Mechanism of frost damage of concretes with especially low permeability
Authors:  Иванов И.М. ,  Крамар Л.Я. ,  Шулдяков К.В. 
Published: December 2023

Согласно результатам многих исследований и положе­ниям стандартов, морозостойкий бетон рекомендуется изготав­ливать только на основе портландцемента с обязательным воз­духововлечением. Однако исследования последних лет доказы­вают, что применение высокого водоредуцирования с помощью современных суперпластификаторов позволяет и на основе шлакопортландцемента изготавливать бетоны с высокой мо­розостойкостью без специального воздухововлечения. Эколо­гические, экономические и эксплуатационные характеристики таких бетонов выше, чем у бетонов на основе портландцемента. Но до настоящего времени недостаточно изучены механизм морозного разрушения и роль воздухововлечения в таких бе­тонах. В связи с этим в настоящей работе проведены исследо­вания бетона на основе шлакопортландцемента с особо низкой проницае мостью (В/Ц < 0,3). Все характеристики бетонной смеси и бетона определены по стандартам, действующим в Рос­сии. Особенности формирования продуктов гидратации цемен­та в бетоне и их изменения при циклическом замораживании и оттаивании исследованы с применением рентгенофазового, синхронного термического анализа и электронной микроскопии. Установлено, что структура цементного камня разработанного бетона формируется с низкой пористостью и преимущественно из слабозакристаллизованных гидросиликатов кальция тобер­моритового типа, не склонных к кристаллизации и перекристал­лизации в условиях морозной агрессии. Полученные в работе результаты позволяют предполагать, что при циклическом за­мораживании и оттаивании бетоны разрушаются не только из-­за образования трещин под действием гидравлического, осмотиче­ского давления или давления паров воды, но и вследствие высу­шивания цементного камня, десорбции адсорбционно связанной воды и дегидратации продуктов гидратации цемента. В бетонах с особо низкой проницаемостью обнаруженное явление может доминировать, вследствие чего определяющим фактором их мо­розостойкости оказывается не воздухововлечение, а стойкость гидратов к циклическому замораживанию и оттаиванию.

According to the results of many studies and the provisions of standards, it is recommended to make frost-resistant concrete only on the basis of Portland cement with obligatory air entrainment. However, the recent research has shown that a  high degree of water content reduction with modern superplasticizers can also be used to produce Portland slag cement-based concretes with high frost resistance without the need for air entrainment. Environmental, economic and operational characteristics of such concretes are higher than those of concretes based on Portland cement. But until now the mechanism of frost damage and the role of air entrainment in such concretes have been insufficiently studied. In this connection, studies of concrete based on Portland slag cement with especially low permeability (W/C ratio < 0.3) have been carried out in the present work. All characteristics of the concrete mix and concrete have been determined according to the standards effective in Russia. Specifics of cement hydration products formation in concrete and their changes during cyclic freezing and thawing were investigated using X-ray diffraction, simultaneous thermal analysis and electron microscopy. It has been established that the structure of the cement matrix of the developed concrete is formed with low porosity and mainly from weakly crystallized hydrated calcium silicates of tobermorite.