Влияние температуры замораживания в раннем возрасте на микроструктуру и прочность бетонов，твердеющих при отрицательных температурах

Receive:2012－12－12
Introduction of the first author:Дун Шухюй(1979－)，Ж，родилась в уезде Циньань провинции хэйлунцзян，доктор，Направление исследований:Стойкость цемента и бетона，E-mail:ailsahit@163．com．

0 Введение

В настоящеевремябетонижелезобетоностанутсяосновнымистроительымиматериаламив промышленном，гражданском，транспортном，энергетическом，морском，гидротехническом，и других областях строительства．Около 60% его укладывается в низких и отрицательных температурах．На обширной территории крайнего сеаера，северо-востока и северо-запода Китая，где температура наружного воздуха нередко понижается до－30 градусов и даже－40 градусов зимой．Такие условия существенноосложняют как ведение строительных работ，так и эксплуатацию построенных зданий и сооружений различного назначения в больших масштабах．Детальные исследование，проведенные за последние годы в строительной отрасли，показали，что в значительной части этих зданий и сооружений уже имеются заметные разрушения бетонных конструкций и требуют больших затрат на ремонт и восстановление после непродолжитеоьного периода эксплуатации．Низкое качество возводимых из бетона сооржений и их недостаточная долговечность объясняются различными причинами，несовменно，что основной причной разрушений бетонов является воздействие низких отрицательный температур，особенно ранное замерзание в периодетвердениебетона．Морозная деструкция объясняется недостатояной морозостойкостью построенныя из этого бетона сооружений и приводит к серьезным последствиям．

Бетон является пористым материалом，в начале твердения поры цементных камен в бетоне полностью заполнены насыщенной водой，а прочность бетона низкий，легче разрушится при замерзании，потому что расширяется при замораживании вследствие фазового перехода воды в лед и увеличении ее объема примерно на 9%，это приводит к возникновению в материале высоких растягивающих напряжений и трещин，как следствие， к прогрессирующему снижению прочности и упрукости， увеличению проницаемости и другому стойкости．

Очевидно，что отрицательные температуры принесуют большой ущерб бетонной конструкции，в данном изучении изучается пористой структуры и микроструктуры цементного камня при условиях отрицательных температуров в ранненом возросте，анализируутся влияния температуры раннего замораживания на микроструктуру и прочность бетонов，твердеющих при отрицательных температурах．

1 Материалы и методы испытаний

Используется портландцемент ПЦ－500;модуль крупность песка Мкр=2，8;гранитный щебень фракции 5－20 мм;комплексная противоморозная добавка с эффективностью снижения расхода воды，противоморозания，ранней прочности и допавления воздухововлечения，главые показатели в таблице 1．Установленная марка бетона по прочности на сжатие C50，количество цемента 450 кг/м3，водоцементное отношение 0，34，песок заполнители составит 40%，осадка конуса смешенного бетона 70－90 мм．Дозировка комплексной противоморозной добавки 3% при замороженной температуле－5 градусов; 3%，6% и 9% при－10 и－15 градусов．

Таблица 1 Лараметры характера комплексной противоморозной добавки

Изготавливают три образца бетона размером 100 мм×100 мм×100 мм и помещают в камеру нормального твердения при температуре 20±2 градусов，относительной влажности≥90%．Когда прочность на сжание бетона достигнет до критической сопротивляемости прочности замораживанию，переходят в морозильной камере в течение 7 судок，температура в которой－5、－10、－15 градусов，затем переходят в нормативном камере до срока выдержки и испытывают прочности на сжатие．

Частичная свободная вода образцов бетона в замороженном состоянии，период выдержки которых при отрицательной температуре，последует за условией испытания морозастойкости，расчитает требовать 4 ч，чтобы все воды оттаивали．В связи с этим，прочность образцов в 7 судок，в самом деле в 7 судок плюс 4 ч．

После испытания прочности на сжатие，подбирают кусок образца，объём которого 1 кубический сантиметр．Замачивают его в абсолютным этиловым спирте，чтобы гидратация цемента окончилась，засушивают до постоянного веса при температуре 60 гродусов．Затем охлаждают до комнатной температуры в сушилке．Платинируются свежие профили，и наблюдают микроструктуры гидрационитов растровым электронным микроскопом．Формируют другие образцы，у них не было песка и щебени，а другие элементы и ихдозировки одинаковы．Уход за этими образцами вместе с основными образцами бетонов，испытывают распределение структура пор ртутной порометрией в возрасте 7 судок．Вместе с тем，испытывают все стойкости образцов бетонов с комплексной противоморозной добавкой，уход которого при нормативном условии．

2 Результаты и их анализ

2．1 Микроструктуры бетонов，замораживанных при разных отрицательных температурах

Фотоснимки микроструктуров образцов бетонов，замораживанных при разных отрицательных температурах в возрасте 7 судок представлены на рис．1а－в，а фотоснимки микроструктуров основных образцов на рис．1г．

Рис．1 Фотоснимки микроструктуров бетонов в возрасте 7 судок

На рис．1а－в показывают，что микроструктуры бетонов разрыхленны после ухода за бетоном при оттрицательном температуре，во внутреннем есть многочисленные поры，и гидрационитов очень мало в которах．Во внутреннем образца наблютают，уход за которым при температуре－5 градусов，уже есть некоторые гидрациониты эттрингиты и гели гидратированных силикатов．А во внутреннем образца наблютают，уход за которым при температуре－10 градусов，хотя структурный каркас уже образуется，но структуры прерывисты и имеют многочисленные микротрещины и поры．При температуре－15 градусов， вокруг немногих гелей гидратированных силикатов имеют многочисленные зёрнанегидратированного цемента，распределяющие кажутся намыпным и беспорядочным распределением，микроструктуры тоже разрыхленны．А при нормотивном условии，хотя тоже имеют поры，но гидрациониты обильны，гидрационит эттрингит и гель гидратированных силикатов многочислены，структуры каркасы непрерывисты и компактны．

2．2 Влияние температуры раннего замораживания на распределение структуры пор бетонов

Структура пор бетонов является одным важным компонентом из микроструктур，распределение структура пор очень сложны．Структура пор сильно влияет на многие макроскопические стойкости бетонов，особено миханическое свойство，проницаемость，морозостойкость и другие долговечность．И поэтому изучают распределение структура пор цементного камня в возрасте 7 судок，уход за которым при температуре－5，－10，－15 градусов и при нормотивном условии．Результаты представлены на рис．2а．На рис．2б редставлены результаты распределения структуры пор цементного камня в возрасте 28 судок，уход за которым при нормотивном условии，и сначало в течение 7 судок при отрицательной температуре－5，－10 и－15 градусов，затем переходят в нормативное условие．

Рис.2 Влияние структура пор бетонов температуры ухода различные и возрасте различные

На рис．2а показывают，чем ниже температура ухода，тем больше размера пор，значительно уменьшивается содержение мелких пор меньше 20 нм，а содержение крупных пор больше 1 мк увеличивается．В 1－2 раз превышается содержение пор，разиус которых является 1－10 мк;в 2－3 раза превышается содержение пор，разиусов которых больше 10 мк;а в 43－50 процентов уменшивается содержение пор，разиусов которых меньше 20 нм，сравнение с основным образцом．Видно，что степень гидродания бетонов низок，уход за которым при отрицательной температуре．

На рис．2 показывают，после перехода в нормативное условие，значительно превышается содержение мелких пор меньше 20 нм，почти равно как и основной образец，все течение ухода которого в нормативном условии;значительно уменьшивается содержение пор，разиусов которых больше 10 мк，особено содержение пор образца бетона，замораживание которого при температуре－5 градусов，после ухода в нормативное условие в течение 28 судок，разиусов которых больше 200 нм，почти равно как и основной образец．На рис．2б ещё показывают，чем ниже температура ухода в раннем возрасте，тем больше содержения пор，разиусов которых больше 10 мк．Содержение пор больше основных образцов，разиусов которых больше 200 нм и замораживание которого при температуре－10 и －15 градусов．

2．3 Влияние температуры замораживания на прочность бетонов на сжатие

Прочность на сжатие является основанием разного стокости бетона ни в периоде проекта，ни в течение эксплуатации．На рис．3 редставлены результаты прочности образцов бетонов на сжатие в возрасте 3，7，28 судок，уход за которым при нормотивном условии，и сначало в течение 7 судок при отрицательной температуре－5，－10 и－15 градусов，затем переходят в нормативное условие．

Рис．3 Прочности бетонов на сжатие

На рис．3 показывают，что величина прочности раннего возраста образцов бетонов с комплексной противоморозной добавкой，сравнение с образцами бетонов，состав которого без противоморозной добавки в нормативнном условии．А величина прочности низка в позлнем возрасте．

Чем ниже температура ухода，тем ниже прочности в возрасте 7судок при отрицательной температуре．Это хорошо свидетельствуют микроструктуры гидрационитов на рис．1 и распределение структура пор цементного камня на рис．2а．Гидратация цемента совсем медленна при отрицательной температуре，содержение крупных пор больше．В одинаковой замерзлой температуре，чем больше радиуса пор，тем легче замерзла вода，и тем больше напряжений вспучивании от мороза，а тем меньше содержения свободной воды．В связи с этим，чем ниже температуры ухода за бетоном，тем разрыхленны микроструктуры，тем ниже макроскопические прочности на сжетие бетонов．

Хотя имеет частичный дефект во внутренном бетоне от замерзания в раннем возрасте，но после перехода ухода в нормативное условие，быстрая гидратация цемента способствует к резкому увеличении прочности бетона，а так же степеньувеличения выше，чем основной бетон．Прочность образца бетона，замораживание которого при температуре－5 градусов，после перехода в нормативное условие в течение 28 судок，почти равно как и основной образец．Потеря рочности образца бетона только 4，0 процентов，замораживание которого при температуре－15 градусов в течение 7 судок，затем при норма тивном условии в течение 28 судок，это хорошо соответствует распределение структура пор цементного камня на рис．2б．

3 Заключение

(1)Частичныйдефект является во внутренном бетоне от замерзания в раннем возрасте，имеют многочисленные поры，и гидрационитов очень мало в которах．В связи с этим，чем ниже температуры ухода за бетоном，тем разрыхленны микроструктуры．Во внутрении бетонов，уход за котоном при температуре－15 градусов， вокруг немногих гелей гидратированных силикатов имеют многочисленные зёрнанегидратированного цемента в возрасте 7 судок．

(2)Чем ниже температура ухода，тем больше размера пор，значительно уменьшивается содержение мелких пор менше 20 нм，а содержение крупных пор больше 1 мк увеличивается，прочность бетона уменьшается．Содержение пор образца бетона，замораживание которого при температуре－5 градусов，после перехода в нормативное условие в течение 28 судок，разиусов которых больше 200 нм，почти равно как и основной образец，и прочность тоже ровно．Но содержение пор больше основных образцов，разиусов которых больше 200 нм и замораживание которого при температуре－10 и－15 градусов，и прочность которых ниже основных образцов．

Список литература:

[1] Чжу Вэйчжун．Ешё раз подумать о научно-технических исследований бетона при отрицательной температуре．Строительная технология при низкой температуре，2002(3):1－4．

[2] Чжу Вэйчжун，Гуансян，Инь Дун Мэй．Исследования прочности бетонов с противоморозными и суперпластифмкаторами добавками при отрицательной температуре．Строительная технология при низкой температуре，2004(3):1－4．

[3] ЗвездовА И，Малинина Л А，И ФРуденко．Технология бетона и железобетона в вопросах и ответах．ИПО профсоюзов Профиздат，2005．

[4] Ярмаковский В Н Исследование прочностных и деформативных характеристик бетона при низких отрицательных температурах．Диссердация на соискание ученой степени кандидата технических наук．Москва，1972．

[5] Москвин В М，КапкинМ М，Савицкий А Н，Ярмаковский В Н．Бетон для строительства в суровых климатических условиях．НИИЖБ，Госстрой СССР，Ленинградское отделение Стройиздата，1973．

[6] Зоткин А Г．Обеспечение морозостойкости бетона．Иркутский политехнический институт，1988．

(編輯 徐 巖)

Дун Шухюй1，2， Фэн Дэчэн1， Цзян Шоухэн1，2， Чжу Вэйчжун2
(1．Харбинский Политехнический Университет，Харбин 150090，Китай; 2．Хейлунцзянский НИИ по строительству в холодных регионах，Харбин 150080，Китай)
Реферат:В данной работе ртутной порометрией и растровым электронным микроскопом морфологии изучили распределение структура пор，микроструктуры бетонов и изменение прочности на сжатие，замораживанных при разных отрицательных температурах в ранном возрасте，проанализировали отношения между микроструктурами и механическами свойствами при разных температурах замораживаний．Результаты свидетельствовали，что по мере снижения температура ухода за бетоном，начальная структура цементного камня рыхла，выраженное снижение прочности на сжатие бетонов и содержении желатинных пор，размер которых меньше 20 нм．После перехода на положение нормотивного условии，радиус пор бетонов сокращается，а прочность на сжатие вырастает быстро．Величина содержании пор бетона в самое нчале замораживает в течение 7 судок при температуре минус 5 градусов после бетонирования，затем на положение нормотивного условии в течение 28 судок，радиус которых более 200 нм，приближает к бетону，уход за которым длится на положение нормотивного условии в течение 28 судок．Прочность то же самое．Но величина содержании крупных пор двух группов бетонов，который замораживает в течение 7 судок при температуре минус 10 и 15 градусов по-прежнему немного выше，чем бетонов，отверждение которых на положение нормотивного условии в течение 28 судок．Прочность на сжатие относительно несколько ниже．

ранное замораживание;бетон;микроструктур;прочность на сжатие

TU528．06

10．3969/j．issn．1671－0118．2013．01．015