Роль заполнителей в процессах термовлажностной коррозии бетона

Введение. Длительная эксплуатация бетонных изделий и конструкций в условиях повышенной температуры и влажности приводит к ухудшению физико-механических свойств бетона, что обусловлено изменением структуры и фазового состава цементной матрицы. В этой связи определенный интерес представляет исследование роли мелких заполнителей в процессах деструкции цементной матрицы при водо-тепловом воздействии.

Материалы и методы. Использовали портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ЗАО «Осколцемент»; промышленный отсев дробления кварцитопесчаника Лебединского горно-обогатительного комбината; мелкий заполнитель из дробленого кварцитопесчаника и гранита в лабораторных условиях. Предел прочности при сжатии и изгибе образцов определяли на гидравлическом прессе ПГМ-100МГ4. Микроструктуру изучали с помощью растрового электронного микроскопа Tescan Mira 3. Для анализа продуктов гидратации применяли синхронный термоанализатор STA 449 F1 Jupiter NETZSCH. Испытания посредством ультразвукового контроля проводили на приборе «Пульсар 2.2».

Результаты. Установлено, что образцы бетона на кварцитопесчанике демонстрируют более высокий индекс термовлажностной стойкости по сравнению с образцами на гранитном заполнителе. Это объясняется большей активностью кварцитопесчаника по поглощению извести, что приводит к образованию термодинамически стабильных соединений в условиях повышенной влажности и температуры. Непрерывное увеличение скорости ультразвукового сигнала в образцах бетона термовлажностного твердения с исследуемыми заполнителями указывает на замедление деструктивных процессов, вызванных рекристаллизацией гидратных фаз. При этом благодаря взаимодействию минералов заполнителей с гидратными фазами повышаются сцепление с цементной матрицей и прочностные характеристики бетона.

Выводы. Комплексные исследования показали, что наиболее стабильные структуры в термовлажностных условиях создаются в мелкозернистых бетонах на основе кварцитопесчаника. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости тщательного подбора заполнителей с учетом их способности образовывать термостабильные гидратные фазы.

1. Chen J., Li Y., Li Y., Wen L., Guo H. Effects of curing conditions with different temperature and humidity on damage evolution of concrete during freeze–thaw cycling // Materials and Structures. 2022. Vol. 55. Issue 2. DOI: 10.1617/s11527-022-01921-z

2. Hager I. Behaviour of cement concrete at high temperature // Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences. 2013. Vol. 61. Issue 1. Pp. 145–154. DOI: 10.2478/bpasts-2013-0013

3. Nishi H., Kasami H., Tayama T. Effects of mix proportion on the strength and elasticity of concrete subjected to high temperatures up to 800 °C // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 711. Pp. 472–479. DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.711.472

4. Леонович С.Н., Зайцев Ю.В., Доркин В.В., Литвиновский Д.А. Прочность, трещиностойкость и долговечность конструкционного бетона при температурных и влажностных воздействиях : монография. М. : ИНФРА-М, 2018. 258 с. DOI: 10.12737/monography_59c9f9b9c34210.46897590. EDN ZVYZWH.

5. Истомин А.Д., Петрова В.А. Влияние отрицательных температур на прочность и деформативность железобетонного элемента // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 4. № 4. С. 3–12. DOI: 10.22227/2949-1622.2023.4.3-12. EDN QDOYLQ.

6. Парфенов А.А., Сивакова О.А., Гусарь О.А., Балакирева В.В. Работа и разрушение бетона в условиях высокой и низкой температуры // Строительные материалы. 2019. № 3. С. 64–67. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-768-3-64-66. EDN ZIKFHV.

7. Леонович С.Н., Литвиновский Д.А. Вязкость разрушения высокопрочного бетона после воздействия высокой температуры // Строительные материалы. 2017. № 11. С. 12–17. EDN ZWUFVV.

8. Низина Т.А., Коровкин Д.И., Балыков А.С., Володин В.В. Анализ изменения упруго-прочностных характеристик модифицированных и немодифицированных мелкозернистых бетонов в зависимости от их влажностного состояния и температуры испытаний // Градостроительство и архитектура. 2019. Т. 9. № 1 (34). C. 71–78. DOI: 10.17673/Vestnik.2019.01.12. EDN JSFUJO.

9. Славчева Г.С., Ким Л.В. Механизмы и закономерности изменения прочностных характеристик бетонов в связи с их температурно-влажностным состоянием // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2015. № 1 (22). С. 63–70. EDN TNULPV.

10. Боруш О.В., Григорьева О.К. Общая энергетика. Энергетические установки : учебное пособие. Новосибирск : НГТУ, 2017. 96 с. EDN VULPMT.

11. Рябова Л.И. Тампонажные растворы повышенного качества // Бурение и нефть. 2003. № 1. С. 30–31. EDN ORCJWF.

12. Толыпина Н.М., Чашин Д.Ю. Деградация цементного камня в условиях повышенной температуры и влажности // Вестник ГГНТУ. Технические науки. 2024. Т. 20. № 3 (37). С. 109–117. EDN TORVVO.

13. Yanjie B., Hui S., Bai Y., Cai Y. Mechanical properties and damage mechanisms of concrete under four temperature gradients combined with acoustic emission method // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 57. P. 104906. DOI: 10.1016/j.jobe.2022.104906

14. Yu Z., Zhang F., Ma X., Yang F., Hu D., Zhou H. Experimental Study on Thermal Expansion Behavior of Concrete under Three-Dimensional Stress // Advances in Civil Engineering. 2021. Vol. 2021. Issue 1. DOI: 10.1155/2021/5597918

15. Толыпина Н.М., Хахалева Е.Н., Данилов Д.Ю., Чашин Д.Ю. Влияние микронаполнителей на эффективность суперпластификаторов и прочность бетонов с низким содержанием цемента // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2023. № 8. С. 8–15. DOI: 10.34031/2071-7318-2023-8-8-8-15. EDN KBXBJU.

16. Kodur V.K. R., Khaliq W. Effect of temperature on thermal properties of different types of high-strength concrete // Journal of Materials in Civil Engineering. 2021. Vol. 23. Issue 6. Pp. 793–801. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000225

17. Камалова З.А., Смирнов Д.С. Исследования и разработка мероприятий по восстановлению железобетонных конструкций градирни // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2011. № 4 (18). С. 233–237. EDN OKGCUH.

18. Мазур В.А., Куценко Т.Н., Петров С.В. Выбор рационального метода ремонта монолитных железобетонных оболочек градирен с учетом использования различных средств подмащивания // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2020. № 6 (146). С. 11–18. EDN FCPRGC.

19. Калатузов В.А., Мошкарин А.В. Современные основы технического перевооружения систем технического водоснабжения тепловых электростанций // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2008. № 2. С. 41–45. EDN PFJMFX.

20. Василевская Л.С., Зюзин Р.С. Оценка технического состояния деривационных туннелей на примере Храми ГЭС-II // Гидротехника. 2019. № 1 (54). С. 10–15. EDN FSOGSH.

21. Калатузов В.А. Проблемы обеспечения надежности железобетонных вытяжных башен градирен // Энерго-INFO. 2009. № 10 (33).

22. Толыпина Н.М., Рахимбаев Ш.М., Чашин Д.Ю. Термическая стойкость цементных систем с активными минеральными добавками // Вестник МГСУ. 2025. № 20. № 2. С. 291–305. DOI: 10.22227/1997-0935.2025.2.291-305. EDN CHCWNF.

23. Рахимбаев И.Ш., Толыпина Н.М. Термодинамический расчет активности в щелочной среде минералов, входящих в состав заполнителей бетонов // Научные и инженерные проблемы строительно-технологической утилизации техногенных отходов. 2014. № 13. С. 174–178. EDN SCUPXV.