STRUCTURE FORMATION IN FOUNDATION SLAB CONCRETE

V. V. Kovalenko, Yu. L. Zayats, P. O. Pshinko, S. V. Kovalenko

Abstract


Purpose. The work involves identifying the dependence of structural and mechanical properties of the concrete on the composition of used modifier additives, the nature of changes of structural and mechanical properties depending on the period of concrete hardening of test and modified samples. Methodology. The applied microstructural, fractographic, microprobe analyses and physico-mechanical tests revealed the required dependencies. Findings. The microstructure of the cement stone under equal conditions of concrete mix selection depends on the composition of used raw materials and production technology. This paper investigates the structural changes in the setting time of hard mixture concrete and effect of component parts of the complex modifier additive PLKP (produced by «Logia», Dnepropetrovsk) on morphology, dispersion and chemical composition of the cement stone, as well as the mechanical characteristics of concrete for the foundation slab. The study of the structural and physical-mechanical characteristics of the test samples and modified concrete at various hardening stages showed that the use Ukrainian hyper-plasticizer PLKP contributes to the formation of nano-structured concrete. The addition of hardening accelerators to the super-plasticizer additive reduces the diameter of crystal whiskers, increases the structural homogeneity and stability and improves the complex of the concrete mechanical characteristics. Application of new PLKP polycarboxylate additives in the production of concrete mixtures for the foundation slab allows eliminating the steaming from the foundation slab production technology. The absence of salt component in the additive improves the concrete durability. Originality. The paper showed that modification of the concrete with complex additive PLKP facilitates the formation of the most homogeneous structure of cement stone, which consists of compact crystals surrounded by fibrous crystals that are tightly intertwined in the pore space. This structure contributes to the maximum characteristics of the concrete compressive strength. Herewith the steaming by traditional technology helps to increase the size of the primary ettringite crystals having a tendency to restructure during the operation of concrete products at temperatures of around 200°C. Practical value. Adjustment of foundation slab production parameters, namely – steaming temperature reduction or elimination of this operation from the concrete sleeper production cycle, using PLKP additives, can improve the structural homogeneity and stability, increase the density of the concrete and result in positive effect on its durability.


Keywords


concrete; cement stone microstructure; fibrous crystals; setting time; steaming; concrete plasticizer; setting accelerator; foundation slab

References


Butt Yu.M., Sychev M.M., Timashev V.V. Khimicheskaya tekhnologiya vyazhushchikh materialov [Chemical technology of cementing agent]. Moscow, Vyssaya shkola Publ., 1980. 237 p.

Rybkin V.V., Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Pshinko P.O., Kovalenko S.V., Yakovliev V.O. Deiaki aspekty tekhnolohichnykh pryiomiv vyrobnytstva ta kontroliu ekspluatatsiinoho resursu zalizobetonnykh shpal v Ukraini ta sviti [Some aspects of technological methods of production and control for operational lifetime of concrete sleepers in Ukraine and abroad]. Zaliznychnyi transport Ukrainy – Railway Transport of Ukraine, 2012, no. 3/4, pp. 76-81.

Rybkin V.V., Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Pshinko P.O., Kovalenko S.V., Yakovliev V.O. Doslidzhennia ekspluatatsiinoi stiikosti zalizobetonnykh shpal ta osnovni tekhnolohichni pryiomy yii pokrashchennia [Research the operational stability of the concrete sleepers and main constructions techniques of its improvement]. Budivnytstvovo Ukrainy – Construction of Ukraine, 2011, no. 4, pp. 19-23.

Pluhin A.A., Pluhin A.M., Romanenko O.V., Yakovliev V.O., Borziak O.S., Pluhin O.A., Dudin O.A. Doslidzhennia mozhlyvosti vyrobnytstva zalizobetonnykh shpal za bezpropariuvalnoiu tekhnolohiieiu [Study the possibility for production of concrete sleepers with non-steam technology]. Zbirnyk naukovykh prats «Udoskonalennia konstruktsii zaliznychnoi kolii ta systemy vedennia koliinoho hospodarstva» [Proc. «Improvement of the railway track construction and track facility policy»]. Kharkiv, 2008, issue 91, pp. 211-224.

Rybkin V.V., Kovalenko V.V., Zayats Yu.L., Pshinko P.O., Lisniak V.P., Yaryshkina L.O., Vasylieva S.V. Doslidzhennia fizyko-khimichnykh vlastyvostei dribnykh zapovniuvachiv dlia vyrobnytstva zalizobetonnykh shpal [Research of physical and chemical properties of small fillers for production of ferro-concrete sleepers]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2012, issue 40, pp. 140-145.

DSTU B V.2.7-49-96 (HOST 10060.2-95). Budivelni materialy. Betony. Pryskoreni metody vyznachennia morozostiikosti pry bahatorazovomu zamorozhuvanni ta vidtavanni [State Standart of Ukraine B V.2.7-49-96 (State Standard 10060.2-95). Building materials. Concrete. Accelerated methods for determination frost resistance after repeated freezing and thawing]. Kyiv, Ukrarkhbudinform Publ., 1996. 9 p.

DSTU B V.2.7-46:2010. Budivelni materialy. Tsementy zahalnobudivelnoho pryznachennia. Tekhnichni umovy [State Standard of Ukraine B V.2.7-46:2010. Building materials. Cements for general purposes. Specifications]. Kyiv, Vydavnytstvo standartiv Publ., 2010. 20 p.

DSTU B V.2.6-145:2010 (HOST 31384:2008, NEQ). Zakhyst betonnykh i zalizobetonnykh konstruktsii vid korozii. Zahalni tekhnichni vymohy [State Standard of Ukraine B V.2.6-145:2010 (State Standart 31384:2008, NEQ). Protection of concrete and reinforced concrete structures from corrosion. General specifications]. Kyiv, Ukrarkhbudinform Publ., 2010. 56 p.

DSTU B V.2.7-75-98. Shchebin i hravii shchilni pryrodni dlia budivelnykh materialiv, vyrobiv, konstruktsii i robit. Tekhnichni umovy [State Standard of Ukraine B V.2.7-75-98. Crushed stone and gravel for dense natural building materials, products, structures and operations. Specifications]. Kyiv, Vydavnytstvo standartiv, 1999. 14 p.

Kovalenko V.V., Zaiats Yu.L., Pshinko P.O. Doslidzhennia prychyn peredchasnoho ruinuvannia zalizobetonnykh shpal na Znamianskii dystantsii kolii PCh 10 Odeskoi zaliznytsi [The causes study of the premature destruction of the concrete slippers on the Znamenka track of the IS 10 of the Odessa railway]. Nauka ta prohres transportu – Science and Transport Progress, 2015, no. 6 (60), pp. 149-163. doi: 10.15802/stp2015/57100.

Kuznetsova T.V. Alyuminatnyye i sulfatnyye tsementy [Aluminate and sulphate cements]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1986. 208 p.

Pshinko O.M., Kovalenko S.V., Sheinich L.O., Zaiats Yu.L., Kovalenko V.V., Shcherbina S.P., Reshetniak T.P. Budivelna sumish [Structural mixes]. Patent Ukraine, no. u200603788, 2006.

Pluhin A.A., Pluhin A.M., Romanenko O.V. Osoblyvoshvydkotverdnuchyi bezpropariuvalnyi beton [Especially rapidly solidified concrete without the steam curing]. Patent Ukraine, no. 33/38 (206.01), С 04 B 28/00, 2012.

Pluhin A.M., Pluhin A.M., Kalinin O.A. Superplastyfikovana tsementno-vodna suspenziia SPTsVS dlia tsementatsii hirskykh porid i budivelnykh konstruktsii [Superplasticizer cement-water slurry SPTSVS for cementation of rocks and building structures]. Patent Ukraine, no. 20031210920, 2004.

Poling L., Poling P. Khimiya [Chemistry]. Moscow, Mir Publ., 1978. 686 p.

Romanenko O.V. Fizyko-khimichni doslidzhennia tsementnoho kameniu z dobavkamy superplastyfikatora ta pryskoriuvacha tverdinnia [Physics and chemical studies of a cement stone with superplasticizer’s additives and hardening accelerator]. Zbitnyk naukovykh prats [Proceedings]. Kharkiv, 2012, issue 130, pp. 40-49.

Sorochka dovholittia [Longevity Shirt]. Mahistral – Highway, 2013, 13 March, 7 p.

Shtark Y., Bernd V. Dolgovechnost betona [Durability of Concrete]. Kiev, Oranta Publ., 2004. 301 p.

Tang S.W., Yao Y., Andrade C., Li Z.J. Recent durability studies on concrete structure. Cement and Concrete Research, 2015, vol. 78, part A, pp. 143-154. doi: 10.1016/j.cemconres.2015.05.021.

Scrivener K.L., Juilland P., Monteiro P.J.M. Advances in understanding hydration of Portland cement. Cement and Concrete Research, 2015, vol. 78, part A, pp. 38-56. doi: 10.1016/j.cemconres.2015.05.025.


GOST Style Citations


  1. Бутт, Ю. М. Химическая технология вяжущих материалов / Ю. М. Бутт, М. М. Сычев, В. В. Тимашев. – Москва : Высш. шк., 1980. – 237 с.
  2. Деякі аспекти технологічних прийомів виробництва та контролю експлуатаційного ресурсу залізобетонних шпал в Україні та світі / В. В. Рибкін, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць [та ін.] // Залізн. трансп. України. – 2012. – № 3/4. – С. 76–81.
  3. Дослідження експлуатаційної стійкості залізобетонних шпал та основні технологічні прийоми її покращення / В. В. Рибкін, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць [та ін.] // Буд-во України. – 2011. – № 4. – С. 19–23.
  4. Дослідження можливості виробництва залізобетонних шпал за безпропарювальною технологією / А. А. Плугін, А. М. Плугін, О. В. Романенко [та ін.] // Удосконалення конструкції залізн. колії та системи ведення колійного господарства : зб. наук. пр. / Укр. держ. акад. залізн. трансп. – Харків, 2008. – Вип. 91. – С. 211–224.
  5. Дослідження фізико-хімічних властивостей дрібних заповнювачів для виробництва залізобетонних шпал / В. В. Рибкін, В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць [та ін.] // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп ім. акад. В. Лазаряна. – Дніпропетровськ, 2012. – Вип. 40. – С. 140–145.
  6. ДСТУ Б В.2.7-49-96 (ГОСТ 10060.2-95). Будівельні матеріали. Бетони. Прискорені методи визначення морозостійкості при багаторазовому заморожуванні та відтаванні. – Київ : Укрархбудінформ, 1996. – 9 с.
  7. ДСТУ Б В.2.7-46:2010. Будівельні матеріали. Цементи загальнобудівельного призначення. Технічні умови / Держ. ком. з буд-ва, архіт. та житл. політики України. – Київ : Вид-во стандартів, 2010. – 20 с.
  8. ДСТУ Б В.2.6-145:2010 (ГОСТ 31384:2008, NEQ). Захист бетонних і залізобетонних конструкцій від корозії. Загальні технічні вимоги. – Київ : Укрархбудінформ, 2010. – 56 с.
  9. ДСТУ Б В.2.7-75-98. Щебінь і гравій щільні природні для будівельних матеріалів, виробів, конструкцій і робіт. Технічні умови / Держ. ком. з буд-ва, архіт. та житл. політики України. – Київ : Вид-во стандартів, 1999. – 14 с.
  10. Коваленко, В. В. Дослідження причин передчасного руйнування залізобетонних шпал на Знам’янській дистанції колії ПЧ 10 Одеської залізниці / В. В. Коваленко, Ю. Л. Заяць, П. О. Пшінько // Наука та прогрес транспорту. – 2015. – № 6 (60). – С. 149–163. doi: 10.15802/stp2015/57100.
  11. Кузнецова, Т. В. Алюминатные и сульфатные цементы / Т. В. Кузнецова. – Mосква : Стройиздат, 1986. – 208 с.
  12. Пат. 18368 Україна, МПК C 04 B 22/08 (2006.01). Будівельна суміш / Пшінько О. М., Коваленко С. В., Шейніч Л. О., Заяць Ю. Л., Коваленко В. В., Щербіна С. П., Решетняк Т. П. ; заявник та патентовласник Дніпропетр. нац. ун-т залізн. трансп. – № u200603788 ; заявл. 06.04.2006 ; опубл. 15.11.2006, Бюл. №1/2006. – 2 с.
  13. Пат. 99426 Україна, МПК G 01 N № 33/38 (206.01), С 04 B 28/00. Особливошвидко-тверднучий безпропарювальний бетон / Плу-гін А. А., Плугін А. М., Романенко О. В. [та ін.] ; заявник та патентовласник Укр. держ. акад. залізн. трансп. – № а 2011 14838 ; заявл. 14.12.2011 ; опубл. 10.08.2012, Бюл. № 15. – 20 с.
  14. Пат. 71208 А Україна, МПК 7 C 04 B 28/12. Суперпластифікована цементно-водна суспензія СПЦВС для цементації гірських порід і будівельних конструкцій / Плугін А. М., Плугін А. М., Калінін О. А. [та ін.] ; заявник та патентовласник Укр. держ. акад. залізн. трансп. – № 20031210920 ; заявл. 02.12.2003 ; опубл. 15.11.2004, Бюл. № 11. – 6 с.
  15. Полинг, Л. Химия / Л. Полинг, П. Полинг. – Москва : Мир, 1978. – 686 с.
  16. Романенко, О. В. Фізико-хімічні дослідження цементного каменю з добавками суперпластифікатора та прискорювача твердіння / О. В Романенко // Зб. наук. пр. / Укр. держ. акад. залізн. трансп. – Харків, 2012. – Вип. 130. – С. 40–49.
  17. Сорочка довголіття / Магістраль. – 2013. – 13 січ. – С. 7.
  18. Штарк, Й. Долговечность бетона / Й. Штарк, В. Бернд. – Киев : Оранта, 2004. – 301 с.
  19. Recent durability studies on concrete structure / S. W. Tang, Y. Yao, C. Andrade, Z. J. Li // Cement and Concrete Research. – 2015. – Vol. 78, pt. A. – P. 143–154. doi: 10.1016/j.cemcon-res.2015.05.021.
  20. Scrivener, K. L. Advances in understanding hydration of Portland cement / K. L. Scrivener, P. Juilland, P. J. M. Monteiro //Cement and Concrete Research. – 2015. – Vol. 78, pt. A. – P. 38–56. doi: 10.1016/j.cemconres.2015.05.025.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2016/67353

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)