Verformung und Bruchvorgang poröser Baustoffe bei kurzzeitiger Belastung und Dauerlast. DAfStb, Heft 232, Berlin: Ernst & SoHn, 1974, pp. 66–145.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Обеспечение морозостойкости бетона в условиях эксплуатации

Скачать (224KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рост трещины в теле бетона

Скачать (127KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Морозостойкость цементного камня (ЦК) и цементного камня с полимерными микросферами (ПМС)

Скачать (43KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Морозостойкость тяжелого бетона с полимерными микросферами

Скачать (112KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Влияние НМВ с разной величиной модуля упругости на морозостойкость бетона

Скачать (68KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Морозостойкость бетона с НМВ различного размера

Скачать (63KB)
Метаданные

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2025