PHYSICAL BASIS OF CONCRETE DURABILITY AT LOW SUBZERO TEMPERATURES (PART 2)

Generalization and analysis of scientific hypotheses and theories of domestic and foreign researchers in the field of the frost action mechanism on concrete has been performed. A critical author's assessment of them from the point of view of the basics of physical chemistry of silicates and solid state physics is presented. The initial prerequisites for the frost resistance of heavy concrete and equal-strength structural light concrete in connection with their structure are formulated, including of this article author's targeted experimental studies on the relationship of the frost resistance of these concretes with their pore structure. Thermodynamic models of freezing-thawing of water, including its adsorption layers in capillaries of cement materials porous structures are used. The data of studies of the critical degree of water saturation of concrete are considered and a reasonable assessment of it is given as an integral characteristic that determines the possibility of formation of micro- and then macro-defects in the concrete structure during its cyclic freezing and thawing. Based on the results of analytical and experimental studies, using the basic principles of physics of the solid state, as well as the physical and physical-chemistry of silicates, has been developed the physical-chemical basis for the resistance of structural lightweight concrete in comparison with equally strong normal weight concrete to the effects of low (up to minus 70 °C) subzero temperatures. The results of this work are considered by the authors as a modern scientific basis for the development of the main provisions of the technology for manufacturing structural lightweight and normal weight concretes with high durability (frost resistance and water resistance), intended for reinforced concrete structures of engineering constructions, operated in severe climatic conditions, including in the conditions of the Arctic coast.

concrete, hardened cement paste, subzero temperatures, capillary pores, gel pores, frost resistance, water resistance

1. Савицкий А.Н., Ярмаковский В.Н. Бетонная смесь для изготовления строительных конструкций, подверженных циклическому замораживанию и оттаиванию. Авторское свидетельство на изобретение №272871. БИ №19 от 03.VI.1970

2. Голубых Н.Д. Методы оценки стойкости бетона в суровых климатических условиях и агрессивной среде. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Москва, НИИЖБ. 1975. 25 с

3. Скоморохов В.В. Конструкционный шлакопемзобетон повышенной морозостойкости. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 1990. 24 с

4. Москвин В.М., Капкин М.М., Савицкий А.Н., Ярмаковский В.Н. Бетон для строительства в суровых климатических условиях. Под редакцией В.М. Москвина. Ленинград: Ленинградское отделение Стройиздата, 1973. 169 с

5. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. Под общей редакцией В.М. Москвина. Москва: Стройиздат, 1980. 536 с

6. Malhotra V., Bremner T. Performance of Concrete at Treat Island. USA: CANMET Investigations, Performance of Concrete in Marine Environment, Third CANMET/ACI International Conference SP-163, St. Andrews by-the-Sea. Canada. 1996. Pp.1-52

7. Thomas M.D., Bremner T.W., Scott A.C. Actual and modeled performance in a tidal zone // Concrete International. November, 2011. Pp.23-28

8. Thomas M.D., Bremner T. Performance of lightweight aggregate concrete containing slag after 25 years in a harsh marine environment // Cement and Concrete Research. 2012. Vol. 42. Pp. 358-364

9. Thomas M.D., Moffatt E.G. The Performance of Concrete in a Marine Environment Sixth International Conference on Durability of Concrete Structures. 18 - 20 July 2018. PL01 2018. University of Leeds, Leeds, West Yorkshire, LS2 9JT, United Kingdom. Pp. 1-15

10. Hoff G.C. (USA), Walum R. (Norway), Wang J.K. (Canada). The use of structural lightweight aggregates concrete in offshore platforms // International Symposium on structural lightweight aggregate concrete. June 1995. Proceedings edited by Ivar Holland. Sandefjord. Norway. Pp. 349-363

11. Свиридов В.Н., Малюк В.Д. Оценка долговечности бетона в конструкциях морских сооружений по опыту строительства на Дальнем Востоке. Труды III-ей Всероссийской (II-ой Международной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и Железобетон - Взгляд в Будущее» (организаторы: RILEM, Российская академия наук, fib) // Сб. трудов конференции «Бетон и Железобетон - Взгляд в Будущее», том II. Секционные доклады. С. 155-168

12. Spitzner I. (Germany). A review of the development of lightweight aggregates - history and actual survey. International Symposium on structural lightweight aggregate concrete. June 1995. Proceedings edited by Ivar Holland. Sandefjord. Norway. Pp. 22-32

13. Ярмаковский В.Н., Карпенко Н.И. Особенности технологии, структуры и механики высокопрочных конструкционных легких бетонов для морских гидротехнических сооружений в условиях Арктического континентального шельфа // Труды Международной конференции «Полярная механика-2016». г. Владивосток. 2016. С. 24-32

14. "Lightweight Aggregate Concrete. Codes and standards. State-of-art report prepared by Task Group 8. 1". CEB-FIP (fib). Stuttgart. 1999. 40 p. (Participants from 11 countries. From Russia - V.N. Yarmakovsky)

15. Ярмаковский В.Н. и Брэмнер Т.У. Легкие бетоны. Настоящее и будущее // Сб. трудов III-ей Всероссийской (II-я Международной) конференции «Бетон и Железобетон - Взгляд в Будущее» (организаторы: RILEM, Российская академия наук, fib). Т. 1. Пленарные доклады. С. 455-465

16. Горчаков Г. И., Капкин М. М., Скрамтаев Б. Г. Повышение морозостойкости бетона в конструкциях промышленных и гидротехнических сооружений. Москва: Стройиздат, 1965. 194 с

17. Петров В.П. Пористые заполнители из отходов промышленности. Самара: СГАСУ, 2005. 152 с

18. Бутт Ю.М., Майер А.А., Варшал Б.Г. Гидратация минералогических составляющих доменных шлаков. В кн. «Вопросы шлакопереработки». Челябинск, 1960. с. 256

19. Горшков В.С., Александров С.Е. и др. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве // Москва: Стройиздат, 1985. с.273

20. Геммерлинг Г.В., Цимерманис Л.Б. Шлакопемзобетон. Москва: Стройиздат, 1969. 130 с

21. Патент РФ № RU 2087438 C1. Установка для производства остеклованного пористого гравия. Панченко В.Ф., Франценюк И.В., Денисов Г.А., Школьник Я.Ш., Ярмаковский В.Н., Каданцев Н.В., Коротаев А.С. БИ от 20.08.1997

22. Iarmakovski V.N. New types of the porous slag aggregates and lightweight concretes and their application. International Symposium on structural lightweight aggregate concrete. June 1995. Proceedings edited by Ivar Holland. Sandefjord. Norway. Pp. 363-373