The influence of micro cracks appearing during concreting of road viaducts and their impact on a frost-thaw resistance

• Autorzy: Jasiczak J.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.135218

Warianty tytułu

PL

Wpływ mikrozarysowań pojawiających się podczas betonowania wiaduktów drogowych na ich cechę mrozoodporności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the latest period hundreds of concrete viaducts were built in Poland within a short time range. The cases of destruction of concrete road viaducts described by the author in the article concern in the construction of such structures in various parts of our country, such as central regions of Poland, Warmia-Masuria, south – east - a total of about 30 objects. The occurring phenomenon is related to the micro cracks of the cement matrix which are not visible on the surface of the elements and become visible only after the cyclic freezing process as a result of the standard F150 frost resistance test, the so-called the standard method according to Annex N to the PN-B-06265:2018 standard. The destruction took an unprecedented course and aroused much discussion in the scientific community. This article summarizes this discussion and indicates the root cause of the destruction.

PL

W ostatnich latach w krótkim przedziale czasu wybudowano w Polsce setki betonowych wiaduktów drogowych. Ich charakterystyczną cechą było zastosowanie wysokiej klasy betonu zawierającego cement CEM I 42,5 (podpory i przyczółki) oraz CEM I 52,5 (przęsła). Budowano często w zimie, w okresie obniżonych temperatur powietrza. Pomimo pozytywnych wcześniejszych testów laboratoryjnych beton przygotowany w warunkach budowy często nie osiągał zakładanej cechy mrozoodporności po 150 cyklach zamrażania-rozmrażania w zakresie temperatur od - 18°C do + 18°C. Procesowi towarzyszyły nietypowe zjawiska. Większy niż normatywny spadek wytrzymałości betonu następował przy jednoczesnej dużej szczelności. Brak było odprysków powierzchniowych typowych dla betonu o niskiej mrozoodporności, krzywizny krawędzi itp. Natomiast na powierzchni próbki wokół dużych ziaren kruszywa pojawia się charakterystyczna siatka mikrorys wypełnionych białymi wyciekami nieznanych związków chemicznych. Związki te zostały dokładnie przebadane za pomocą analizy SEM. Wcześniej podobny przypadek wystąpił w Polsce tylko raz, w 2002 roku . Światowa literatura przedstawia wiele przypadków związanych z zarysowaniami matrycy cementowej w wyniku na przykład opóźnionego ettringitu, także w mostach, ale analizowany w artykule przypadek jest inny, spowodowany „wrodzonymi” mikrozarysowaniami powstałymi już na etapie betonowania konstrukcji i późniejszej destrukcji podczas cyklicznego zamrażania w wyniku zjawiska opisanego w literaturze jako efekt erlina/mathera.

Słowa kluczowe

EN

concrete viaduct; concrete frost resistance; microcrack; SEM analysis; EDS analysis

PL

wiadukt betonowy; mrozoodporność betonu; mikrozarysowanie; analiza SEM; analiza XRD

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 4
• Strony: 221--236
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jasiczak J.

• Poznan University of Technology (Politechnika Poznańska ), Faculty of Transport and Civil Engineering ( Wydział Inżynierii Lądowej i Transportu), Institute of Building Engineering ( Instytut Budownictwa), Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. W. Wołowicki ,“Case of failure of concrete frost resistance test.” Proceedings Days of Concrete, Wisła, Poland, 2008, 287 - 292.
• 2. K.L Scrivener, H.F.W. Taylor, “Delayed Ettringite Formation : A Microstructural and Microanalytical Study” Advances in Cement Research ,5 (1993) 20, 139-146.
• 3. C.D. Lawrence, “Mortar Expansion Due to Delayed Ettringite Formation. Effects of Curing Period and Temperature”. CCR 25 (1995) 4, 903-914.
• 4. R. Yang., C. D. Lawrence , J.H. Sharp ,”Delayed Ettringite Formation in 4-year Old Cement Pastes”. Cement and Concrete Research. 26 (11)(1996) 1649-1659.
• 5. Y. Fu, J.J. Beaudoin, “Microcracking as a Precursor to Delayed Ettringite Formation in Cement Systems.” Cement and Concrete research, 26 (1996) 10, 1493 - 1498.
• 6. V. Johansen , N. Thaulow , “Heat Curing and Late Formation of Ettringite.” ACI Spring Convention, Seattle 1997.
• 7. Y. Shao., C.J. Lynsdale , C.D. Lawrence , J.H. Sharp ,”Deterioration of heat-cured mortars due to the combined effect of delayed ettringite formation and freeze/thaw cycles”. Cement and Concrete Research, 27 (11)(1997) 1761-1771 .
• 8. H.F.W. Taylor, C. Famy , K.L. Scrivener, ”Delayed ettringite formation”. Cement and Concrete Research (31) (2001)683-693.
• 9. J. Jasiczak, Z. Owsiak, ”Next problems with the railway prestressed sleepers cracking in concrete as an effect of delayed ettringite formation”. Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields - Loizos et al. Taylor & Francis Group , 2017, 2069-207.
• 10. Y. Fu , P. Xie, P. Gu, J.J. Beaudoin, “Significance of Pre-Existing Cracks on Nucleation of Secondary Ettringite in Steam Cured Cement Paste”. Cement and Concrete research, 24 (1994) 1015 - 1024 .
• 11. S. Diamond., S. Ong , D. Bonen, “Characteristics of Secondary Ettringite Deposited in Steam Cured Concretes Undergoing ASR” . Proceedings of the 16th International Conference on Cement Microscopy, Duncanville (1994) 294-305.
• 12. L. Divet, A. Pavoine, “Delayed Ettringite Formation in Massive Concrete Structures: an Account of Some Studies of Degraded Bridges”. International RILEM TC 186-ISA Workshop on Internal Sulfate Attack and Delayed Ettringite Formation, 4-6 September 2002, Villars, Switzerland, 98-126.
• 13. L. Czarnecki, J. Deja, K. Flaga, J. Jasiczak, E. Kurdowski, W. Radomski, J. Śliwiński, “Frost resistance of concrete in bridge constructions”. Builder, 5/2016,122-126 (in Polish).
• 14. J. Jasiczak , A. Ślosarczyk , “Cases of concretes freeze resistance lack in new viaducts”. Concrete Structures in Urban Areas. Wroclaw, 2013, 469-473
• 15. J. Jasiczak , A. Ślosarczyk , P. Kulczewski , A. Karłowski ,” Experimental laboratory validation of reproducing road viaducts concreting process”. Procedia Engineering 172, 2017, 433 - 440.
• 16. J. Jasiczak, “A special case of concrete frost freezing found in new road viaducts - possibilities of limiting the effects. Inżynieria I Budownictwo. 7/2020, 333-337 (in Polish)
• 17. W. Kurdowski, “Chemistry of cement and concrete“. PWN, Warsaw, 2010 , 728 (in Polish).
• 18. Kalliopi K. Aligizaki ,”Pore Structure of Cement-Based Materials: Testing, Interpretation and Requirements.” Series: Modern Concrete Technology. London CRC Press. 2004, 432
• 19. J.M. Setzer , “Micro-Ice-Lens Formation in Porous Solid”. Journal of Colloid and Interface Science 243(1) (2001) 193-201
• 20. B. Erlin, B. Mather. “A new process by which cyclic freezing can damage concrete - the Erlin/Mather effect a concept.” Cement and Concrete Research, 35 (2005) 1407-1411.