Roads and Bridges - Drogi i Mosty
15, 1, 2016, 21-43

Design principles and testing of internal frost resistance of concrete for road structures - critical review

Michał A. Glinicki Mail
Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences; Adolfa Pawińskiego 5b str, 02-106 Warsaw
Roman Jaskulski Mail
Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences; Adolfa Pawińskiego 5b str, 02-106 Warsaw
Mariusz Dąbrowski Mail
Institute of Fundamental Technological Research Polish Academy of Sciences; Adolfa Pawińskiego 5b str, 02-106 Warsaw
Published: 2016-03-31

Abstract

We present a review of freeze-thaw durability requirements laid down in both European standards and in the national specifications in relation to concrete for road structures. The principles of material selection for concrete mix are presented. We discuss local variations in the severity of the winter season and the extent of frost action in the components of road structures. The characteristic parameters of the test procedure for direct assessment of the resistance of concrete to internal damage are analysed, with particular attention paid to the specimen cooling rate. The temperature distribution in specimens was determined in standard freeze-thaw resistance tests carried out at two accredited laboratories. We discuss the criteria used in indirect assessment of freeze-thaw durability of air-entrained concrete on the basis of air void characteristics. Based on the determined temperature distribution in concrete specimens we postulate an improvement of the standard test procedure to clearly specify the cooling rate. It would be beneficial to distinguish frost impact zones depending on the severity of action of frost and de-icing salts on concrete in road structures.

Keywords


air void characteristics, concrete, cooling rate, durability, internal frost resistance, mix design, performance specification, test methods

Full Text:

PDF PDF PDF

References


Rusin Z.: Technologia betonów mrozoodpornych. Polski Cement, Kraków, 2002

Flaga K.: O mrozoodporności betonów mostowych, w: Trwałość obiektów mostowych. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław, 2012, 499-511

Glinicki A., Radomski W.: Diagnostyka mrozoodporności betonu w drogowych obiektach mostowych. Drogownictwo, LXVIII, 9, 2013, 268-276

Czarnecki L., Deja J., Jasiczak J., Flaga K., Kurdowski W., Małolepszy J., Radomski W., Śliwiński J.: Mrozoodporność betonu w konstrukcjach mostowych. Budownictwo, Technologie, Architektura, 69, 1, 2015, 66-69

https://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/s/specyfikacja_13123/III_obiekty_inzynierskie/Beton konstrukcyjny w drogowym obiekcie inzynierskim.pdf, 28.01.2016

Rusin Z., Wawrzeńczyk J.: Metodyka badania mrozoodporności betonów nawierzchniowych. Konferencja Naukowo-Techniczna „Nawierzchnie z betonu cementowego na drogach obciążonych małym ruchem”, SITK, Poznań, 1986, 105-111

Gagné R., Linger L.: La durabilité des bétons en ambiance hivernale rigoreuse, w: La durabilité des bétons. Bases scientifiques pour la formulation de bétons durables dans leur environment. Presses de'Ecole Nationale des Ponts et Chausses, Paris, 2008, 387-486

Pinto R.C.A., Hover K.C.: Freeze-thaw durability of high-strength concrete. Research & Development Bulletin RD122, PCA, Skokie, IL, USA, 2001

Łukowski P.: Modyfikacja materiałowa betonu. Stowarzyszenie Producentów Cementu - Polski Cement, Kraków, 2016

Glinicki A., Glinicki M.A., Mikulicki I.: Ocena napowietrzenia betonów w nawierzchniach jezdni i parkingów. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 3, 1, 2004, 5-23

Giergiczny Z.: Dobór cementów do klas ekspozycji wg PN-EN 206-1. Materiały Budowlane, 11, 2013, 93-95

Rusin Z., Świercz P.: Wpływ szczelności matrycy cementowej na mrozoodporność. Budownictwo-Technologie-Architektura, 61, 1, 2013, 60

Glinicki M.A.: Trwałość betonu w nawierzchniach drogowych: wpływ mikrostruktury, projektowanie materiałowe, diagnostyka. Seria „S” Studia i Materiały, zeszyt 66, IBDiM, Warszawa, 2011

Kosmatka S.H., Kerkhoff B., Panarese W.C.: Air entrained concrete, in: Design and Control of Concrete Mixtures, 14th edition, PCA, Skokie, IL, USA, 2003, 129-148

Fagerlund G.: Internal frost attack-state of the art, in: Frost Resistance of Concrete, RILEM Proceedings, E&FN Spon, London, UK, 34, 1997, 321-338

Recommandations pour la durabilité des bétons durcis soumis au gel-degel-GuideTechnique. LCPC, Paris, 2003

Maîtrise de la durabilité des ouvrages d’art en béton. Application de l'approach performantielle. Recommandations provisoires, IFSTTAR, Paris, 2010

Biuletyn monitoringu klimatu Polski styczeń 2013, IMGW, Warszawa, http://www.imgw.pl/extcont/biuletyn_monitoringu, dostęp 28.01.2016

Limanówka D.: Zmiany klimatu – rozkład czasowo-przestrzenny sezonów w Polsce wyznaczonych na podstawie wskaźników klimatycznych. Konferencja „Utrzymanie dróg”, Kołobrzeg, 2015

Zarządzenie nr 50 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 9 września 2015 r. w sprawie standardów zimowego utrzymania dróg krajowych, dla których zarządcą jest Generalny Dyrektor Dróg Krajowych i Autostrad

Glinicki M.A., Cieśla J., Fordoński K.: Zagadnienia trwałości mostów betonowych w normach europejskich. Międzynarodowa Konferencja EKO-MOST, Kielce, 2006, 16-17

Panchmatia P., Glinicki M.A., Olek J.: Influence of mix design on the thermal properties of concrete and the performance of rigid pavements. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 13, 3, 2014, 235-260

Nokken M.R., Hooton R.D., Rogers C.A.: Measured internal temperatures in concrete exposed to outdoor cyclic freezing. Cement, Concrete, and Aggregates, 26, 1, 2004, 26-32

Pigeon M., Pleau R.: Durability of Concrete in Cold Climates. Taylor&Francis, Oxon, 1995

Sun Z., Scherer G.W.: Effect of air voids on salt scaling and internal freezing. Cement and Concrete Research, 40, 2, 260-270, 2010

Jóźwiak-Niedźwiedzka D.: Metody badania mrozoodporności betonu. II Sympozjum Naukowo-Techniczne Trwałość betonu, Politechnika Krakowska, 2008, 161-181

Boss P., Giergiczny Z.: Testing the frost resistance of concrete with different cement types - experience from laboratory and practice. Architecture-Civil Engineering-Environment, 3, 2, 2010, 41-52

Utgenannt P., Petersson P.E.: Frost resistance of concrete containing secondary cementitious materials - experience from three field exposure sites. Nordic Miniseminar “Freeze-thaw testing of concrete - input to revision of CEN test methods”, Vedbćk, 2010, 75-90

Pigeon M., Prevost J., Simart J.D.: Freeze-thaw durability versus freezing rate. ACI Journal, 82, 5, 1985, 684-692

Li K., Zeng Q.: Influence of freezing rate on cryo-damage of cementitious material. Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 10, 1, 2009, 17-21

Jacobsen S., Saether D.H., Sellevold E.J.: Frost testing of high strength concrete: frost/salt scaling at different cooling rates. Materials and Structures, 30, 1997, 33-42

Müller Ch.: Results of the laboratory freeze-thaw tests and their transferability to practical conditions. Nordic Miniseminar “Freeze-thaw testing of concrete - input to revision of CEN test methods”, Vedbćk, 2010, 91-107

Setzer M.J., Heine P., Kasparek S., Palecki S., Auberg R., Feldrappe V., Siebel E.: Test methods of frost resistance of concrete: CIF-test: Capillary suction, internal damage and freeze thaw test - Reference method and alternative methods A and B. Materials and Structures, 37, 2004, 743-753

Hasholt M.T.: The interplay between inner and outer frost damage and its implication for accelerated freeze-thaw testing. Nordic Concrete Research, 50, 2, 2014, 21-24

Załocha D., Kasperkiewicz J.: Zastosowanie ilościowej analizy obrazu do oceny struktury porów w betonie napowietrzanym. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 1, 2, 2002, 107-117

Glinicki M.A.: Methods of qualitative and quantitative assessment of concrete air entrainment. Cement Wapno Beton, 19, 6, 2014, 359-369

Szydło A., Mackiewicz P., Wardęga R., Krawczyk B.: Katalog typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych. GDDKiA, Warszawa, 2014

Ontario Provincial Standard Specification: Material Specification for Concrete - Materials and Production, Metric, OPSS.PROV 1350, 2014, http://www.raqsa. Mto.gov.on.ca/techpubs/ops.nsf/OPSHomepage, dostęp 18.12.2015

Tracz T., Śliwiński J.: Effect of cement paste content and w/c ratio on concrete water absorption. Cement Wapno Beton, 17, 2, 2012, 131-137


Design principles and testing of internal frost resistance of concrete for road structures - critical review

  
Glinicki, Michał A.; Jaskulski, Roman; Dąbrowski, Mariusz. Design principles and testing of internal frost resistance of concrete for road structures - critical review. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 15, n. 1, p. 21-43, mar. 2016. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 19 Feb. 2019. doi:http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.016.002.