Metody badania i prognozowania mrozoodporności betonu (The methods of testing and predicting of concrete freeze – thaw durability)

Wawrzeńczyk, Jerzy (2017)
Metody badania i prognozowania mrozoodporności betonu (The methods of testing and predicting of concrete freeze – thaw durability).
Monografie, Studia, Rozprawy (M92).
Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce.
ISBN 978-83-65719-13-3
stron: 240

Preview

Tekst Wawrzenczyk_Metody_M92.pdf Download (720kB) | Preview

Streszczenie

Celem opracowania niniejszej monografii było przedstawienie oraz krytyczna analiza stanu wiedzy dotyczącej metodyki badania mrozoodporności oraz w perspektywie prognozowania trwałości mrozowej betonu wbudowanego w konstrukcję. Analiza obejmowała liczne źródła literatury światowej z uwzględnieniem doświadczeń własnych autora wynikających z ponad 30-letniej działalności naukowej związanej z projektowaniem i diagnostyką mrozoodporności betonu. W pierwszej części przedstawiono w ujęciu historycznym wydarzenia o kluczowym znaczeniu dla rozwoju technologii betonu i praktyki inżynierskiej, związanych z identyfikowaniem i rozwiązywaniem kolejnych problemów wynikających z obserwacji, m.in. w USA, przypadków destrukcji mrozowej betonu w drogowych obiektach inżynierskich. Podstawową kwestią we współczesnym pojmowaniu mrozoodporności betonu (jako składowej szerzej pojmowanej trwałości) jest stwierdzenie, że nie jest ona właściwością materiału, lecz jego zachowaniem (reakcją) na cykliczne zamrażanie i rozmrażanie w warunkach eksploatacyjnych. Jest więc wypadkową oddziaływania dwóch grup czynników i ich synergii: właściwości betonu związanych ze stanem jego struktury oraz zbioru czynników zewnętrznych, charakteryzujących oddziaływanie środowiska, o losowym charakterze. Omówiono różne koncepcje oceny mrozoodporności betonu, w tym: czasu użytkowania, podejścia normatywnego w normie PN-EN 206-1, współczynnika k i równoważnych właściwości użytkowych, krytycznego stopnia nasycenia i krytycznego rozstawu pęcherzyków powietrznych. Tym dwóm ostatnim koncepcjom poświęcono dużo uwagi, gdyż stwarzają największe potencjalne możliwości diagnozowania oraz prognozowania mrozoodporności betonu. Następnie omówiono charakterystyki porowatości betonu (nasiąkliwość, sorpcyjność, przepuszczalność itp.), które mogą być wykorzystane jako wskaźniki trwałości i odporności mrozowej. W trzecim rozdziale porównano najważniejsze metody bezpośredniego zamrażania-rozmrażania próbek służące do oceny odporności betonu na wewnętrzne pękanie i powierzchniowe łuszczenie. Na podstawie danych literaturowych przedstawiono krytyczną ocenę tych metod z uwzględnieniem postulatów odnośnie kierunków dalszej modyfikacji tych testów. W kolejnym rozdziale zamieszczono wyniki własnych badań autora z wykorzystaniem wybranych metod badawczych. Przedstawiono zasadnicze różnice wynikające ze sposobu zamrażania próbek (w powietrzu, w wodzie lub roztworze soli odladzającej) oraz obserwowane pogorszenie trwałości mrozowej betonu. Przedstawione wyniki badań dotyczyły głównie betonów wykonanych z cementem portlandzkim CEM I oraz spoiw zawierających w swoim składzie żużel wielkopiecowy. Przedstawiono nowe możliwości poprawy mrozoodporności betonu poprzez jego napowietrzenie za pomocą mikrosfer polimerowych lub poprawy szczelności warstwy powierzchniowej z wykorzystaniem tkaniny selektywnie przepuszczalnej. Rozdział piąty poświęcono omówieniu stanu badań i metod stosowanych do oceny jakości napowietrzenia betonu i wyznaczania parametrów charakteryzujących system porów w betonie napowietrzonym. Przedstawiono problemy związane z niestabilnością systemu porów powietrznych oraz potencjalne możliwości ich uniknięcia poprzez zastosowanie mikrosfer polimerowych, zwłaszcza w przypadku mieszanek betonowych o dużej ciekłości typu SCC lub BWW. (This monograph is a review and critique of current freeze-thaw resistance-related knowledge and practice used for the prediction of frost durability of concrete structures. The work reviews multiple sources of the world professional literature and includes the author’s own experience gained over more than 30 years as a scientist and researcher focused on the design of freeze-thaw resistant concrete and testing of concrete in structures. The first part of the monograph provides a timeline of concrete technology and engineering practice development, comprising key events in the worldwide history of identifying and solving problems related to the frost-induced destruction of concrete in highway engineering structures. The basic issue in the present-day understanding of frost resistance as a component of a broader concept of concrete durability is that it is not a property of the material but rather a response to cycles of freezing and thawing under in-service conditions. Frost resistance is thus the product of the action of and the synergy between two groups of factors: concrete structural properties and external environmental impacts of random nature. The author describes various approaches to frost resistance assessment based on concrete service life, standardized approach set out in PN-EN 206-1, coefficient k and equivalent performance, critical degree of saturation and critical air void spacing factor. Special attention is shown to the last two notions having the highest potential in diagnosing and predicting frost durability of concrete. Afterwords the author analyses the characteristics of concrete porosity (water absorption, sorption, permeability, etc.) as the indicators of concrete freeze – thaw durability. In Chapter 3 the author compares the most important methods of direct freezing and thawing of specimens, designed to assess the resistance of concrete to internal cracking and scaling. Data reported in the literature were a basis for critical analysis of these methods, which includes suggestions for the directions of their further modification. The following chapter then highlights the results from the author’s original scientific research conducted with selected methods. Fundamental differences resulting from the freezing procedure used (freezing specimens in air, in water or in deicing salt solution) are discussed together with the observed decline in concrete frost durability. All research results shown here were obtained from the test performed on concrete specimens made with Portland cement CEM I and binders containing blast furnace slag. A new approach has been presented to improve freeze – thaw durability using polymer microspheres or to increase tightness of the concrete surface layer using selectively permeable fabric. Chapter 5 is devoted to the state-of-the-art research methods for assessing concrete air entrainment quality and determining the parameters that characterize the air void system in air entrained concrete. Non-stability of the air void system and the ways of preventing it via the use of polymer microspheres are further elaborated on, with special attention focused on concrete mixtures of high fluidity such as SCC or HPC.)

Biblioteka Cyfrowa

Podgląd