Microstructure changes in hardened cement paste after freezing - thawing cycles

Abstract

This article analyses the results of the freezing – thawing with deicing salt test where changes in the microstructure of the surface layer in contact with aggressive environment of hardened cement paste produced with and without sodium silicate (hereinafter NTS) admixture were observed after freeze-thaw cycles in the presence of calcium chloride. After 56 cycles of freezing – thawing with deicing salt test micro-cracks and cavities were observed in the microstructure of the surface layer of hardened cement paste with and without NTS admixture. In the case of hardened cement paste with NTS admixture changes in the microstructure of the surface layer are less prominent: the number and size of cavities and micro-cracks are smaller. The test revealed that compressive stress, which before freezing – thawing with deicing salt test was very similar in hardened cement paste with and without NTS admixture (85.4 MPa and 82.8 MPa respectively), changed after 56 cycles of freezing – thawing with deicing salt test as follows: reduced by 39.5 % in concrete without NTS admixture and increased slightly (2.5 %) in hardened cement paste with NTS admixture. Based on the test results the authors arrived at the conclusion that sodium silicate solution can be effectively used to extend the useful life of hardened cement paste exposed to freeze-thaw cycles and affected by CaCl2.

Straipsnyje nagrinėjami cemento akmens, pagaminto dedant natrio silikato priedą (NTS) ir nededant jo, paviršinio sluoksnio, kontaktuojančio su agresyvia aplinka, mikrostruktūros pokyčiai po cikliško užšaldymo ir atšildymo, veikiant paviršių druskos tirpalu, bandymo, šio proceso metu bandinių paviršių kartu veikiant kalcio chlorido druska. Cemento akmens be NTS priedo ir su juo fazinės sudėties ir mikrostruktūros tyrimai prieš ciklišką užšaldymo ir atšildymo, veikiant paviršių druskos tirpalu, bandymą parodė, kad tiek cemento akmenyje be NTS priedo, tiek su šiuo priedu tarp susidariusių kristalinių hidratacijos produktų ryškiausiai matomas kalcitas. Abiejų tipų cemento akmenyje yra susidariusi gelio pavidalo hidratinė amorfinė fazė. Cemento akmens su NTS priedu mikrostruktūra yra tankesnė, čia yra daugiau amorfinės fazės nei cemento akmenyje be šio priedo. Nustatyta, kad po 56 užšaldymo ir atšildymo ciklų cemento akmens, tiek turinčio NTS priedą, tiek jo neturinčio, paviršinio sluoksnio mikrostruktūra pakito: atsirado mikrotrūkių ir tuštumų. Tačiau NTS priedo turinčio cemento akmens paviršinio sluoksnio šie mikrostruktūros pokyčiai yra mažesni: tuštumų ir mikrotrūkių susidaro mažiau ir jų parametrai gerokai mažesni. Nustatyta, kad cemento akmens gniuždymo stipris, kuris prieš ciklišką užšaldymo ir atšildymo, veikiant paviršių druskos tirpalu, bandymą abiem atvejais – be NTS priedo ir su šiuo priedu – tarpusavyje mažai skyrėsi (buvo atitinkamai 85,4 MPa ir 82,8 MPa), po 56 užšaldymo ir atšildymo ciklų be NTS priedo 39,5 % sumažėjo, o turinčio NTS priedo šiek tiek (2,5 %) padidėjo. [...]