Контракционная усадка бетонов из высокоподвижных и самоуплотняющихся смесей

Введение. Выявлено влияние особенностей химико-минералогического состава портландцементов и химической основы суперпластифиуаторов на величину и кинетику аутогенной (контракционной) усадки бетонов из высокоподвижных и самоуплотняющихся бетонных смесей. Актуальность вопроса обусловлена часто игнорируемой ролью аутогенной усадки в формировании поля температурно-усадочных напряжений в ранний период твердения массивных монолитных конструкций. Для расчета собственных напряжений требуются данные о величине и кинетике аутогенной усадки, а недостаточность и некоторая противоречивость данных о влиянии суперпластифицирующих добавок на величину и кинетику аутогенной усадки в зависимости от вещественного состава цемента и химико-минералогического состава клинкера предопределяют целесообразность получения новых данных по данному вопросу. Цель работы состоит в развитии научных представлений о влиянии рецептурных факторов и свойств материалов на количественные и качественные параметры аутогенной усадки на примере широко применяемыми при производстве монолитных железобетонных конструкций в Ростовской области материалов.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования выполнены с использованием шести быстротвердеющих по классификации ГОСТ 31108-2020 портландцементов четырех производителей. Использованы суперпластифицирующие добавки на основе эфиров поликарбоксилатов и нафталинформальдегидов в дозировке 0,5 % по товарному продукту. Свойства цементов определены по ГОСТ 30744-2001 и ГОСТ 310.5-88. Деформации твердеющего цементного теста (камня) определялись по методу Ле-Шателье. Величина аутогенной усадки бетона определялась расчетным методом по величине аутогенной усадки цемента с учетом истинного значения В/Ц бетона и концентрации заполнителя в бетоне.

Результаты исследования. Соотношение «аутогенная усадка/общая контракция» исследованных цементов с добавками в возрасте 5 сут. составило 0,37–0,74, количественные значения общей контракции исследованных цементов в сочетании с добавками в возрасте 5 сут. составили от 2,93 до 3,43 мл/100 г цемента, что не противоречат известным данным. Изменение величины аутогенной усадки при наличии добавок в возрасте 5 сут. составило от 0,64 до 1,65 относительно бездобавочного эталона. Влияние добавок на кинетику аутогенной усадки проявилось как в ускорении либо замедлении, так и в отсутствии влияния. Расчетная величина аутогенной усадки бетонов классов В25–В35 из высокоподвижных и самоуплотняющихся смесей в возрасте 5 сут. составила от 0,36 до 1,18 мм/м.

Обсуждение и заключение. Развиты научные представления о кинетике аутогенной усадки в зависимости от вида цементов и добавок. Для описания изменения аутогенной усадки во времени предложена формула, подобная формуле EN 1992-1-1 изменения прочности бетона во времени. Предложена классификация бетонов по кинетике аутогенной усадки. Уточнены закономерности изменения величины аутогенной усадки бетонов из высокоподвижных и самоуплотняющихся бетонных смесей с учетом влияния состава и свойств цементов в сочетании с некоторыми суперпластифицирующими добавками. Определено наиболее вероятное значение показателя показателя степени d = 1,6 – 1,8 в известной формуле для расчета аутогенной усадки бетона.

1. Bjøntegaard Ø. Basis for and practical approaches to stress calculations and crack risk estimation in hardening concrete structures — State of the art. Blindern: Sintef; 2011. 142 p. URL: https://sintef.brage.unit.no/sintef-xmlui/bitstream/handle/11250/2411102/coin31.pdf?sequence=1 (accessed: 07.02.2025).

2. Semenov K, Kukolev M, Zaichenko N, Popkov S, Makeeva A, Amelina A. et al. Unsteady temperature fields in the calculation of crack resistance of massive foundation slab during the building period. In: International Scientific Conference on Energy, Environmental and Construction Engineering. Cham: Springer; 2019. Pp. 455–467.

3. Несветаев Г.В., Чепурненко А.С., Корянова Ю.И., Сухин Д.П. Оценка некоторых методик для расчета температурных напряжений при бетонировании массивных железобетонных фундаментных плит. Инженерный вестник Дона. 2022;7(91). URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_20__7_Nesvetaev_Chepurnenko.pdf_8331ae3d10.pdf (дата обращения 07.02.2025

4. Chepurnenko AS, Nesvetaev GV, Koryanova YuI, Yazyev BM. Simplified Model for Determining the Stress-Strain State in Massive Monolithic Foundation Slabs During Construction. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022;18(3):126–136. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2022-18-3-126-136

5. Sellevold E, Bjøntegaard Ø, Justnes H, Dahl PA. High performance concrete: early volume change and cracking tendency. In: RILEM International Symposium on Thermal Cracking in Concrete at Early Ages. Munich; 1994. Pp. 229–236. URL: https://www.researchgate.net/publication/283349354_High_Performance_Concrete_Early_Volume_Change_and_Cracking_Tendency (accessed: 07.01.2025).

6. Несветаев Г.В., Корчагин И.В., Корянова Ю.И. О контракции портландцемента в присутствии суперпластификатора. Научное обозрение. 2014;7(3):842–846. URL: https://www.researchgate.net/publication/366120707_O_KONTRAKCII_PORTLANDCEMENTA_V_PRISUTSTVII_SUPERPLASTIFIKATORA (дата обращения 07.02.2025).

7. Некрасов В.В. Изменение объема системы при твердении гидравлических вяжущих. Известия Академии наук СССР. 1945;6:592–610.

8. Rasoolinejad M, Rahimi-Aghdam S, Bazˇant ZP. Prediction of autogenous shrinkage in concrete from material composition or strength calibrated by a large database, as update to model B4. Materials and Structures. 2019;52(2):33. https://doi.org/10.1617/s11527-019-1331-3

9. Miyazawa S, Tazawa E. Prediction model for autogenous shrinkage of concrete with different type of cement. In: Proceedings of the 4th international seminar on self-desiccation and its importance in concrete technology. Gaithersburg: NIST; 2005.

10. Grasley Z, Lange D, Brinks A, D’Ambrosia M. Modeling autogenous shrinkage of concrete accounting for creep caused by aggregate restraint. In: Proceedings of the 4th international seminar on self-desiccation and its importance in concrete technology. Gaithersburg: NIST; 2005. Pp. 78–94. URL: https://www.researchgate.net/publication/269575700_Modeling_Autogenous_Shrinkage_of_Concrete_Accounting_for_Creep_Caused_by_Aggregate_Restraint (accessed: 07.01.2025).

11. Powers TC, Brownyard TL. Studies of the Physical Properties of Hardened Portland Cement Paste. Chicago: Portland Cement Association: 1948. 992 p.

12. Panchenko AI, Kharchenko IYa, Vasiliev SV. Durability of concrete with compensated chemical shrinkage. Construction materials. 2019;8:48–53. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-773-8-48-53

13. Khairallah RS. Analysis of Autogenous and Drying Shrinkage of Concrete. Hamilton: McMaster University; 2009. 154 р. URL: https://macsphere.mcmaster.ca/bitstream/11375/9421/1/fulltext.pdf (accessed: 08.02.2025).

14. Esping O, Löfgren I. Cracking due to plastic and autogenous shrinkage-investigation of early age deformation of self-compacting concrete-experimental study. Technical report. Sweden: Chalmers University of Technology; 2005. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.27325.36323.

15. Bentz DP, Jensen OM, Hansen KK, Oleson JF, Stang H, Haecker CJ. Influence of cement particle size distribution on early age autogenous strains and stresses in cement-based materials. Journal of the American Ceramic Society. 2004;84(1):129–135. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2001.tb00619.x

16. Koenders EAB, Van Breugel K. Numerical modelling of autogenous shrinkage of hardening cement paste. Cement and Concrete Research. 1997;27(10):1489–1499. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(97)00170-1

17. Kumarappa DB, Peethamparan S, Ngami M. Autogenous shrinkage of alkali activated slag mortars: Basic mechanisms and mitigation methods. Cement and Concrete Research. 2018;109:1–9. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.04.004

18. Abate SY, Park S, Kim H-K. Parametric modeling of autogenous shrinkage of sodium silicateactivated slag. Construction and Building Materials. 2020;262:120747. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120747

19. Gowripalan N. Autogenous Shrinkage of Concrete at Early Ages. In: ACMSM25. Lecture Notes in Civil Engineering. Singapore: Springer; 2020. https://doi.org/10.1007/978-981-13-7603-0_27

20. Holt E. Early age autogenous shrinkage of concrete. Espoo: VTT Publications; 2001. 184 p. URL: https://publications.vtt.fi/pdf/publications/2001/P446.pdf (accessed: 16.01.2025).

21. Nassif H, Suksawang N, Mohammed M. Effect of curing methods on early-age and drying shrinkage of highperformance concrete. Transportation research record. 2003;1834:4858. https://doi.org/10.3141/1834-07

22. Soliman AM, Nehdi ML. Effect of drying conditions on autogenous shrinkage in ultra-high-performance concrete at early-age. Materials and Structures. 2011;44:879–899. https://doi.org/10.1617/s11527-010-9670-0

23. Saje D. Reduction of the Early Autogenous Shrinkage of High Strength Concrete. Advances in Materials Science and Engineering. 2015;4:310641. https://doi.org/10.1155/2015/310641

24. Soliman AM. Early-Age Shrinkage of Ultra High-Performance Concrete: Mitigation and Compensating Mechanisms. Electronic Thesis and Dissertation Repository; 2011. 145 p. URL: https://ir.lib.uwo.ca/etd/145/ (accessed: 17.01.2025).

25. Qin Y, Yi Z, Wang W, Wang D. Time-Dependent Behavior of Shrinkage Strain for Early Age Concrete Affected by Temperature Variation. Materials Science and Engineering. 2017;3627251. https://doi.org/10.1155/2017/3627251

26. Калиновская Н.Н., Осос Р.Ф., Кучук Е.В. Бетонирование фундаментной плиты турбоагрегата Белорусской АЭС с применением самоуплотняющегося бетона. Технологии бетонов. 2017;3–4(128–129):15–19. URL: http://tehnobeton.ru/pdf/2017-3-4/15-19.pdf (accessed: 17.01.2025).

27. Муртазаев С.А.Ю., Сайдумов М.С., Аласханов А.Х., Муртазаева Т.С.А. Высокопрочные бетоны повышенной жизнеспособности для конструкций фундаментов МФК «Ахмат-Тауэр». В: Сборник докладов международного онлайн-конгресса «Фундаментальные основы строительного материаловедения». Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова; 2017. С. 875–883. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=36305899 (дата обращения 18.01.2025).

28. Pickett G. Effect of aggregate on shrinkage of concrete and a hypothesis concerning shrinkage. ACI Journal. 1956;52:581–590.

29. Бабков В.В., Баженов Ю.М., Быкова А.А., Галдина В.Д., Гридчин А.М., Иванцов В.А. и др. Цементы, бетоны, строительные растворы и сухие смеси. Часть I. Комохов П.Г. (ред.). СПб.: Профессионал; 2007. 804 с.

30. Lura P, Jensen OM, Van Breugel K. Autogenous shrinkage in high-performance cement paste: an evaluation of basic mechanisms. Cement and Concrete Research. 2003;33(2):223–232. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(02)00890-6