Charakterytyka porowato ci a mrozoodporno SCC w obecno ci oraz bez obecno ci soli odladzaj cych

Transkrypt

1 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012), Charakterytyka porowato ci a mrozoodporno SCC w obecno ci oraz bez obecno ci soli odladzaj cych BEATA A NIEWSKA-PIEKARCZYK Politechnika l ska, Wydzia Budownictwa, Katedra In ynierii Materia ów i Procesów Budowlanych, ul. Akademicka 5, Gliwice beata.lazniewska@polsl.pl Streszczenie W artykule rozwa any jest wp yw nowej generacji superplasty katorów (SP), domieszki stabilizuj cej (VMA) oraz domieszki przeciwpieni cej (AFA) na warto parametrów porów powietrznych, mrozoodporno w obecno ci oraz bez obecno ci soli odladzaj cych nienapowietrzonego i napowietrzonego betonu samozag szczalnego (SCC). Rezultaty bada dowiod y, e SCC jest mrozoodporny mimo, e parametry porów powietrznych nie spe niaj wymogów normowych. Ponadto, bardzo istotnym wp ywem na mrozoodporno SCC jest rodzaj superplasty katora. S owa kluczowe: beton samozag szczalny (SCC), superplasty kator, pory powietrzne, mrozoodporno, sole odladzaj ce EFFECTS OF POROSITY CHARACTERISTICS ON FREEZE-THAW AND FREEZE-DEICING SALT RESISTANCES OF SCC The in uence of a new generation of superplasticizers (SPs), viscosity modifying (VMA) and anti-foaming (AFA) admixtures on the internal frost resistance, frost resistance in the presence of deicing salts, durability coef cient (DF) and parameters of air-voids of both hardened non air-entrained and air-entrained self-compacting concretes (SCC) is investigated. The research results showed that SCC is frost resistant despite the fact that the parameters of air-voids were different than recommended by the standard. Moreover, the type of SP signi cantly affects the frost-resistance of SCC. Keywords: Self-compacting concrete (SCC), Superplasticizer, Air voids, Frost resistance, Deicing salts 1. Wprowadzenie W przypadku betonu nara onego na cykliczne zamra- anie i odmra anie wymagane jest jego napowietrzenie. Zawarto powietrza gwarantuj ca mrozoodporno betonu, wed ug publikacji [1, 2], powinna wynosi od 4% do 8%. W celu jej uzyskania stosowane s domieszki napowietrzaj ce (AEA). W wyniku dodania AEA do mieszanki betonowej powstaj w jej obj to ci liczne p cherzyki powietrza, które w stwardnia ym betonie tworz system porów powietrznych, zabezpieczaj cych beton przed napr eniem, jakie wywiera zamarzaj ca woda na cianki kapilar w betonie [3-5]. Europejskie wymagania odno cie parametrów porów powietrznych w betonie w klasie XF1-XF4 s zestawione w Tabeli 1. Normowe wymagania wzgl dem rozk adu porów powietrznych w stwardnia ym betonie stosowane s tak e w niektórych stanach USA i w Kanadzie [6-8]. Wskazania ACI [9] ograniczaj warto wska nika rozstawu porów ( L ) do warto ci 0,20 mm. Norma kanadyjska A23.1 CSA wymaga, aby dla betonów zwyk ych rednia warto wska nika rozstawu porów nie przekracza a 230 m. Obecnie przesuni to t warto do 260 m [10]. Nie bez znaczenia dla mrozo- odporno ci jest te powierzchnia w a ciwa porów. Z punktu widzenia mrozoodporno ci korzystnie jest, gdy powierzchnia w a ciwa porów wynosi minimum mm -1 [11]. W przypadku samozag szczalnego betonu (SCC) uzyskanie po danych parametrów struktury jego porowato- ci, ze wzgl du na mrozoodporno, bywa problematyczne [12-15]. Ponadto, niektóre rodzaje superplasty katorów (SP) powoduj powstanie nadmiernej zawarto ci powietrza w samozag szczalnej mieszance [12] pomimo tego, e zawieraj ju w swym sk adzie domieszk przeciwpieni c (ang. anti-foaming admixture AFA). Domieszki przeciwpieni ce skutecznie obni aj nadmiern zawarto powietrza [16], lecz ich dodanie, w pewnych przypadkach, mo e powodowa segregacj samozag szczalnej mieszanki. Wtedy stosuje si domieszki zwi kszaj ce lepko (VMA). W przypadku celowo napowietrzonego SCC problem uzyskania odpowiedniego napowietrzenia jest tak e z o ony. W pewnych przypadkach AEA mo e spowodowa nadmierne up ynnienie mieszanki, gdy AEA jest rodkiem powierzchniowoczynnym. W takiej sytuacji nale y stosowa kolejn domieszk, czyli VMA. Stosowanie VMA, zale nie od 549

2 B. A NIEWSKA-PIEKARCZYK Tabela 1. Normowe wymagania dotycz ce parametrów porów powietrznych betonu [20]. Table 1. Requirements for concrete parameters of air voids speci ed by ref. [20]. Klasa ekspozycji mrozowej Norma Wymagane XF1 XF2 XF3 XF4 Norma EN Min. zawarto powietrza w mieszance 4,0 4,0 4,0 Norma a ustriacka ÖNORM B Norma du ska DS Min. zawarto powietrza w mieszance 2,5 2,5 4,0 Min. zawarto mikroporów A 300 1,0 1,0 1,8 Max. wska nik rozmieszczenia porów L [mm] 0,18 Min. zawarto powietrza w mieszance 4,5 4,5 4,5 Min. zawarto powietrza A w betonie 3,5 3,5 3,5 Max. Wska nik rozmieszczenia porów L [mm] 0,20 0,20 0,20 Odporno betonu na z uszczenia powierzchniowe dobra dobra dobra Norma niemiecka Min. zawarto powietrza A w betonie Niemieckie Federalne Ministerstwo Komunikacji ZTV Beton-StB 01 3,5% przy d max = 63 mm 4,0% przy d max = 32 mm 4,5% przy d max = 16 mm 5,5% przy d max = 8 mm Beton z domieszk napowietrzaj c i uplastyczniaj c lub up ynniaj c Beton na nawierzchnie dróg Min. zawarto powietrza w mieszance, ( rednia dzienna) 5,0 4,0 Min. zawarto mikroporów A 300 1,5 1,8 Max. wska nik rozmieszczenia porów L [mm] 0,20 0,20 Oznaczenia: L wska nik rozmieszczenia porów powietrznych w stwardnia ym betonie wg PN-EN , A zawarto powietrza w stwardnia ym betonie wg PN-EN , A 300 zawarto mikroporów o wymiarze rednicy mniejszej ni 0,3 mm w stwardnia ym betonie wg PN-EN rodzaju SP, mo e powodowa istotne zmiany porowato ci, a co za tym idzie, mrozoodporno ci napowietrzonego SCC. W publikacji [17] przedstawiono wyniki bada wp ywu domieszek SP, AEA, AFA i VMA na zawarto powietrza w mieszance, jej urabialno oraz charakterystyk porowato ci mieszanki betonowej i stwardnia ego betonu samozag szczalnego. Rezultaty bada wykaza y, e wymienione domieszki znacz co wp ywaj na urabialno oraz charakterystyk porowato ci mieszanki betonowej, wery kowan za pomoc urz dzenia AVA, i SCC wed ug PN-EN [18]. Nie wiadomo jednak, czy mody kacja za pomoc domieszek nienapowietrzonego i napowietrzonego SCC przek ada si na zró nicowanie jego mrozoodporno ci. Celem prezentowanych bada jest okre lenie wp ywu wymienionych domieszek na odporno mrozow w obecno ci oraz bez obecno- ci soli odladzaj cych nienapowietrzonego i napowietrzonego SCC, mody kowanego domieszkami. 2. Metodyka bada Do projektowania i wykonania mieszanek betonowych zastosowano cement CEM II B-S 32,5R z cementowni Góra d e (Tabela 2), m czk wapienn (Tabela 3), kruszywo wirowe frakcji 2/8 mm i piasek frakcji 0/2 mm. W badaniach zastosowano nast puj ce domieszki (Tabela 4): SP1 (powoduj cy powstawanie nadmiernej zawarto ci powietrza), SP2 (nie powoduj cy powstawania nadmiernej zawarto ci powietrza), AFA i VMA oraz AEA. Szczegó owy sk ad SCC oraz cel jego mody kacji podano w Tabelach 5 i 6. Oznaczenie charakterystyki porowato ci SCC wykonano wed ug PN-EN [18]. Norma europejska [19] nie wskazuje metody badania mrozoodporno ci betonu. Metoda oceny mrozoodporno ci wg [21] i [22] ma t przewag na polsk metod oceny mrozoodporno ci wg [23], e pozwala na ledzenie post pu destrukcji betonu bez konieczno ci Tabela 2. Charakterystyka CEM II/B-S 32,5 R. Table 2. Characteristics of CEM II/B-S 32,5 R. Analiza chemiczna Powierzchnia Wytrzyma o Czas wi zania, G sto w a ciwa na test Vicata [min] w a ciwa SiO 2 CaO Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO Na 2 O ekw SO 3 Blaine a ciskanie [g/cm [cm 2 /g] 3 ] Pocz tek [MPa] Koniec wi zania wi zania 24,7 56,7 6,3 2,3 2,9 0,7 3, ,0 42, T abela 3. Charakterystyka m czki wapiennej. Table 3. Characteristics of lime stone. Analiza chemiczna Powierzchnia Straty pra enia CaCO w a ciwa [g/cm 3 3 SiO 2 +NR MgCO 3 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 Na 2 O K 2 O S ] 96,00 1,50 1,40 0,11 0,08 0,023 0,037 0,03 43,75 2,7 550 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012)

3 CHARAKTERYTYKA POROWATO CI A MROZOODPORNO SCC W OBECNO CI ORAZ BEZ OBECNO CI SOLI ODLADZAJ CYCH Ta bela 4. Charakterystyka domieszek. Table 4. Properties of admixtures. W a ciwo SP1 SP2 AEA VMA AFA Baza g ówna eter wielokarboksylowy eter wielokarboksylowy syntetyczny surfaktant kopolimer syntetyczny polialkohol G sto przy 20 C [g/cm 3 ] 1,07 ± 0,02 1,05 ± 0,02 1,01 ± 0,02 1,0 1,02 0,95 ± 0,02 Warto ph przy 20 C 6,5 ± 1,0 6,5 ±1,5 8, Zawarto chlorków [% mas.] 0,1 1,3 0,1 < 0,1 Zawarto alkaliów (Na 2 O ekw ) [% mas.] 1,5 1,3 1,0 Tab la 5. Sk ad SCC. Table 5. Components of SCC. Symbol SCC CEM II B-S 32,5R [kg/m 3 ] w/c w/s Piasek 0-2 mm [kg/m 3 ] wir 0-8 mm [kg/m 3 ] Zawarto zaczynu SP1 SP2 VMA AEA AFA [% mas.] B1 442,40 0,45 0,31 693,20 866,49 41,00 0,67 0,00 0,00 0,00 0,00 B1A 442,40 0,45 0,31 693,20 866,49 41,00 0,67 0,00 0,00 0,00 1,80 B2 442,40 0,45 0,31 693,20 866,49 41,00 0,00 1,33 0,00 0,00 0,00 B2V 442,40 0,45 0,31 693,20 866,49 41,00 0,00 1,53 0,25 0,00 0,00 B2A 442,40 0,45 0,31 693,20 866,49 41,00 0,00 1,16 0,00 0,04 0,00 B2AV 442,40 0,45 0,31 693,20 866,49 41,00 0,00 1,51 0,27 0,08 0,00 Tabe la 6. Cel stosowania domieszek. Table 6. Aims to use admixtures. Symbol Rodzaj domieszek Badany efekt wp ywu domieszek B1 SP1 napowietrzaj cy SCC napowietrzony (nie celowo), w wyniku dzia ania SP1 B1A SP1+AFA Eliminacja napowietrzenia powsta ego w wyniku dzia ania SP1 B2 SP1+AFA+VMA Przeciwdzia anie segregacji powsta ej w wyniku dzia ania SP1+AFA B2V SP2 nienapowietrzaj cy SCC nienapowietrzony B2A SP2+VMA Przeciwdzia anie segregacji powsta ej w wyniku dzia ania SP2 B2AV SP2+AEA Celowo napowietrzony SCC B1 SP2+AEA+VMA Przeciwdzia anie segregacji powsta ej w wyniku dzia ania SP2 +AEA jego niszczenia. Przeprowadzono w zwi zku z tym badania mrozoodporno ci betonu F300 wed ug PN-88/B-0625 [23] i oznaczenie warto ci wspó czynnika trwa o ci DF [21] wg CEN/TR beam test [22]. Wed ug ASTM C 666 [21] za beton mrozoodporny uwa a si taki, który po cyklach zamra ania-odmra ania wykazuje warto wspó czynnika DF wi ksz ni 80%. Je li wspó czynnik DF wykazuje warto mniejsz ni 60%, lub próbka wykazuje zmian d ugo ci powy ej 200 m/m, to beton mo na traktowa jako nie odporny na mróz. Wykonano ponadto badanie mrozoodporno ci SCC w obecno ci soli odladzaj cych zgodnie z PKN-CEN/TS :2007 [24]. W Tabeli 7 przedstawiono kryteria oceny mrozoodporno ci wed ug wymienionej normy. 3. Wyniki bada i ich dyskusja W Tabeli 8 zestawiono rezultaty bada charakterystyki porowato ci wed ug PN-EN Wp yw domieszek na charakterystyk porowato ci SCC zosta przeanalizowany w publikacji [17]. Analiza wyników bada zestawionych w Ta- Tabela 7. Kryteria oceny mrozoodporno ci betonu wed ug [24]. Table 7. Criteria for assessment of frost resistance of concrete according to [24]. Mrozoodporno Wymagania Bardzo dobra rednia z uszcze po 56 cyklach (m 56 ) jest mniejsza ni 0,10 kg/m 2 Dobra rednia z uszcze po 56 cyklach (m 56 ) jest mniejsza ni 0,20 kg/m 2 lub rednia z uszcze m 56 jest mniejsza ni 0,50 kg/m 2, przy czym m 56 /m 28 jest mniejsze ni 2 lub rednia po 112 cyklach (m 112 ) jest mniejsza ni 1,00 kg/m 2 Dostateczna Niedostateczna rednia z uszcze po 56 cyklach (m 56 ) jest mniejsza ni 1,00 kg/m 2, przy czym m 56 /m 28 jest mniejsze ni 2 lub rednia po 112 cyklach (m 112 ) jest mniejsza ni 1,00 kg/m 2 Je eli nie s spe nione wymagania mrozoodporno ci dostatecznej MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012) 551

4 B. A NIEWSKA-PIEKARCZYK Tabela 8. Charakterystyka porów powietr znych [17]. Table 8. Characteristic of air-voids [17]. Symbol A L [mm] [mm -1 ] A 300 B1 4,47 0,29 20,83 1,55 B1A 2,10 0,58 15,04 0,25 B1VA 2,56 0,43 18,34 0,42 B2 1,86 0,84 10,88 0,22 B2V 3,14 0,99 7,16 0,16 B2A 3,80 0,33 20,21 1,39 B2AV 3,72 0,32 20,71 1,54 B1- SP1 napowietrzaj cy, B1A - SP1+AFA1, B1AV - SP1+ AFA1+VMA1, B2 - SP2 nienapowietrzaj cy, B2V - SP2+VMA1, B2A - SP2+AEA 1, B2AV - SP2+AEA1+VMA1. Tabela 9. Wyn iki bada mrozoodporno ci F300. Table 9. The decrease of the mass and compressive strength of SCC after 300 freezing-thawing cycles of SCC. Symbol f cm m F300 B1-3,0 0,00 tak B1A -0,4 0,89 tak B1VA 2,6 0,52 tak B2 49,3 0,00 nie B2V 32,6 0,00 nie B2A -3,3 0,03 tak B2AV 3,1 0,10 tak B1- SP1 napowietrzaj cy, B1A- SP1+AFA1, B1AV- SP1+AFA- 1+VMA1, B2 - SP2 nienapowietrzaj cy, B2V - SP2+VMA1, B2A - SP2+AEA 1, B2AV- SP2+AEA1+VMA1. beli 8 dowodzi, e mody kacja SCC za pomoc domieszek skutkuje znacz cymi zmianami warto ci porów powietrznych. Niekorzystnym wp ywem w tym zakresie charakteryzuje si AFA i VMA. W przypadku stosowania VMA nale y zwi kszy ilo AEA w celu zachowania to samego poziomu napowietrzenia SCC (por. Tabela 5). Wyniki bada mrozoodporno ci SCC bez obecno ci soli odladzaj cych zestawiono w Tabeli 9. Wp yw mody kacji SCC za pomoc domieszek na jego mrozoodporno jest tak e istotny. Najwi kszy wp yw wykazuje rodzaj SP. W przypadku SCC wykonanego z SP1 (o ubocznym efekcie napowietrzaj cym) uzyskano mrozoodporno SCC rz du F300. SCC z SP2 nie jest mrozoodporny. AFA, VMA nie wp ywaj na mrozoodporno nienapowietrzonego i celowo napowietrzonego SCC. Nale y jednak przypomnie, e przy stosowaniu VMA konieczne jest zwi kszenie ilo ci AEA. Na Rys. 1-4 pokazano zale no mi dzy warto ciami parametrów porów powietrznych i mrozoodporno ci SCC badan wg [23]. Porównanie wyników bada zestawionych na Rys. 1-4 i wymogów wobec parametrów porów powietrznych mrozoodpornego betonu, przedstawionych w Tabeli 1, sugeruje konieczno dalszych bada nad skorelowaniem parametrów porowato ci betonu z danym jego stopniem mrozoodporno- ci. Konieczno ta zosta a ju wspomniana w publikacji [25]. W Tabeli 10 zestawiono wyniki badania wspó czynnika trwa o ci DF po 0, 25, 75, 100, 150, 250 i 300 cyklach zamra ania-odmra ania. Analiza wyników bada (Tabela 10) wskazuje, e rodzaj SP jest bardzo wa ny dla mrozoodporno ci SCC. SCC wykonany z SP2 okazuje si by mrozoodporny tylko do 250 cykli. Przy 300-tnym cyklu wspó czynnik DF osi gn warto krytyczn, odpowiadaj c ju niemrozoodpornemu betonowi wg [21], tj. DF < 60%. Wyniki bada te sugeruj o istotnym wp ywie VMA na warto DF (Tabela 10), co jest zgodne z wynikami bada pokazanymi na Rys. 5. Rys. 1. Zale no mi dzy zawarto ci powietrza w SCC a ubytk iem wytrzyma o ci po 300 cyklach zamra ania-odmra ania. Fig. 1. Relationship between air content in SCC and decrease of compressive strength after 300 cycles of freezing-thawing. Rys. 2. Zale no mi dzy wska nikiem rozstawu porów w SCC a ubytkiem wytrzyma o ci po 300 cyklach zamra ania-odmra ania Fig. 2. Relationship between air voids spacing factor in SCC and decrease of compressive strength after 300 cycles of freezing-thawing. 552 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012)

5 CHARAKTERYTYKA POROWATO CI A MROZOODPORNO SCC W OBECNO CI ORAZ BEZ OBECNO CI SOLI ODLADZAJ CYCH Rys. 3. Zale no mi dzy powierzchni w a ciw porów w SCC a ubytkiem wytrzyma o ci po 300 cyklach zamra ania-odmra ania. Fig. 3. Relationship between speci c surface of air voids in SCC and decrease of compressive strength after 300 cycles of freezing-thawing. Rys. 4. Zale no mi dzy zawarto ci porów A 300 w SCC a ubytkiem wytrzyma o ci po 300 cyklach zamra an ia-odmra ania. Fig. 4. Relationship between A 300 air content in SCC and decrease of compressive strength after 300 cycles of freezing-thawing. Tabela 10. Wyniki bada wspó czynnika trwa o ci DF po n cyklach zamra ania-odmra ania. Table 10. DF coef cient after n freezing-thawi ng cycles. Symbol Mrozoodporno B tak B1A tak B1VA tak B nie B2V tak B2A tak B tak B1- SP1 napowietrzaj cy, B1A - SP1+AFA1, B1AV - SP1+AFA1+VMA1, B2 - SP2 nienapowietrzaj cy, B2V - SP2+VMA1, B2A - SP2+A- EA 1, B2AV - SP2+AEA1+VMA1. Rys. 5. Zale no pomi dzy wska nikami rozstawu porów i trwa o ci DF betonu [26]. Fig. 5. Relationship between air-voids factor and DF durability coef cient of concrete [26]. Je eli porównamy wyniki oceny mrozoodporno ci SCC wg [22] i [23] okazuje si, e nie ma 100% zgodno ci mi dzy wynikami obu metod (Rys. 6). Przyczyn tego mo e by ró na wielko próbek betonu (15 cm 15 cm 15 cm w przypadku [23] i 40 cm 10 cm 10 cm w przypadku [22]), która istotnie wp ywa na wynik badania mrozoodporno ci. Zagadnienie to wymaga dalszych bada. Porównuj c wyniki badania wspó czynnika trwa o ci SCC z warto ciami parametrów struktury porowato ci (Rys. 7-10), mo na ponownie wnioskowa, e SCC jest mrozoodporny przy innych warto ciach parametrów struktury porowato ci ni podano w Tabeli 1. Zaprezentowane wyniki bada (Tabele 8-10) wiadcz o tym, e w wi kszo ci przypadków SCC sprosta 300 cy- MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012) 553

6 B. A NIEWSKA-PIEKARCZYK Rys. 6. Zale no mi dzy wynikami badania mrozoodporno ci i wspó czynnika DF po 300 cykl ach zamra ania-odmra ania Fig. 6. Relationship between frost resistance and DF durability coef cient after 300 cycles of freezing-thawing. Rys. 7. Zale no mi dzy wska nikiem rozstawu porów w SCC a wspó czynnikiem trwa o ci DF po 300 cyklach zamra ania-o dmra ania. Fig. 7. Relationship between volume of air voids spacing factor in SCC and DF durability factor after 300 cycles of freezing-thawing. Rys. 8. Zale no mi dzy zawarto ci porów w SCC a wspó czynnikiem trwa o ci DF po 300 cyklach zamra ania-odmra ania Fig. 8. Relationship between volume of air voids in SCC and DF durability factor after 300 cycles of freezing-thawing. Rys. 9. Zale no mi dzy powierzchni w a ciw porów w SCC a wspó czynnikiem trwa o ci DF po 300 cyklach zamra ania-odmra ania. Fig. 9. Relationship between speci c surface of air voids in SCC and DF durability factor after 300 cycles of freezing-thawing. klom naprzemiennego zamra ania-odmra ania, mimo odmiennych ni zalecane przez normy warto ci parametrów porów powietrznych (Tabela 1). Nale y zatem rozró ni teoretyczn i praktyczn warto wska nika rozstawu porów L. Wed ug autorów pracy [27] zalecana warto wska nika rozstawu porów powinna by mniejsza ni 0,25 mm (0,20 przy stosowaniu rodków rozmra aj cych). Na podstawie wyników bada [28] uzyskano nast puj ce war- to ci krytyczne wska nika rozstawu porów: L = 630 m w przypadku betonu o w/c = 0,5 i spadkiem temperatury 4 C/h; L = 550 m w przypadku betonu o w/c = 0,6 i spadkiem tempemperatury w tempie 4 C/h; L = 450 m w przypadku betonu o w/c = 0,5 i obni aniem si tempemperatury w tempie 6 C/h. Wymieniowe warto ci krytyczne L oznaczono przy zmianie d ugo ci próbek betonu wynosz cej Pigeon i Lachance [29] wykazali, e graniczna warto mi MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012)

7 CHARAKTERYTYKA POROWATO CI A MROZOODPORNO SCC W OBECNO CI ORAZ BEZ OBECNO CI SOLI ODLADZAJ CYCH Rys. 10. Zale no mi dzy zawarto ci porów A 300 w SCC a wspó czynnikiem trwa o ci DF po 300 cyklach zamra ania-odmra ania Fig. 10. Relationship between A 300 air voi d content in SCC and DF durability factor after 300 cycles of freezing-thawing. Tabela 11. Krytyczna warto wska nika rozstawu porów [28]. Table 11. Critical values of air voids spacing factor [2]. Warto w/c Tempo spadku temperatury [ o C/h] 0,5 0,6 L kryt. [ m] L kryt. [ m] 2 680* 570* *Na podstawie Pigeona i Lachance a [29]. Tabela 12. Krytyczne warto ci wska nika rozstawu porów [33]. Table 12. Critical values of air voids spacing factor [33]. Rodzaj betonu Krytyczna warto L [mm] normalny (w/c = 0,5) 0,50 z py em krzemionkowym 0,25 wysokiej wytrzyma o ci 0,60 Tabela 13. Propon owane kryteria wska nika rozstawu porów [34]. Table 13. Proposed value of air voids spacing factor [34]. Ponadto, wyniki bada [30], [31] i [32] wykaza y bardzo istotny zwi zek mi dzy warto ci stosunku w/c a rozstawem porów powietrznych mrozoodpornego betonu (Tabele 12 i 13). Badany przez autork artyku u mrozoodporny SCC charakteryzuje si w/c = 0,45 (w/s = 0,31) i wska nik rozstawu porów wynosi a 0,60 mm. Tak e wyniki bada wspó czynnika trwa o ci DF (Rys. 7) wykaza y, e SCC jest mrozoodporny przy L = 0,60 mm, a nawet L = 0,99 w przypadku SCC z VMA. Wobec tego, zalecenia wzgl dem L podane w Tabeli 13 s w tym przypadku mniej s uszne od zalece podanych w Tabeli 12. W Tabeli 14 zestawiono wyniki badania mrozoodporno ci SCC w obecno ci soli odladzaj cych. Wyniki badania mrozoodporno ci SCC w obecno ci soli odladzaj cych dowiod y, e ubocznie napowietrzony SCC i SCC mody kowany AFA nie s mrozoodporne w obecno ci soli odladzaj cych mimo, e uzyskuj nawet F300. Nienapowietrzony SCC tak e nie jest mrozoodporny w obecno ci soli odladzaj cych, ale nie uzyskuje równie F300 (Tabela 9). Dowodzi to znacznego wp ywu rodzaju ekspozycji betonu na krytyczne warto ci pa- w/c Sugerowana L [ m] Krytyczna L [ m] Mrozoodporno > 0, (w obecno ci soli odladzaj cych) 300 cykli ASTM C cykli ASTM C672 0,40-0, (w obecno ci soli odladzaj cych) 300 cykli ASTM C cykli ASTM C672 0,35-0, cykli ASTM C666 < 0,30 Brak danych, akceptowane s powy sze kryteria Tabela 14. Wyniki badania mrozoodporno ci SCC w obecno ci soli odladzaj cych. Table 14. Frost resistance of SCC in the presence of freeze-deicing salts. Symbol Z uszczenie po 28 cyklach, [kg/m 2 ] Z uszczenie po 56 cyklach, [kg/m 2 ] Mrozoodporno B1 1,9 2,5 niedostateczna B1A 2,1 5,4 niedostateczna B2 2,3 6,2 niedostateczna B1- SP1 napowietrzaj cy, B1A- SP1+AFA1, B2 - SP2 nienapowietrzaj cy dzy porami powietrznymi powinna wynosi 0,68 mm dla w/c = 0,5. Natomiast L = m gwarantuje odporno betonu na 300 cykli zamra ania i odmra ania. Autorzy publikacji [28] podsumowali uzyskane wyniki bada w postaci zawartej w Tabeli 11. rametrów porów powietrznych. Przeprowadzone analizy [35] wyników bada zaczynów cementowych w stanie nasycenia wod po zamra aniu lub uwzgl dniaj ce krytyczny stopie nasycenia wod i rozk ad porów, pozwoli y na oszacowanie warto ci krytycznej odleg o ci pomi dzy porami L (Tabela MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012) 555

8 B. A NIEWSKA-PIEKARCZYK Tabela 15. Krytyczna warto wska nika rozstawu porów [35]. Table 15. The critical value of air voids spacing factor [35]. Krytyczna odleg o L Zamarzanie Teoretyczna [mm] Praktyczna [mm] w czystej wodzie 0,22-0,25 0,35-0,40 w obecno ci soli odladzaj cych 0,16-0,20 0,50 15). Badany SCC charakteryzuje si najmniejsz warto - ci L = 0,29 mm (Tabela 8), która okaza a si zbyt du a, aby zapewni mrozoodporno SCC w obecno ci soli odladzaj cych. Wobec tego zalecenia wzgl dem L = 0,16-0,20 mm (Tabela 14) wydaj si uzasadnione. Wyniki bada autorki oraz cytowane w artykule dowodz, e ponownie nale y okre li ro ne zalecenia wzgl dem warto ci krytycznych parametrów porów powietrznych betonu w zale no ci od jego rodzaju oraz przede wszystkim od rodzaju rodowiska ekspozycji mrozowej betonu. Zalecenia podane w Tabeli 1 s zbyt du ym uproszczeniem tak skomplikowanego zagadnienia. 4. Wnioski W zakresie wyników przeprowadzonych bada oraz analizowanych rodzajów domieszek stwierdzono, e: Wp yw rodzaju SP jest bardzo istotny dla wynikowej charakterystyki porowato ci i mrozoodporno ci SCC. Napowietrzenie, b d ce ubocznym dzia aniem SP, w analizowanym przypadku, zapewni o mrozoodporno F300. Napowietrzenie b d ce efektem dzia ania AEA charakteryzuje si jednak znacznie korzystniejszymi charakterystykami porowato ci z punku widzenia odporno ci mrozowej SCC. Stosowanie VMA wymaga zwi kszenia ilo ci AEA w celu zachowania to samego napowietrzenia SCC. Zastosowanie si do tego zalecenia sprzyja mrozoodporno- ci SCC. Dodanie AFA, w celu zniwelowania ubocznego efektu SP w postaci napowietrzania SCC, spowodowa o spodziewane obni enie ca kowitej zawarto ci powietrza w SCC, a tak e niekorzystne zmiany charakterystyki napowietrzenia SCC. Mimo to, SCC jest mrozoodporny, czego dowiod y badania przeprowadzone wed ug polskiej normy oraz pomiary wspó czynnika trwa o ci DF. U ycie VMA w przypadku SCC mody kowanego AFA niewiele zmieni o warto ci parametrów porowato ci SCC. Nast pi o korzystne zmniejszenie rednicy porów, co przenios o si na warto ci L, i A 300. SCC mody kowany AFA i VMA jest odporny mrozowo, co potwierdzi y tak e badania wspó czynnika DF. Wyniki badania mrozoodporno ci SCC w obecno ci soli odladzaj cych dowiod y, e ubocznie napowietrzony SCC i SCC mody kowany AFA nie s mrozoodporne w obecno ci soli odladzaj cych mimo, e uzyskuj wysok mrozoodporno F300. Nienapowietrzony SCC tak e nie jest mrozoodporny w obecno ci soli odladzaj cych, ale w tym przypadku nie uzyskuje równie F300. wiadczy to o istotnym wp ywie rodzaju ekspozycji mrozowej na wynik badania mrozoodporno ci betonu. SCC jest mrozoodporny (bez oddzia ywania soli odladzaj cych) mimo, e parametry porów powietrznych nie spe niaj wymogów normowych wzgl dem nich wystosowanych. Wyniki bada dowiod y, e surowsze kryteria wzgl dem warto ci parametrów porów powietrznych powinny obowi zywa w przypadku SCC nara onego na oddzia ywanie cyklicznego zamra ania-odmra ania w obecno ci soli odladzaj cych. Literatura [1] ACI Committee 318: Building code requirements for structural concrete and commentary (ACI ). ACI Manual of Concrete Practice, Part 3. Michigan, USA: Americ an Concrete Institute. [2] Persson B.: Internal frost resistance and salt frost scaling of self-co mpacting concrete, Cement and Concrete Research, 33, 3,(20 03), [3] Chatterji S.: Freezing of air-entrained cement-based materials and speci c actions of air-entraining agents, Cement and Concrete Co mposites, 25, 7, (2003), [4] Powers T.C.: The air requirement of frost-resistant concrete, w Proceedings of Highway Research Board, Vol.29, Washington D.C., USA: T ransportation Research Board, National Academy of Sciences, (1949), [5] Sun S., Scherer G.W.: Effect of air-voids on salt scaling and internal freezing, Cement and Concrete Research, 40, 2, (2010), [6] G linicki M.A., Cie la, J., Fordo ski K.: Zagadnienia trwa o- ci mostów betonowych w normach europejskich, Mi dzynarodowa Konferencja EKO-MO ST 2006, Kielce, maja 2006, [7] Meyer F.: Air void distribution in concrete for the Great Belt Link, West Bridge, Nordic Concrete Research, Publication No. 21, 17. [8] Schell H., Kon ecny J.: Development of an End-Results Speci cation for Air Void parameters of Hardened Concrete In Ontario s Highway Structures, 82n d Annual Meeteing, Transportation Research Board, Washington, (2003), 18. [9] Guide to durable concrete. Reported by ACI Committee 201, ACI Journal, 74, 12, (1979), [10] Newlon H., Mitchell T.M.: Freezing and Thawing. Signi c ance of Test and Properties of Concrete and Concrete-Making Materials, P. Klieger, J. F. Lamond, ASTM Publication, USA, (1994). [11] Neville A.M., W a ciwo ci betonu, Polski Cement, Kraków [12] Szwabowski J., a niewska-piekarczyk B.: Zwi kszenie napowietrzenia mieszanki pod wp ywem d zia ania superplasty katorów karboksylowych, Cement-Wapno-Beton, nr 4, (2008), [13] Khayat K.H.: Optimization and performance of the airentrained, self-consolidating concrete, ACI Mater. J., 97, 5, (2000), [14] Kobayashi M., Nakakuro E., Kodama K., Negami S.: Frost resistance of superplasticized concrete, ACI SP-68, (1981), [15] Litvan G.: Air entrainment in the presence of superplasticizers, ACI Journal, 80, 4, (1983), [16] a niewska-piekarczyk B.: Wp yw domieszki zmniejszaj cej zawarto powietrza na w a ciwo ci mieszanki oraz samozag szczajacego si betonu, Cement-Wapno-Beton, nr 3, (2010). [17] a niewska-piekarczyk B.: Porównanie charakterystyk porowato ci samozag szczalnej mieszanki betonowej i stwardnia ego betonu mody kowanego domieszkami SP, AEA, AFA I VMA, Materia y Ceramiczne /Ceramic Materials/, 63, 3, (2011), [18] PN-EN : Domieszki do betonu, zaprawy i zaczynu - Metody bada - Cz 11: Oznaczanie charakterystyki porów powietrznych w stwardnia ym betonie. [19] PN-EN 206-1:2003, Beton. Cz 1: Wymaga nia, w a ciwo- ci, produkcja i zgodno. 556 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012)

9 CHARAKTERYTYKA POROWATO CI A MROZOODPORNO SCC W OBECNO CI ORAZ BEZ OBECNO CI SOLI ODLADZAJ CYCH [20] Glinicki M.A.: Europejskie wymagania na beton napowietrzony w klasie rodowiska XF, Drogownictwo, nr 3, (2005), [21] AST M C 666, Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing, A nnual Book of ASTM Standards, [22] CEN/TR 15177, Testing the freeze-thaw resistance of concrete Internal structural dama ge, Technical Report, April [23] PN-88-B Beton Zwykly. [24] PKN-CEN/TS :2007- Testing hardened concrete - Part 9: Freez e-thaw resistance Scaling. [25] Szwabowski J., a niewska-piekarczyk B.: Wymogi wzgl dem parametrów struktury porowato ci mroz oodpornego samozag szczalneg o betonu (SCC), Cement-Wapno-Beton, nr 3, (2008), 155. [26] Khayat K.H.: Viscosity-Enhancing Admixtu re for Cement- Based Materials An Overview, Cement and Concrete Composites, 20, (1998), [27] Powers T.C.: Void spacing as a basis for producing airentrained concrete, Journal ACI, No. 50, (1953), [28] Pigeon M., Prévost J., Simard J.-M.: Freeze-Thaw Durability Versus Freezing Rate, ACI Journal Proceedings, 82, 5, ( 1985), [29] Pigeon M., Lachance M.: J. Am., Concr. Inst., 77, (1981), 282,. [30] Okada E. M., Hisaka Y., Kazama, Hatto ri K.: Freeze-thaw resistance of superplasticized concretes, ACI SP-68, (1981), [31] Philleo R.: Frost susceptibility of high-stre ngth concrete, Katharine and Bryant Mather International Confer ence Durability, American Concrete Institute, SP , Atlanta, (1987), [32] Sommer H.: The precision of the mocroscopical determiniation of the air void system in hardened concrete, Cement, Concrete and Aggregates, 1, 2, (1979), [33] Pigeon M., Marchand J., Pleau R.: Frost resistant concrete, Construction and B uilding Materials, 10, 5, (1996), [34] Aïtcin P. C.: The in uence of the spacing factor on the freeze-thaw durability of high-performance concrete, Internati o- nal Symposium on the High-Performance and Reactive Power Concrete, vol. 4, Sherbrooke 1998, [35] Fagerlund G.: Frost re sistance of high performance concrete some theoretical considerations, w Proceedings of the RILEM International Workshop Durability of High Performance Concrete, Feburary, Vienna Otrzymano 8 lutego 2012, zaak ceptowano 27 kwietnia 2012 MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 64, 4, (2012) 557