Влияние позднего образования эттрингита на долговечность растворов: важность термического контроля

Зомахун К.В., Хоуану К.А., Содомон М., Самченко С.В. Влияние позднего образования эттрингита на долговечность растворов: важность термического контроля. Нанотехнологии в строительстве. 2026;18(3):363–378. – EDN: NYYMFH.

Zomahoun C.V., Houanou K. A., Sodomon M., Samchenko S.V. Influence of delayed ettringite formation on the durability of mortars: the importance of thermal control. Nanotechnologies in Construction. 2026;18(3):363–378. – EDN: NYYMFH.

В африканских странах и, в частности в Бенине, климатические условия характеризуются высокими температурами, которые часто превышают 30 °C и могут подниматься еще выше в зависимости от сезона. Эти температурные условия являются важным фактором окружающей среды, влияющим на поведение строительных материалов, особенно бетона и строительного раствора.

Повышенные температуры на ранних этапах затвердевания бетона или во время укладки раствора могут изменить механические и физико-химиче- ские свойства этих материалов. Многочисленными исследованиями показано, что повышенные температуры (более 25 °С) ускоряют реакции гидратации цемента [1–3]. Повышение температуры при твердении бетона приводит к нарушению внутренней микроструктуры и способствует развитию дефектов в бетоне, включая внутреннюю сульфатную реакцию (ВСР).

Позднее образование этрингита (DEF) – это аномалия бетона, впервые выявленная на реальных сооружениях в конце 1980-х годов. Некоторые исследователи сообщали о случаях, когда сборные элементы, подвергнутые термоотверждению, впо-

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

следствии подвергались разрушению, что приводило к снижению их механических характеристик [4].

Позднее образование этрингита (DEF) впервые было выявлено в сборных железобетонных изделиях в конце 1980-х годов [4]. Впоследствии в литературе были опубликованы многочисленные тематические исследования и экспертные отчеты, в том числе [5, 6], содержащие описания случаев одновременного протекания щелочно-кремнеземной реакции и позднего образования этрингита [7–9]. Во Франции внутренняя сульфатная реакция была выявлена в нескольких десятках монолитных конструкций [10–13], а также в сборных железобетонных элементах [14].

Сульфатные атаки представляют собой серьезную проблему долговечности для бетонных конструкций. Эти атаки повреждают бетон, ухудшая его механические свойства. В частности, внутренняя сульфатная реакция приводит к отсроченному образованию этрингита, что вызывает расширение внутри бетона и развитие сетевых трещин [15].

Когда конструкция подвергается воздействию, крайне важно точно диагностировать развитие дефектов, оценить ее пригодность к эксплуатации, предсказать механическую эволюцию конструкции и применить соответствующие методы ремонта. Достижение этих целей требует глубокого понимания последствий DEF как на микроструктурном, так и на макроструктурном уровне. Было проведено множество экспериментальных и теоретических исследований с целью выявления вовлеченных физико-химических механизмов и параметров, влияющих на позднее образование этрингита (DEF). Тем не менее, сложность процессов, лежащих в основе явлений, затрудняет прямую экстраполяцию этих знаний для объяснения эффектов на структурном уровне. Поэтому макроскопические подходы могут дать дополнительные сведения, опираясь на знания, уже имеющиеся в литературе [2]. Развитие дефектов также затрагивает раствор, нанесенный на бетонные основания, тем самым ухудшая видимое качество поверхности, тогда как фактическая причина растрескивания и других наблюдаемых повреждений заключается в DEF, происходящем внутри самого бетона. Такие нарушения обычно появляются через несколько лет или даже десятилетий, что затрудняет как изучение данной аномалии, так и выбор подходящих стратегий ремонта, направленных на продление срока службы поврежденных конструкций [3].

Целью данной работы является оценка в реальных условиях окружающей среды риска развития позднего образования этрингита (DEF) в бетоне, а затем анализ поведения покрытий, нанесенных на этот субстрат, с целью оценки долгосрочной эволюции и состояния поверхности раствора.

С этой целью принятая методология построена на следующих основных аспектах:

• •    Оценка повышения температуры в соответствии с руководством IFSTTAR (октябрь 2017 г.) [16];

• •    Проведение испытания на образце-кубике со стороной 1 м, оснащенном теплоизолированными датчиками (полуадиабатические условия), с использованием бетонной смеси, демонстрирующей наибольший рост температуры;

• •    Проведение испытания на образце-кубике со стороной 1,6 м, оснащенном датчиками, не имеющими теплоизоляции, с использованием бетонной смеси, демонстрирующей наибольший рост температуры;

• •    Нанесение штукатурного слоя на соответствующий бетон с использованием растворов, усиленных джутовыми волокнами, с целью мониторинга состояния поверхности раствора в течение 90 дней.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Оборудование для исследования

При проведении испытаний использовалось лабораторное оборудование, соответствующее действующим стандартам по анализу механических и физических свойств, а также долговечности материалов. Все использованное оборудование сертифицировано и признано в рамках стандартизированных протоколов, что гарантирует достоверность и воспроизводимость полученных результатов.

Материалы

В данной работе использовались следующие материалы:

– Песок фракции 0/4 из Кокотомей (юг Бенина). – Щебень (фракции 0/5, 5/15 и 15/25) из Сетто г.

(центр Бенина).

– Добавки от SIKA Chemical Corporation (Sika ViscoFlow 800 POWER, Sika ViscoFlow 200 TIMER и SikaTard 300 SLS).

– ЦементЦЕМ III/B 42.5N из NOCIBE Бенин (Новый цементный завод Бенина).

– Вода для замеса поставляется SONEB (Национальной корпорацией водоснабжения Бенина).

– Джутовые волокна получены из джутовых мешков с рынка Дантопка (Бенин).

Методы испытаний

Испытания бетона и раствора проводились в соответствии с действующими нормами, касающимися состава и эксплуатационных характеристик бетона.

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Рис. 1. a – прибор для испытания песчаного эквивалента; b – прибор для испытания на свободное выделение воды; c – стол для испытания текучести; d – испытание осадки (испытание конусом Абрамса); e – термопара; f – прибор для испытания метиленовым синим

Рис. 2. a – гидрометр; b – весы; c – машина для испытания на растяжение

Они в основном основаны на гармонизированных европейских стандартах (NFEN), принятых AFNOR, а также на французских стандартах серии NF P и национальных нормативных документах, таких как fascicule de documentation.

Испытания, связанные с поздним образованием этрингита (DEF), проводились в соответствии со стандартизированными и широко признанными протоколами оценки данного типа аномалии бетона. В частности, экспериментальные процедуры осуществлялись в соответствии с рекомендациями

IFSTTAR (Французского института науки и технологий транспорта, развития и сетей), направленными на предотвращение и выявление нарушений, связанных с ВСР.

Для обеспечения надежности и статистической достоверности результатов каждое испытание повторялось шесть (6) раз. Представленные результаты соответствуют среднему значению полученных измерений, что помогает минимизировать влияние экспериментальных погрешностей и повышает научную значимость выводов.

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Рис. 3. a – серия сит; b – печь; c – машина для испытания на сжатие

РЕЗУЛЬТАТЫ

Для определения пригодности использованных материалов в данном исследовании были проведены определения свойств песка, заполнителя, цемента и джутовых волокон.

Песок

Измеренные характеристики приведены в таблице выше и сопоставлены со стандартными техническими условиями. Согласно результатам, гранулометрический состав песка соответствует требованиям.

Полученные результаты показывают, что песок фракции 0/4 из Кокотомей (Бенин) можно отнести к классу A в соответствии со статьей 10 стандарта NF P 18-545 (2021). Таким образом, он соответствует требованиям и считается пригодным для использования в бетоне.

Дробленый заполнитель

Дробленый заполнитель 15/25

Измеренные значения показывают, что фракция 15/25 может быть классифицирована по коду A в соответствии со статьей 10 стандарта NF P 18-545

(2021). Таким образом, данный материал считается пригодным для использования в бетонных смесях с гранулометрическим составом 14/22,4, соответствующим классам размера частиц: серия 1 и серия 2 (фракция 15/25 не признается в стандарте NF EN 12620 (2008)).

Дробленый заполнитель 5/15

Измеренные значения показывают, что заполнитель 0/5 может быть классифицирован по коду A в соответствии со статьей 10 стандарта NF P 18-545 (2021). Следовательно, этот материал считается пригодным для использования в рецептурах бетонных смесей с гранулометрическим составом 0/5,6, что соответствует классу зернистости: базовая серия + серия 1 (фракция размером 0/5 не признается в стандарте NF EN 12620 (2008)).

Дробленый заполнитель 0/5

Измеренные значения показывают, что заполнитель 0/5 может быть классифицирован по коду A в соответствии со статьей 10 стандарта NF P 18-545 (2021). Следовательно, этот материал считается пригодным для использования в рецептурах бетонных

Таблица 1. Результаты анализа размера частиц песка

Сито (мм)		5,6	4 (2*D)	2,8 (1,4*D)	2	1	0,50	0,250	0,125	0,063
Единица измерения – Метод		Кумулятивный пропуск (%) – NF EN 933-1 (2012)
Обнаруженные значения		10	10	100	99	96	72	30	6	1,0
Предельные значения	макс	–	100	100	100	100	–	50	–	10
	мин	–	100	95	90	60	–	0	–	0

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

Таблица 2. Результаты испытаний песка

Параметр	Метод	Единица	Среднее значение	Спецификация
Реальная плотность	NF EN 1097-6 (2022)	мг/м3	2,62	Заявленное значение
Коэффициент водопоглощения		%	0,5	≤ 2,5 AbA ≤ 5,0 AbB
Модуль тонкости (МТ)	NF EN 12620 + A1 (2008)	–	1,97	1,5 ≤ FM ≤ 4
Содержание мелких частиц	NF EN 933-1 (2012)	%	1,0	≤ 10 f A ≤ 16 fB
Песчаный эквивалент (ПЭ)	NF EN 933-8 (2015)	%	77	≥ 65 P A ≥ 60 PB
Коэффициент рыхлости (КРы)	NF P 18-576 (2013)	%	18	–
Значение метиленового синего (МС)	NF EN 933-9 + A1 (2022)	g/kg	1,0	≤ 1,5 (PA et PB)
Запрещенные примеси	XP P 18-546 (2020)		<0,01	≤0,1
Водорастворимые хлориды	NF EN 1744-1 + A1 (2014)	%	0,004	заявление
Общая сера	NF EN 1744-1 + A1 (2014)	%	0,12	≤ 1 (S A et S B )
Кислоторастворимые сульфаты	NF EN 1744-1 + A1 (2014)	%	0,04	≤ 0,2 (SA et SB)
Гуминовые вещества	NF EN 1744-1 + A1 (2014)	–	отсутствуют	отсутствуют
Растворимые активные щелочи	XP P 18-544 (2015)	%Na2Oeq	0,0300	заявленное значение
Щелочная реакция	FD P 18-542 (2023)	–	NR	заявление

Таблица 3. Результаты анализа гранулометрического состава дробленого заполнителя 15/25

Сито (мм)		31,5 (1,4*D)	25	22,4 (D)	20	16	14 (d)	12,5	6,3 (d/2)	0,063
Единица измерения – Метод		Кумулятивный пропуск (%) – NF EN 933-1 (2012)
Обнаруженные значения		100	99	94	84	39	11	4	2	0,8
Предельные значения	макс	10	–	99	–	–	20	–	5	1,5
	мин	98	–	90	–	–	0	–	0	0

Таблица 4. Результаты испытаний дробленого заполнителя 15/25

Параметр	Метод	Единица	Среднее значение	Спецификация
Реальная плотность	NF EN 1097-6 (2022) и 9 (2014)	мг/м3	2,76	Заявленное значение
Коэффициент водопоглощения		%	0,4	≤ 2,5 AbA ≤ 5,0 AbB
Индекс хлопкообразности (ИХ)	NF EN 933-3 (2012)	%	11	≤ 20 FIA ≤ 35 FIB
Щелочная реакция	FD P 18-542 (2023)	%	NR	Заявление

Таблица 5. Результаты анализа распределения частиц по размеру дробленого заполнителя 15/25

Сито (мм)		20 (1,4*D)	16	14 (D)	11,2	10 (D/1,4)	8	5,6 (d)	4	3,15 (d/2)	0,063
Единица измерения – Метод		Кумулятивный пропуск (%) – NF EN 933-1 (2012)
Найденные значения		100	100	93	69	54	30	8	3	3	1,2
Предельные значения	макс	10	–	99	–	70	–	20	–	5	1,5
	мин	98	–	80	–	25	–	0	–	0	0

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

смесей с гранулометрическим составом 0/5,6, соответствующим классу размера частиц: базовая серия + серия 1 (фракция размера 0/5 не признается в стандарте NF EN 12620 (2008)).

Цемент (см. табл. 9)

Джутовые волокна

В цементном растворе используются короткие джутовые волокна длиной не более 5 мм. Они были

получены в ходе процесса подготовки и обработки, описанного в работе [17]. Эта процедура, которая уже прошла экспериментальную проверку, обеспечила хорошее распределение волокон в цементной матрице, что позволило получить однородную смесь, как показано в указанном исследовании.

Уровень защиты

В рамках нашего исследования структурная категория соответствует категории II. Класс воздей-

Таблица 6. Результаты испытаний дробленого заполнителя 5/15

Параметр	Метод	Единица	Среднее значение	Спецификация
Реальная плотность	NF EN 1097-6 (2022) et 9 (2014)	мг/м3	2,77	Заявленное значение
Коэффициент водопоглощения		%	0,4	≤ 2,5 AbA ≤ 5,0 AbB
Индекс хлопкообразности (ИХ)	NF EN 933-3 (2012)	%	14	≤ 20 LIA ≤ 35 FIB
Устойчивость к фрагментации	NF EN 1097-2 (2020) et 5 (2008)	%	27	≤ 20 LAA ≤ 40 LAB
Коэффициент микродевалации	NF EN 1097-1 (2023)	%	16	Заявленное значение
Общее содержание серы	NF EN 1744-1 + A1 – 11.1 (2014)	%	0,08	≤1
Водорастворимые сульфаты	NF EN 1744-1 + A1 – 12 (2014)	%	0,03	≤ 0,2

Таблица 7. Результаты анализа распределения частиц дробленого заполнителя 0/5

Сито (мм)		12,5	11,2 (2D)	7,1 (1,4D)	5,6 (D)	4	2	1	0,5	0,25	0,125	0,063
Единица измерения – Метод		Кумулятивный пропуск (%) – NF EN 933-1 (2012)
Найденные значения		100	100	100	100	85	57	40	30	24	16	9,4
Предельные значения	макс	100	100	100	100	90	–	60	–	–	–	11
	мин	100	100	95	90	50	–	20	–	–	–	1

Таблица 8. Сводка результатов испытаний на 0/5 дробленном заполнителе

Параметр	Метод	Единица	Среднее значение	Спецификация
Реальная плотность	NF EN 1097-6 (2022) и 9 (2014)	мг/м3	2,76	Заявленное значение
Коэффициент водопоглощения		%	0,4	≤ 2,5 AbA ≤ 5,0 AbB
Содержание мелких частиц	NF EN 933-1 (2012)	%	9,4	≤ 11
Значение метиленового	NF EN 933-9 + A1 (2022)	г/кг	0,2	≤ 1,5 (PA и PB
Водорастворимый хлорид	NF EN 1744-1+A1(2014)	%	< 0,002	Декларировать
Гуминовые вещества	NF EN 1744-1+A1 – 15.1 (2014)	–	Отсутствует	Отсутствует
Водорастворимые активные щелочи	XP P 18-544 (2015)	%Na2Oeq	0,0174	Заявленное значение
Щелочная реакция	FD P 18-542 (2023)	–	NR	Заявленное значение

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

Таблица 9. Химические и физические характеристики цемента ЦEM III 42.5

Показатель	Единица измерения	Результат
Химические свойства гидравлических вяжущих
Кремниевые компоненты (P)	%	0,00
Кальциевые компоненты (C)	%	0,00
Регулятор схватывания (R)	%	3,70
Содержание клинкера (K)	%	30,80
Содержание шлака (L)	%	65,51
Al₂O₃ (XRF)	% m/m	10,38
CaO (XRF)	% m/m	48,04
Fe₂O₃ (XRF)	% m/m	1,31
K₂O (XRF)	% m/m	0,35
MgO (XRF)	% m/m	5,17
Mn₂O₃ (XRF)	% m/m	0,18
Na₂O (XRF)	% m/m	0,29
SiO₂ (XRF)	% m/m	28,26
TiO₂ (XRF)	% m/m	0,54
Эквивалент Na₂O (XRF)	% m/m	0,52
SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃ (XRF)	% m/m	39,95
MnO (XRF)	% m/m	0,16
Потеря при прокаливании при 950 °C	% m/m	2,45
Механические свойства гидравлических вяжущих
Средняя прочность на сжатие (2 дня)	МПа	14,2
Средняя прочность на сжатие (7 дней)	МПа	35,1
Средняя прочность на сжатие (28 дней)	МПа	49,8
Физические свойства гидравлических вяжущих
Надежность	мм	0
Содержание воды для стандартной консистенции	%	35,0
Удельная поверхность (Блейн)	см²/г	5350
Удельная поверхность (Блейн)	м²/кг	535
Время начального схватывания	мин	250
Средняя плотность	г/см³	2,80

Таблица 10. Химическая характеристика джутовых волокон [17]

Показатель	Альфа-целлюлоза (%)	Гемицеллюлоза (%)		Лигнин (%)	Зола (%)	Плотность (г/см³)	pH
Среднее значение	45,50	23,0		3,9	0,58	1,46	5,63
ствия – XH3, поскольку бетонная конструкция регулярно подвергается воздействию брызг воды. Согласно приведенной выше матрице, соответствующий класс воздействия – Cs. Меры предосторожности, связанные с уровнем защиты Для обеспечения данного уровня предотвращения необходимо учитывать риск возникновения проблем,			связанных с отсроченным образованием этрингита (DEF), посредством одной из следующих двух мер предосторожности, обозначенных как 1 и 2: 1.    Максимальная температура внутри бетона должна оставаться ниже 70 °C. 2.    Если максимальная температура, достигаемая внутри бетона, не может быть удержана ниже 70 °C, она должна оставаться ниже 80 °C и должно быть выполнено по крайней мере одно из следующих шести условий:

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

Термическая обработка должна контролироваться надлежащим образом (Примечание 1); продолжительность периода, в течение которого температура бетона превышает 70 °C, не должна превышать 4 часа, а содержание активного эквивалента щелочи в бетоне должно быть менее 3 кг/м³; Использование цемента, соответствующего стандарту NF P 15-319 (ES), или сульфатостойкого (SR) цемента в соответствии со стандартом NF EN 197-1 (за исключением цементов CEM I SR3 и SR5) для бетонов, подвергающихся воздействию температур выше 70 °C в течение периодов, превышающих 10 часов. Цементы CEM I SR3 и SR5 допускаются к применению, если продолжительность воздействия температур выше 70 °C составляет менее 10 часов, при условии, что содержание активных эквивалентных щелочей в бетоне не превышает 3 кг/м³;

Использование цемента CEM I SR3 или SR5, имеющего сертификационный знак NF «Гидравлические вяжущие» и квалифицированного в соответствии с методологией, указанной в Приложении 5, в случаях, когда продолжительность пребывания при температуре выше 70 °C превышает 10 часов;

Использование цементов, не соответствующих стандарту NF P 15-319 (ES), типов CEM II/B-V, CEM II/B-Q, CEM II/B-M (S-V) с содержанием золы-уноса более 20%, CEM III/A или CEM V, при условии, что все эти цементы имеют содержание SO3 не более 3% и изготовлены из клинкера с содержанием C3A не более 8%;

Использование в сочетании с цементом CEM I или CEM II/A золы-уноса, соответствующей стандарту NF EN 450-1, молотого гранулированного доменного шлака, соответствующего стандарту NF EN 15167-1, микрокремнезема, соответствующего стандарту NF EN 13263-1, или метака-

олина, соответствующего стандарту NF P 18-513. Их доля в вяжущем (цемент + добавки) должна составлять не менее 20% для золы-уноса, 35% для молотого гранулированного доменного шлака, 10% для микрокремнезема (Примечание 2) и 20% для метакаолина. Используемое вяжущее должно соответствовать следующим требованиям: C3A (относительно клинкера) < 8% и SO3 (относительно вяжущего) < 3%;

• Проверка долговечности бетона в отношении позднего образования эттрингита (DEF) посредством испытания эксплуатационных характеристик и соответствия критериям принятия решения.

В связи с использованием цемента SR в соответствии с NF EN 197-1 максимально допустимая температура во время схватывания бетона составляет 80 °C.

Исследуемая рецептура смеси

Для оценки риска позднего образования этринги-та (DEF) будет использована рецептура смеси, обеспечивающая максимальный рост температуры и характеризующаяся высоким содержанием цемента.

Состав исследуемой смеси, обозначенной как «BPS XA2-XA3 C35/45 Cl 0,65 210 ± 30 мм», далее именуемой «экпериментальный бетон», представлен в таблице 11.

Оценка повышения температуры

Расчет, выполненный в соответствии с положениями руководства DEF, представлен в таблице 12.

Максимальная температура бетона во время укладки должна быть ниже 60,2 °C, чтобы предотвратить риск внутренней сульфатной реакции. Поскольку максимально допустимая температура бето-

Таблица 11. Составляющие компоненты рецептуры напыляемого бетона

Состав экпериментального бетона	Дозировка (кг/м³)	Спецификация (кг/м³)
ЦЕМ III/B 42,5 N – NOCIBE	420	≥380
Песок из лагуны 0/4	633	–
Щебень 0/5	293	–
Дробленый заполнитель 5/15	480	–
Дробленый заполнитель 15/25	339	–
Sika ViscoFlow 800 Power	3,36 (0,80 % от C)	–
Sika ViscoFlow 200 Timer	1,47 (0,35% от C)	–
Sika SikaTard 300 SLS	1,26 (0,30% от C)	–
Эффективная вода	180,0	–
Теоретическая плотность	2317	–

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Nanob

Таблица 12. Расчет, выполненный в соответствии с рекомендациями IFSTTAR

Составная часть	Экпериментальный бетон
Толщина бетона	1,02 м
Максимальная температура для уровня Cs	80 °C
Плотность бетона (кг/м³)	2317
Содержание цемента ЦЕМ III/42.5N – NOCIBE	420
Прочность цемента на сжатие через 2 дня (МПа)	13
Прочность цемента на сжатие через 28 дней (МПа)	47
Цемент Q41h (Дж/г)	178
Цемент Q120h (Дж/г)	194
Qm/Q41	1,39
Эффективная вода (кг)	180
Эффективная вода / Эквивалентное вяжущее	0,43
Влияние E/C-α	0,98
Адиабатический рост температуры ΔT (без рассеивания тепла)	39,5 °C
Тепловые потери R	0,492
Повышение температуры с рассеиванием тепла ΔT	19,4 °C
Максимальная начальная температура бетона	60,2 °C

Таблица 13. Механические и физические свойства свежеуложенного и затвердевшего бетона

Параметр Спецификация Результаты испытаний свежего бетона BP 1 BP 2 BP 3 Размер кубических образцов 1x1x1 м 1,6x1,6x1,6 м 1,6x1,6x1,6 м Плотность свежего бетона (кг/м3) 2418 2381 Включения воздуха (%) 1,0 1,3 1,1 Кровотечение (мл/мин) 0 0 0 Температура окружающей среды (°C) 32,0 32,5 32,0 Температура бетона (°C) ≤ 35 34,2 33,6 38 Осадка (мм) 210±30 220 223 230 Перевернутый конус (с) ≤ 4 2,8 2,8 2,0 Следы удара (мм) 600±50 600 600 620 Результаты испытаний на затвердевшем бетоне Прочность на сжатие МПа 7 дней 41,5 45,9 35 28 дней ≥ 49 51,9 55,2 42,6 Прочность на разрыв, МПа 28 дней ≥ 2,7 2,9 3,4 2,34 на во время укладки составляет 35 °C, это требование будет выполнено.

Тепловые испытания

Были изготовлены кубические образцы объемом 1 м³, изолированные 10-сантиметровым слоем полистирола со всех шести сторон, и два кубических образца со стороной 1,6 м. На образцах были установлены три термопары (по одной в верхней, центральной и нижней частях). Четвертая термопара использовалась для регистрации температуры окружающей среды вблизи элемента. Наблюдения за образцами кубов велись в течение семи дней подряд.

• •    Тепловое испытание кубического образца размером 1 × 1 × 1 м (BP1)

Кривые, зарегистрированные тремя датчиками, встроенными в бетон, схожи, и максимальная температура сохраняется в течение нескольких часов.

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Рис. 4. Динамика изменения температуры в кубическом образце BP1

Максимальный рост температуры, зафиксированный в ходе испытания, составил 31,2 °C (65,2-34,0). Учитывая, что максимальная температура бетона при укладке составляла 34,2 °C, максимальная температура, которая могла быть достигнута в процессе схватывания, составляет 66,2 °C. Поскольку эта температура ниже порога 80 °C, связанного с уровнем предотвращения Cs, бетон считается соответствующим требованиям.

• •    Термическое испытание кубического образца размером 1,6 × 1,6 × 1,6 м (BP2)

Кривые, зарегистрированные тремя датчиками, встроенными в бетон, схожи, и максимальная температура сохраняется в течение нескольких часов.

Рис. 5. Динамика изменения температуры в кубическом образце BP2

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

Максимальный рост температуры, зафиксированный в ходе испытания, составил 31,4 °C (63,4-32,0). Учитывая, что максимальная температура бетона при укладке составляла 35 °C, максимальная температура, которая могла быть достигнута в процессе схватывания, составляет 66,4 °C. Поскольку эта температура ниже порогового значения 80 °C, связанного с уровнем предотвращения Cs, бетон соответствует требованиям.

• •    Термические испытания образца размером 1,6x1,6x1,6 M (BP3)

Согласно рисунку 6, наблюдается нестабильная динамика температуры, связанная с высокой температурой свежего бетона. Эта нестабильность особенно заметна на кривой температуры нижней части бетона, где после достижения бетоном пиковой температуры, соответствующей максимальному зарегистрированному значению, отчетливо просле-

Рис. 6. Динамика температуры в кубическом образце BP3

Рис. 7. Слева: кубический образец DEF размером 1×1×1 м³, справа – кубический образец DEF размером 1,6×1,6×1,6 м³

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

живаются последовательные фазы повышения и понижения температуры.

Нанесение раствора на бетон

Чтобы проверить, окажет ли упругий бетон какое-либо воздействие на раствор, раствор нанесли на бетон с целью наблюдения за влиянием бетона на него. По истечении 90 дней в растворе не было обнаружено ни трещин, ни каких-либо резких изменений.

После нанесения раствора на соответствующий бетон в течение 90 дней трещин не наблюдалось.

ОБСУЖДЕНИЕ

Как и в случае с составами образцов BP1 и BP2, температура свежего бетона оставалась ниже 35 °C,

Таблица 14. Сводная информация по нанесению раствора на бетонe

Дни

Эталонный раствор

Раствор + 0,5% джутовых волокон

Раствор + 1,0% джутовых волокон

Раствор + 1,5% джутовых волокон

0 дней

7 дней

Nanotechnologies in construction

Нанотехнологии в строительстве

2026; 18 (3): 363–378

Nanob

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

что считается благоприятным условием для правильного протекания гидратационных реакций и оптимального развития механических свойств. В ходе испытания кубиков на позднее образование эттрингита (DEF) тепловой режим демонстрировал нормальное поведение, характеризующееся постепенным повышением температуры с последующей фазой охлаждения, при этом максимальная температура не превышала 80 °C. Такой контроль теплового режима обеспечил механические характеристики, соответствующие нормативным требованиям как при сжатии, так и при растяжении. Результаты ясно показывают, что контроль температуры свежего бетона важен, контроль температуры нужен, чтобы получить хорошие механические свойства после затвердевания. Без контроля температуры механические свойства получаются хуже. Реакции гидратации сами по себе выделяют тепло, а большие конструкции быстрее нагреваются и медленнее остывают [18–22]. Наблюдения, сделанные в этом исследовании, полностью согласуются с выводами авторов.

Для образца BP3 температура свежего бетона поднялась выше 35 °C, и это сразу же отразилось на поведении материала. При испытании внутренней сульфатной реакции (ВСР) температура вела себя нестабильно – то поднималась, то падала несколько раз подряд, хотя ее максимум все равно не превышал 80 °C. Температура же была нестабильной, и из-за этой термической нестабильности механические характеристики стали плохими. И при сжатии, и при растяжении материал показал слабость, да еще хуже. Этот случай ясно показывает: чем выше температура свежего бетона, тем хуже механические характеристики, даже если максимум температуры остается в допустимых пределах.

Когда нанесли раствор на бетон, было проверено – трещин нет. Вот это сразу показывает, что целый бетон держит раствор ровно. Если в бетоне нет деформаций от позднего образования эттрингита (DEF), то раствор сохраняет свои размеры и выглядит нормально, без признаков разрушения. Такие результаты совпадают с тем, что указано в литературных источниках: наличие ISR в бетоне постепенно снижает его механические свойства. Эта проблема проявляется в том, что прочность на сжатие падает, а способность выдерживать растягивающие нагрузки тоже падает. По-видимому, проблема связана с тем, что образование этрингита задерживается, а задержка происходит из-за плохих тепловых условий. Плохие тепловые условия повышают риск растрескивания и длительного разрушения бетона. [23].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе этой работе мы обнаружили в этом исследовании следующее:

Мы считали, что лабораторный контроль нужен уже на этапе разработки рецептуры и при наблюдении за бетоном. Мы также проверяли появление позднего эттрингита (DEF). Мы видели, что если температура свежего бетона выше 35 °C, то может возникнуть неустойчивость, даже когда температура куба остается ниже 80 °C. Эта неустойчивость сильно ухудшает прочность бетона, особенно при сжатии и растяжении. Как видим, без контроля температуры трудно получить хорошие результаты.

Мы наносили раствор на поверхность, чтобы проверить бетон под ним. Если бетон в порядке, раствор остается ровным и без трещин даже через 90 дней. Если же бетон имеет скрытые дефекты, например ISR, то на поверхности появятся видимые дефекты в растворе.

Контроль температуры свежего бетона важен с самого начала замешивания. Температуру надо держать в нужных пределах, иначе может появиться эттрингит (DEF). С нашей точки зрения, такие параметры нельзя игнорировать ни в лаборатории, ни на стройке, потому что от температуры бетона и от наличия эттрингита зависит, как долго прослужит бетон. Зависит и от того, как хорошо будет держаться слой раствора. Если бетон испортится, то раствор тоже испортится. И тогда вся конструкция окажется под угрозой.