The paper deals with the effect of various modifications of composition and homogenization procedure on micromechanical characteristics of high-performance concrete (HPC) containing supplementary cementitious materials (SCMs), namely silica fume, fly ash and metakaolin. The main motivation was to characterize the changes of microstructure induced by the type and amount of SCMs, by the time and order of mixing of components and by coarse aggregate washing. The effects of the changes of microstructure on macroscopic mechanical features of the material were also studied. Indentation moduli of particular phases of the material were measured by nanoindentation. Interfacial transition zone (ITZ) thickness was primarily measured by nanoindentation. An alternative method of ITZ thickness determination based on variations in chemical composition was tested for a selected sample with encouraging result. Compressive strength and bulk elastic modulus of concrete were determined by standard loading tests. The results showed that SCMs generally decrease the thickness of ITZ, but no direct relation to compressive strength of concrete was found for mixtures with variable SCMs content. In case of mixtures with optimized SCMs content prepared by different homogenization procedures or with the use of aggregate washing, qualitative dependence between ITZ thickness and compressive strength was found. Aggregate washing proved to be useful for improving both microscopic and macroscopic properties, having positive effect on ITZ thickness, compressive strength, bulk elastic modulus and indentation moduli of particular phases.

В статье рассматривается влияние различных модификаций состава и способа гомогенизации на микромеханические характеристики высокоэффективного бетона (ГПК), содержащего дополнительные цементные материалы (СКМ), а именно дым кремнезема, летучую золу и метакаолин. Основная мотивация состояла в том, чтобы охарактеризовать изменения микроструктуры, вызванные типом и количеством СКМ, временем и порядком смешивания компонентов и промывкой грубого заполнителя. Также было изучено влияние изменений микроструктуры на макроскопические механические характеристики материала. Модули вдавливания отдельных фаз материала измерялись методом наноиндентирования. Толщина межфазной переходной зоны (ИТЗ) в основном измерялась методом наноиндентирования. Альтернативный метод определения толщины ИТЗ, основанный на вариациях химического состава, был испытан для выбранного образца с обнадеживающим результатом. Прочность бетона на сжатие и объемный модуль упругости определялись стандартными нагрузочными испытаниями. Полученные результаты показали, что СКМ в целом уменьшают толщину ИТЗ, но для смесей с переменным содержанием СКМ прямой зависимости от прочности бетона на сжатие обнаружено не было. В случае смесей с оптимизированным содержанием СКМС, приготовленных различными методами гомогенизации или с использованием промывки заполнителя, была обнаружена качественная зависимость между толщиной ИТЗ и прочностью на сжатие. Промывка агрегата оказалась полезной для улучшения как микроскопических, так и макроскопических свойств, положительно влияя на толщину ИТЗ, прочность на сжатие, объемный модуль упругости и модули вдавливания отдельных фаз.

• Micromechanical characteristics of high-performance concrete subjected to modifications of composition and homogenization
  • 1. Introduction
  • 2. Methods
    • 2.1. Investigated materials
    • 2.2. Nanoindentation
    • 2.3. Scanning electron microscopy and image analysis
    • 2.4. Macromechanical characteristics
  • 3. Results and Discussion
    • 3.1. The effect of SCM type and amount
    • 3.2. The effect of homogenization procedure
    • 3.3. The effect of aggregate washing
  • 4. Conclusions
  • 5. Acknowledgement

Magazine of Civil Engineering / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2020-. — Периодичность: 8 раз в год. — Выходит с 2020 г. — Загл. с титул. экрана. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Электрон. журнал. — Текст: электронный

Magazine of Civil Engineering / Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2020-. № 2 (94), 2020. — 1 файл (17,6 Мб). — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Электрон. журнал. — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/j21-131.pdf>.