АНАЛІЗ МІКРОСТРУКТУРИ ЗЛАМІВ БЕТОНУ В КОНСТРУКЦІЯХ, ЯКІ ПРАЦЮЮТЬ НА СТИСК ТА ЇЇ ВПЛИВ НА МІЦНІСТЬ
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2022-2-70-76Ключові слова:
бетон, конструкції які працюють на стиск, ультрадисперсні модифікатори, енергодисперсійний х-хвильовий аналіз, скануюча електронна мікроскопія.Анотація
Проведено порівняльний мікроаналіз та елементний аналіз структури сколів бетонних композитів різної міцності з конструкцій, які працюють на стиск. Для порівняння структури вибрано зразки із міцністю на стиск 50 МПа, та 120 МПа який модифіковано комплексом дрібнодисперсних модифікаторів на основі мікрокремнезему (МК) та метакаоліну (МТК). Аналіз особливостей мікроструктури сколів бетону проводили за допомогою скануючого електронного мікроскопа фірми Oxford SU 70 з використанням CCD-детектора. Елементний аналіз об’єктів проводився за допомогою енергодисперсійної Х-хвильової спектроскопії (ЕДХ-аналізу). Використано метод енергодисперсійної Х-хвильової спектроскопії. Проаналізовано характер розкриття тріщин бетонних зразків в процесі їх руйнування. З даних Х-променевого та спектрального аналізу слідує, що в серії зразків міцності 120 МПа в процесі гідратації клінкерних мінералів при твердінні бетону утворюється ряд хімічно активних речовин. Це в першу чергу – гідрат калію окису, гідрат силікату кальцію (ГСК) та такі структурні моделі гелю, як Дженіт і Тоберморіт. Модифікування бетонного композиту комплексом МК і МТК створюють умови для перетворення нестабільного і розчинного гідроксиду кальцію в міцний кристалічний гідрат силікату кальцію.
Ущільнена в цьому вигляді структура бетону дає значний приріст показника міцності. Визначено вплив ультрадисперсних модифікаторів на утворену в процесі експлуатації конструкції мікроструктуру цементного каменю та міцність бетону. З результатів аналізу скануючої електронної мікроскопії слідує, що розміри фаз дещо відрізняються, але не є більшими ніж ≈20 мкм. Характерне руйнування зразка з міцністю 120 МПа відбулося по магістральним тріщинам, які розвиваються через більшу кількість фаз на відміну від характеру руйнувань зразка з міцністю 50 МПа, злам якого відбувся переважно по одній структурі. Комплекс модифікаторів на основі мікрокремнезему та метакаоліну в бетонній суміші створюють умови для перетворення нестабільного та розчинного гідроксиду кальцію в міцний кристалічний гідрат силікату кальцію. При використання цементу з низьким вмістом С3S меншим за ≈50% значно ускладнює одержання високоміцних бетонів, зокрема при використанні кремнезему і метакаоліну, оскільки ефективність застосування цих добавок передбачає наявність в тверднучій системі надлишкового портландиту Са(ОН)2, в той час як системи з низьким вмістом С3S характеризуються зниженим вмістом Са(ОН)2.
Посилання
[1] L. Martinez, J. F. M. Hernandez, B. Middendorf, M. Gehrke, R.L. Day, "Lime-pozzolan binder as a very fine mineral admixture in concrete", presented at the International Symposium on ultra high performance concrete, Kassel, Germany, 2004, pp. 117–131.
[2] V.V. Belov, M.A. Smyrnov, A.N. Lebedev, "Optymyzatsyia hranulometrycheskoho sostava kompozytsyi dlia yzghotovlenyia bezobzhyhovikh stroytelnikh konhlomeratov", Vestnyk Tsentralnoho rehyonalnoho otdelenyia RAASN, no. 9, pp. 65–72, 2010.
[3] S.A. Udodov and V.F. Chernikh, "Prymenenye porystoho zapolnytelia v otdelochnikh sostavakh dlia yacheystoho stroytelnoho kompozyta", Sukhye stroytelnie smesy, vol. 1, no. 2, pp. 68−70, 2008.
[4] O.V. Sumariuk, V.F. Romankevich, I.M. Fodchuk, "Prospects of Fabrication of Ultrahigh-Performance Concrete Composites by means of Introduction of Polyfunctional Nanomodifiers", Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, vol. 16, no. 1, pp. 103–115, 2018. doi: https://doi.org/10.15407/nnn.16.01.103.
[5] M. Schmidt, R. Krelaus, T. Teichmann, T. Leutbecher, E. Fehling, "Fügen von Bauteilen aus UHPC durch Kleben. Voruntersuchungen und Anwendung bei der Gärtnerplatzbrücke in Kasse", Beton- und Stahlbetonbau, vol. 102, no. 10, pp. 681–690, 2007. doi: 10.1002/best.200700576.
[6] H. Li, H. Xiao, J. Yuan, J. Ou, "Microstructure of cement mortar with nano-particles", Composites Part B: Engineering, vol. 35, no. 2, pp. 185–189, 2004. doi: 10.1016/S1359-8368(03)00052-0.
[7] T. Ji, "Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO2", Cement and Concrete Research, vol. 35, no. 10, pp. 1943–1947, 2005. doi: 10.1016/j.cemconres.2005.07.004.
[8] M. Cheyrezy, V. Maret, L. Frouin, "Microstructural analysis of RPC (Reactive Powder Concrete)", Cement and Concrete Research, vol. 25, no. 7, pp. 1491–1500, 1995. doi: 10.1016/0008-8846(95)00143-Z.
[9] M. Stechyshyn, M. Sanyts’kyy, O. Poznyak, "Durability properties of high volume fly ash self-compacting fiber reinforced concretes", Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, vol. 3, no. 11(75), Art. no. 11(75), 2015. doi: 10.15587/1729-4061.2015.44246.
[10] X. He and X. Shi, "Chloride Permeability and Microstructure of Portland Cement Mortars Incorporating Nanomaterials", Transportation Research Record, vol. 2070, no. 1, pp. 13–21, 2008. doi: 10.3141/2070-03.
[11] O.V. Sumariuk, V.F. Romankevich, Yu.T. Roman, І.M. Fodchuk, V.M. Tkach, "Concrete Composites of High Structural Strength and Density Modified by a Complex of Fine-Dispersed Additives Based on Nanosilica and Metakaolin", Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, vol. 16, no. 1, pp. 117–128, 2018. doi: https://doi.org/10.15407/nnn.16.01.117.
[12] M.P. Gorsky, P.P. Maksimyak, A.P. Maksimyak, "Laser-radiation scattering by cement in the process of hydration: simulation of the dynamics and experiment", Appl. Opt., AO, vol. 51, no. 10, pp. 208–214, 2012. doi: 10.1364/AO.51.00C208.
[13] Y. Qing, Z. Zenan, K. Deyu, C. Rongshen, "Influence of nano-SiO2 addition on properties of hardened cement paste as compared with silica fume", Construction and Building Materials, vol. 21, no. 3, pp. 539–545, 2007. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2005.09.001.
[14] E. Sakai, K. Yamada, A. Ohta, "Molecular Structure and Dispersion-Adsorption Mechanisms of Comb-Type Superplasticizers Used in Japan", Journal of Advanced Concrete Technology, vol. 1, no. 1, pp. 16–25, 2003. doi: 10.3151/jact.1.16.
[15] E.N. Kislovskii et al., "Combined multiparametric X-ray diffraction diagnostics of microdefects in silicon crystals after irradiation by high-energy electrons", J. Surf. Investig., vol. 7, no. 3, pp. 523–530, 2013. doi: 10.1134/S1027451013030270.
[16] J. Karthikeyan and S. C. Natesan, "Role of Silica fume Concrete in Concrete Technology", presented at the International Symposium on Ultra High Performance Concrete, Kassel, Germany, 2004, pp. 153–158.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
