Что влияет на морозостойкость бетона

Обновлено: 10.01.2025

Характеристики бетона: морозостойкость, влагостойкость, истираемость, подвижность

Продолжая тематику маркировки бетона , поговорим сегодня о таких его качествах, как стойкость к действию мороза и влаги, механическому трению и постоянной (статической) нагрузке.

Под морозостойкостью понимают способность бетона выдержать определенное число циклов замерзания и оттаивания без потери прочности и массы (максимальное уменьшение показателей - 5%). Соответственно, маркируют эту характеристику буквой F с числовым обозначением, соответствующим тому самому числу циклов.

Как видно из приведенной таблицы, этот показатель напрямую связан с маркой/классом бетона и его водопроницаемостью. Это объясняется тем, что более плотные и тяжелые марки обладают меньшим количеством пор, в которые может проникнуть вода.

Последствия замерзания-оттаивания бетона с высоким влагопоглощением (пористого) Последствия замерзания-оттаивания бетона с высоким влагопоглощением (пористого)

Соответственно, при этом риск разрушения искусственного камня снижается.

Водонепроницаемость ниже W4 допустима только в помещениях, причем помещениях сухих, параметр выше W8 встречается достаточно редко, в основном в гидротехнических, надводных и подводных сооружениях, в быту это просто не нужно.

В зависимости от температуры и условий эксплуатации выбирают различные марки бетона, особенно ответственно следует подходить к материалу для заглубленного фундамента.

Отдельно следует учитывать плотность бетона, поскольку это также влияет на водопоглощение и морозостойкость конструкций. Маркируется эта характеристика литерой D с числовым значением, подробнее в таблице.

Есть также такая характеристика, как истираемость. Она важна для дорожных покрытий и маркируется буквой G с показателем от 1 до 3. Максимально стойкие к трению составы обозначаются G1, они нужны на ответственных трассах, аэродромах и так далее, а вот для дорожки возле дома будет достаточно G3.

Все приведенные выше характеристики относятся к эксплуатации бетона, а вот в процессе его укладки важна также пластичность или подвижность смеси. Этот показатель нормируется ГОСТом 7473-2010 и означает способность бетонного раствора заполнять заданную форму под действием силы тяжести. Для заливки в опалубку удобнее, конечно, подвижные смеси, поскольку они полностью заполняют пространство. Однако при заливке фундаментов по гравийной или гравийно-песчаной подушке излишне подвижная смесь будет "уходить" в грунт. Повышают подвижность добавление воды и пластификаторов.

Более жесткие смеси используют для заливки оснований, покрытий и плит с малым количеством арматуры. Чем гуще армирование - тем более подвижным должен быть состав бетона, но для марок П4. П5 опалубка должна быть полностью герметична.

Морозостойкость бетона и все, что с ней связано

Бетон является одним из самых широко применяемых в строительстве материалов. Наряду с такими свойствами, как прочность и долговечность, морозостойкость — важная характеристика бетона.

Это качество особенно важно в России, где для многих регионов характерны суровые климатические условия: перепады температур и влажности, очень низкие температуры, в связи с чем бетон может насыщаться водой, растворами солей, а затем подвергаться многократному замораживанию и оттаиванию.

Рассмотрим, что такое морозостойкость, какими методами она определяется, и можно ли ее повысить.

Почему важна морозостойкость бетона

Бетон, являясь прочным материалом, все же имеет пористую структуру; в нем всегда есть поры и капилляры, способные поглощать влагу.

Осенью, а также зимой, во время оттепелей, бетонные конструкции насыщаются водой с растворенными в ней минеральными веществами (при контакте с влажным грунтом и атмосферными осадками, которые могут содержать агрессивные вещества от техногенных выбросов). Затем наступают заморозки, и вся оставшаяся в порах бетона влага замерзает, увеличиваясь в объеме.

В итоге возникают микротрещины, и с каждым циклом замораживания-оттаивания эти трещины становятся больше, пока бетон не начинает крошиться.

Что называется морозостойкостью

Согласно ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости», морозостойкостью называется способность бетона в состоянии, насыщенном водой или раствором соли, подвергаться замораживанию и оттаиванию без признаков разрушения, таких, как образование сколов, трещин, шелушения ребер.

В зависимости от того, сколько циклов замораживания и оттаивания образец выдерживает без повреждений, ему присваивается марка по морозостойкости.

Какие методы используются для испытания на морозостойкость

Образцы, которые подвергаются испытаниям, представляют собой бетонные кубики с размером стороны 10 или 15 см. Они отбираются из каждой партии бетона в стандартные формы в соответствии с ГОСТ 22685. Каждая серия образцов изготавливается из одной партии бетона.

ГОСТ определяет, каким образом отбирается бетон, и как хранятся образцы.

Важно!

Определение морозостойкости начинают только после того, как образцы достигли проектной прочности.

Образцы в течение 24 часов выдерживают в воде или растворе соли, погруженными на 1/3 от высоты. Через сутки уровень жидкости повышается вдвое, и образец снова выдерживают в течение суток. Следующие 48 часов кубики оставляют погруженными в раствор или воду полностью.

Испытания ведутся непрерывно.

Методы испытания делятся на две группы:

1. Первый

Первый метод используют для любых видов бетона, кроме бетонов для аэродромных и дорожных покрытий, а также бетонов, которые будут эксплуатироваться в условиях воздействия насыщенной минералами воды (эти виды бетонов испытываются вторым базовым методом).

Первый метод заключается в замораживании насыщенных влагой образцов на воздухе и последующем оттаивании их в воде (температура воды 20+/–2°С).

При использовании второго базового метода, насыщенные раствором хлорида натрия образцы замораживают на воздухе и размораживают в растворе NaCl (поваренной соли).

После проведения запланированного количества испытаний измеряют изменение массы образцов и их прочности и, с помощью расчетов по специальным формулам, определяют марку бетона по морозостойкости.

2. Второй

Второй метод используется для всех видов бетонов, кроме предназначенных для аэродромов и дорожных покрытий и легких бетонов, которые будут эксплуатироваться в условиях воздействия минерализованной воды.

3. Третий

Используется для всех видов бетонов, кроме легких бетонов.

Ускоренные методы используют образцы, насыщенные раствором NaCl. Их замораживают на воздухе и размораживают в 5-процентном растворе соли.

Затем обрабатывают результаты испытаний так же, как при использовании базовых методов.

К базовым методам относят первый и второй, а к ускоренным — второй и третий.

Какими бывают бетоны по морозостойкости, и где они используются

Для эффективного строительства важно точно знать, какова морозостойкость бетона. Именно поэтому бетонам присваивается марка по морозостойкости. Она обозначается литерой F и числовым показателем в диапазоне от 25 до 1000:

1. Бетоны с морозостойкостью до F50 применяются, в основном, для внутренних и подготовительных работ.
2. F50– F150 показывает средние значения морозоустойчивости. Такие бетоны подходят для строительства объектов, которые будут эксплуатироваться в условиях умеренного климата.
3. Бетоны F150– F300 предназначены для строительства в холодных регионах.
4. Марки выше F300 применяются для строительства в экстремально холодных условиях, а также для объектов специального назначения.

От чего зависит морозостойкость бетона

Очевидно, что слабая устойчивость бетона к низким температурам связана с его способностью насыщаться водой, которая впоследствии замерзнет. А насыщаемость водой тем выше, чем больше в бетоне пор и капилляров.

Поры и капилляры оказывают влияние также на водопроницаемость и прочность бетона.

Прослеживается прямая зависимость: чем плотнее бетон, чем меньше и меньшего диаметра в нем поры и капилляры, тем он более прочный, водостойкий и морозостойкий. А значит, что наиболее морозостойким будет плотный и прочный бетон.

Как повысить морозостойкость бетона

Чтобы получить плотный и прочный бетон, необходимо соблюдать следующие условия:

1. Использовать качественный цемент высокой марки. Если планируются бетонные работы при пониженных температурах, или к бетону предъявляются повышенные требования по морозостойкости, прочности, водостойкости, применяют цемент более высокой марки.
2. Для повышения водонепроницаемости бетона применять глиноземистые цементы.
3. Выбрать правильное водоцементное соотношение.
4. Обеспечить правильную укладку и уплотнение бетонной смеси, чтобы в готовом бетоне не было пустот.
5. Обеспечить уход за бетоном и оптимальные условия твердения, чтобы бетон качественно набрал прочность (температура воздуха +18–22°С, влажность воздуха, близкая в 100%).
6. Использовать различные добавки для бетона.

Какие добавки используют для бетона

Чтобы получить безупречный бетон, разрабатываются специальные химические добавки, позволяющие придать материалу те или иные желаемые свойства. Для повышения морозостойкости бетона необходимо повысить его плотность и водостойкость. С этой целью применяют пластификаторы и гидрофобизаторы.

Пластификаторы, например, Plastix от Cemmix, действуют следующим образом:

1. Позволяют сэкономить до 10–20% цемента без потери прочности либо, не увеличивая количество цемента, получить более прочный бетон.
2. Повышают подвижность бетонной смеси на 1–2 ступени без увеличения количества воды замеса. Дело в том, что количество воды, которое необходимо для протекания реакций гидратации, гораздо меньше, чем количество воды, необходимое для замеса пластичной и удобной в укладке бетонной смеси. Однако, если повысить водоцементное соотношение, в смеси будет лишняя вода. Она не вступит в реакции с частицами цемента, со временем испарится, но оставит лишние поры в бетоне, которые негативно отразятся как на его прочности, так и на водостойкости и морозостойкости. Добавление пластификатора полностью решает эту проблему, ведь с ним бетон становится более подвижным и удобным в работе без потери прочности.
3. Бетонная смесь с пластификатором, благодаря повышенной подвижности, лучше укладывается. С одной стороны, это позволяет экономить трудозатраты и затраты электроэнергии на обработку уложенного бетона, с другой стороны, бетон укладывается более плотно, вытесняется лишний воздух, благодаря чему уменьшается количество и диаметр пор и капилляров в готовом изделии.
4. Бетонная смесь с пластификатором дольше остается готовой к работе и не расслаивается, что повышает удобство работ.

В свою очередь, добавки, предназначенные для объемной гидрофобизации бетона (гидрофобизаторы) повышают прочность и морозостойкость бетона, защищают арматуру, а в некоторых случаях повышают подвижность бетона, позволяя обойтись без пластификатора.

Важно!

Пластификаторы и гидрофобизаторы иногда применяются совместно.

Как заливают бетон в мороз

Рассматривая морозостойкость бетона, нельзя обойти вниманием такой вопрос, как производство бетонных работ в условиях пониженных температур. Ведь в России во многих регионах отрицательные температуры держатся более половины года, а строительные работы не ждут.

Но твердение бетона требует определенных условий. Чем ниже температура по сравнению с оптимальной, тем медленнее идут процессы набора прочности; при температуре ниже +5°С они почти прекращаются.

Являясь вяжущим веществом водного твердения, цемент вступает в реакции гидратации при смешивании с водой, но эти реакции протекают не одномоментно. Поэтому в бетонной смеси довольно длительное время есть свободная вода. При температурах ниже 0°С она замерзает. В результате прекращаются реакции гидратации и, даже если позже бетон оттаивает, его прочность все равно будет ниже запланированной.

В этих условиях разработаны различные методики ведения бетонных работ, которые позволяют не допустить замерзания бетонной смеси во время ее транспортировки и укладки, а также обеспечить правильный уход за уложенным бетоном.

Важно!

При проведении бетонных работ зимой наиболее важно обеспечить оптимальные условия твердения до набора бетоном критической прочности. Критическая прочность отличается от распалубочной, она задается проектной документацией и обычно составляет 30–50% от проектной прочности. После того, как критическая прочность набрана, бетон можно подвергать замораживанию без ущерба для его прочности.

Методы зимних бетонных работ делятся на две большие группы:

1. «теплый» бетон,
2. «холодный» бетон.

Важно!

Для зимнего бетонирования рекомендуется использовать бетон маркой не ниже, чем М400 (класс 32,5).

Теплым называют бетон, который так или иначе подогревают. Здесь возможны следующие варианты:

1. Метод термоса. Бетонная смесь замешивается на теплой воде и прогретых заполнителях. Прогревается опалубка, а залитый бетон укрывается теплоизолирующими материалами. Если конструкция достаточно массивная, с толстыми стенками, то тепла, которое выделяется в процессе реакций гидратации, достаточно, чтобы обогреть ее и не допустить чрезмерного снижения температуры. Частный случай метода термоса — метод горячего сухого термоса, при использовании которого бетон можно укладывать даже на промороженное основание, предварительно засыпанное горячим (200–300°С) керамзитом.
2. Устройство тепляков. В этом случае над залитым бетоном устанавливаются шатры, внутри которых ставят тепловые пушки, что позволяет поддерживать нужную температуру.
3. Прогрев бетона различными методами (электродами, инфракрасным излучением, кондуктивным, индукционным методом и пр.)

У каждого из этих методов есть свои достоинства и недостатки. Так, метод термоса подходит только для крупных массивных конструкций, прогрев и обогрев бетона требуют расходов электроэнергии и дополнительного оборудования, а также постоянного контроля температуры в толще бетона, чтобы не допустить большого температурного градиента.

«Холодный» бетон — это метод ведения бетонных работ без прогревающих или обогревающих мероприятий. В этом случае используются противоморозные добавки и ускорители твердения бетона.

Важно!

В качестве противоморозных добавок в течение многих десятилетий используют электролиты, растворы солей калия и натрия. Однако эти добавки уместны далеко не всегда:

1. хлорид натрия может приводить к коррозии металлической арматуры и закладных элементов;
2. высокощелочные цементы и некоторые другие виды портландцементов не совместимы с электролитами;
3. использование солей может привести к образованию высолов на поверхности изделия.

Вот почему оптимальный вариант — использование специальных противоморозных добавок для бетона, которые разработаны и проверены в лаборатории. Они не имеют тех недостатков, которые присущи солям и позволяют проводить бетонные работы даже в сильные морозы.

Противоморозные добавки часто сочетают в себе свойства пластификаторов и ускорителей твердения бетона. Они позволяют:

1. Проводить бетонирование даже при очень низких температурах (до –20°С).
2. Обходиться без тепловой обработки уложенного бетона.
3. Снизить расход воды.
4. Увеличить прочность бетона, как минимум, на 10%.
5. Увеличить сцепление с арматурой.
6. Повысить водонепроницаемость и морозостойкость бетона.

Важно!

Противоморозные добавки могут применяться и в «теплом» бетоне, позволяя экономить электроэнергию на прогрев бетона.

Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона - это его способность сохранять прочность и работоспособность при действии попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. Разрушение бетона в водонасыщенном состоянии при циклическом действии положительных и отрицательных температур, а также переменных отрицательных температур обусловлено комплексом физических коррозионных процессов, вызывающих деформации и механические повреждения изделий и конструкций.
К настоящему времени отсутствует единая теория, объясняющая механизм морозного разрушения бетона, хотя очевидно, что, в конечном счете, снижение прочности влажного бетона при попеременном замораживании и оттаивании обусловлено, в основном, образованием льда в порах бетона. В результате того, что объем, занимаемый льдом, на 9% больше объема воды, возникают значительные растягивающие напряжения, воздействующие на стенки пор и постепенно расшатывающие его структуру.

Существует несколько основных гипотез, объясняющих способы передачи напряжений на элементы структуры бетона, возникающих в результате образования льда.

1. Гипотеза непосредственного воздействие кристаллизующегося льда на стенки пор .
2. Гипотеза гидростатического давления воды - в отличие от первой утверждает, что на стенки пор давит не сам лед, а вода, на которую передается давление льда. В пользу большей корректности второй гипотезы говорит тот факт, что вода, заполняющая капиллярные поры, не может, как правило, полностью превратиться в лед из-за отсутствия необходимого места и поэтому передает давление льда на стенки пор. Но гипотеза также не может объяснить ряд явлений, наблюдаемых при действии отрицательных температур на бетон. Так, при увеличении скорости замораживания разрушение ускоряется, тогда как давление льда при этом не возрастает. Более того, морозом разрушаются бетоны, поры которых заполнены водой менее чем на 90%.
3. Гипотеза гидравлического давления Т. Пауэрса , объясняющая отмеченные явления. В соответствии с ней главной причиной разрушения бетона при попеременном замораживании и оттаивании является гидравлическое давление, создаваемое в порах и капиллярах бетона под влиянием замерзающей воды в результате сопротивления гелевой составляющей цементного камня. Убедительным аргументом в пользу этой гипотезы является то, что она объясняет механизм защитного действия воздушных пор. При их достаточном количестве «избыточная» вода оттесняется в эти поры без нарушений структуры бетона. Разрушение бетона происходит тогда, когда объем условно замкнутых пор постепенно заполняется водой и они не могут выполнять функции резервных (демпферных). В соответствии с гипотезой гидравлического давления напряжения, возникающие в бетоне, будут пропорциональны скорости замораживания, количеству оттесняемой жидкой фазы и ее вязкости и обратно пропорциональны проницаемости цементного камня.
   Модель, предложенная Т. Пауэрсом, представляет циллиндрический капилляр, заполненный водой и окруженный цементным камнем. Поддействием гидравлического давления в циллиндрической оболочке капилляра возникают растягивающие напряжения о . Разрушение происходит, если напряжения а достигли предела прочности цементного камня при растяжении Вр. К недостаткам этой модели следует отнести то, что в ней не учитывается соотношение размеров капилляра и оболочки. В действительности в цементном камне толщина оболочки капилляра может быть в 5-20 раз больше его радиуса. В объем капилляров включался весь объем пор цементного камня без разделения его на объем пор геля и капилляров, хотя замораживание воды происходит практически лишь в капиллярных порах. Расчет напряжений в бетоне по модели Пауэрса проводят для статического состояния без учета перемещения фронта льдообразования.
   А.М. Подвальный предложил модель, в которой капилляр и оболочка рассматриваются как толстостенная труба с переменным отношением радиусов оболочки и капилляра. При рассмотрении единичного капилляра действие соседних заменяется равномерно распределенной нагрузкой на внешней поверхности оболочки.
   В соответствии с современными представлениями гидравлическое давление не является единственной причиной разрушения. Разрушению способствуют также осмотические явления. Они возникают в результате повышения концентрации растворенных веществ (Са(ОН)2, щелочей и др.) в жидкой фазе бетона на границе со льдом. Диффузия воды к области замерзания создает дополнительное давление.
4. гипотеза термической несовместимости компонентов бетона . Заполнители и Цементный камень имеют различные коэффициенты термического расширения. При отрицательных температурах термическая несовместимость компонентов резко усиливается, так как коэффициент термического расширения льда в 3-7 раз больше чем бетона.

Возможно одновременное действие различных механизмов деструкции бетона при его циклическом замораживании , и вклад каждого будет зависеть от многих факторов: влажности материала, В/Ц, возраста бетона и т.д.Факторы, влияющие на морозостойкость бетона. Влияние циклического изменения температуры усиливается дополнительным воздействием растворов солей. Получила, например, широкое распространение практика применения солей (NаСl, СаСl2) для удаления льда с дорожных покрытий. В результате таяния льда при посыпке соли на поверхность бетона поглощается большое количество теплоты (334 Дж/г) и температура резко понижается.
На поверхности бетона фиксируется понижение температуры до 9°С в течение 1 мин («температурный шок»), что вызывает возникновение растягивающих напряжений. Диффузия соли в бетон приводит к возникновению градиента ее концентрации, что также вызывает повышенные напряжения, шелушение и отслаивание поверхностного слоя.
В присутствии солей увеличиваются осмотические явления в замораживаемом бетоне, повышается вязкость жидкой фазы. В результате возрастает величина гидравлического давления и ускоряется разрушение бетона. При попеременном замораживании и оттаивании насыщенных водой железобетонных конструкций нарушается соответствие температурных деформаций стали и бетона, в результате возникают значительные внутренние напряжения и уменьшается прочность сцепления стали с бетоном. Растягивающие напряжения в арматуре при замораживании насыщенных водой железобетонных конструкций могут достигать
120-150 МПа.

На долговечность бетона, работающего на растяжение и изгиб в условиях замораживания и оттаивания, влияет степень нагружения . При напряжениях, составляющих 0,45 призменной прочности, уже заметно ускоряются деструктивные процессы в замораживаемом бетоне, а при напряжениях, равных 0,6-0,8 призменной прочности, отмечены случаи разрушения бетона через несколько циклов замораживания.
При замораживании влажного железобетона ускоряется трещинообразование в растянутой зоне и увеличиваются размеры трещин. При этом наиболее интенсивно повышение влажности бетона наблюдается в растянутой зоне конструкций. Это объясняется переносом влаги из менее разрушенной сжатой в активно разрушающуюся растянутую зону в результате различия давления пара переохлажденной адсорбированной воды в мелких порах и кристаллического льда в крупных порах и трещинах.

Пористая структура бетона

Морозостойкость бетона обусловлена прежде всего строением его порового пространства . В цементном камне образуются, как указано ранее, три вида пор:

• поры цементного геля, размер которых лежит в пределах (15-40)-1010м,
• капиллярные поры 0,01-1 мкм,
• условно замкнутые поры 10-500 мкм.

Поры геля характеризуются минимальной проницаемостью для жидкостей и газов (коэффициент проницаемости для пор геля менее 1010 м/с). Перенос жидкой фазы в порах геля возможен только по механизму молекулярной диффузии. Вода в порах геля при эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций не замерзает, что объясняется их размером, содержанием в поровой жидкости добавок-электролитов.

Капиллярные поры можно представить как часть объема воды цементного теста, которая не заполнена продуктами гидратации цемента . Микрокапилляры имеют размер меньше 10-1 мкм. Они обладают способностью к капиллярной конденсации влаги, обусловливающей гигроскопичность материалов. Макрокапилляры с радиусом больше 0,1 мкм (обычно до 10 мкм) заполняются водой только при непосредственном контакте с ней.
Капиллярные поры являются основным дефектом структуры цементного камня. В свежеприготовленном тесте можно считать порами все пространство, заполненное водой. При твердении часть его заполняется гелем. Чем больше степень гидратации цемента (а), тем больше образуется геля и тем меньший объем остается на капиллярные поры. Данные по водопроницаемости цементного камня и бетона показывают, что переход от непрерывной системы пор к условно изолированной происходит при капиллярной пористости цементного камня Пк < 0,33.

Температура замерзания воды в капиллярно-пористом теле зависит от размеров капилляров. Например, в капиллярах диаметром 1,57 мм вода замерзает при -6,4°С; 0,15 мм при -14,6°С; 0,06 мм - -18°С. В порах диаметром менее 0,001 мм вода практически не замерзает, она приобретает свойства псевдотвердого тела.
В порах, обусловленных контракцией, создается вакуум, и они заполняются в зависимости от условий твердения воздухом или водой. Контракционный объем рассматривают в наше время не как самостоятельный вид пор, а как часть капиллярной пористости.

К условно замкнутым порам относят пузырьки воздуха в цементном камне и бетоне . Суммарным объемом пор, их размером, количеством и удельной поверхностью можно управлять введением воздухововлекающих или газообразующих добавок. Воздушные поры, получаемые путем введения в бетонную смесь воздухововлекающих добавок, существенно изменяют структуру цементного камня. Число воздушных пор в 1 см3 цементного камня может достигать одного миллиона, а поверхность этих пор - 200-250 см2. Через эту поверхность поступает в воздушные поры избыточная вода, вытесняемая из капилляров при замораживании бетона. Защитным действием обладают лишь достаточно мелкие воздушные поры размером менее 0,5-0,3 мм.

В качестве критерия для оценки эффективности защитного действия воздушных пор распространение получил т.н. «фактор расстояния», предложенный Т. Пауэрсом . Для его расчета принимается, что в цементном камне имеется некая идеализированная система одинаковых воздушных пор, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Наиболее удаленными в этом случае от воздушной поры являются точки цементного камня, лежащие в углах куба.

К важнейшим эксплуатационным факторам, кроме числа циклов замораживания и оттаивания, относятся степень водонасыщения и температура замораживания бетона .
Снижение прочности бетона после замораживания и оттаивания наблюдается лишь при его водонасыщении выше определенной величины, которая, в свою очередь, связана со значением отрицательной температуры. Величина критического водонасы-щения может быть достигнута не только при водонасыщении бетона перед замораживанием, но и в результате перераспределения поровой воды в замерзающем бетоне в виде пара. Водонасыще-ние бетона возрастает в присутствии солей.
Вода в большинстве капиллярных пор замерзает при температуре до -15°С . При дальнейшем понижении температуры происходит замерзание воды в более тонких порах (рис. 6.7) и при температуре -70 . -80°С практически вся поровая вода находится в замерзшем состоянии, исключая воду, заполняющую мельчайшие гелевые поры и адсорбированную на стенках капиллярных пор. Сравнительное определение морозостойкости бетона замораживанием при -17 и -50°С показало, что разрушение бетона во втором случае ускоряется в 6-10 раз.

Факторы, влияющие на морозостойкость бетона

Измерение и прогнозирование морозостойкости

Стандартизированный метод оценки морозостойкости бетона характеризуется числом циклов замораживания и оттаивания образцов при нормированных условиях испытания без существенного снижения прочности . Этот метод предложен в 1886 г. Н.А. Белелюбским и позволяет оценить стойкость бетона при некотором условном экстремальном режиме его работы: полном водонасыщении и непрерывном циклическом замораживании при общей длительности одного цикла 4,5-6,5 ч. При основном стандартном способе испытаний замораживание производится при -15 - -20°С на воздухе, а оттаивание при +20°С в воде. Для ускорения испытаний температуру замораживания снижают до -40 - -60°С, насыщают образцы водным солевым раствором, уменьшают их размеры и сокращают длительность циклов.
Часто при испытании морозостойкости для определения фактического изменения прочности через заданное число циклов используют коэффициент морозостойкости Кмрз =Rмрз / Rк , где Rмрз - прочность бетона после принятого числа циклов испытаний; Rк - прочность контрольных образцов. Марка бетона по морозостойкости считается обеспеченной через требуемое число циклов, если Кмрз > 0,95.

Наряду с определением морозостойкости путем прямого испытания прочности бетона через определенное число циклов замораживания и оттаивания применяют неразрушающие методы :

• определение скорости ультразвуковых волн;
• измерение динамического модуля упругости,
• измерение остаточных деформаций (относительного удлинения образцов после испытания).

Ультразвуковые испытания продолжаются до характерного перелома на кривой времени прохождения ультразвука от числа циклов (в логарифмическом масштабе). Этот перелом обусловлен образованием и развитием микротрещин в бетоне при его циклическом замораживании.

Динамический модуль упругости измеряют прозвучиванием образцов продольными (реже поперечными) ультразвуковыми волнами. Снижение динамического модуля упругости на 40-45% свидетельствует об интенсивном морозном разрушении бетона.

Дополнительным показателем стойкости бетона при морозном разрушении служат потери массы. Этот показатель более приемлем, когда деструкция бетона носит характер поверхностного шелушения, например, для дорожных бетонов. Потери массы при определении морозостойкости бетона ограничивают не более 5%.
С. В. Шестоперов для экспрессной оценки степени повреждения материалов при попеременном замораживании и оттаивании предложил 5-балльную шкалу для растворов и 10-бальную для бетонов. Качество бетона на 1ой подготовительной стадии разрушения оценивается от 10 баллов, когда образцы не имеют никаких изменений, до 7 баллов, когда начинается шелушение граней и ребер и образуются лунки при наличии неморозостойких зерен заполнителей. На второй завершающей стадии разрушения состояние образцов по мере разрушения может быть охарактеризовано последовательно в убывающем порядке от 6 до 1 балла. Предложено также балльную оценку состояния образцов производить по нескольким критериям в зависимости от степени их влияния на развитие деструктивных процессов.

В ряде случаев глубокое разрушение бетона нельзя оценить визуально и эффективна совместная оценка состояния образцов по внешнему виду и, например, результатам прозвучивания.
В зависимости от числа циклов замораживания и оттаивания водонасыщенных образцов бетона до 5%-ного снижения прочности устанавливают т.н. марку бетона по морозостойкости (Р). Последняя при проектировании конструкций назначается в основном в зависимости от числа переходов через 0°С в регионе эксплуатации конструкций и сооружений с поправкой на среднюю температуру холодного периода года.
В соответствии со стандартом предлагается 11 марок бетона по морозостойкости с градацией 25- 100 циклов от Р50 до Р1000. На практике при лабораторных подборах составов бетона задача сводится обычно к обеспечению морозостойкости не в пределах заданной марки, а не менее ее нормированного значения.
Высокая степень условности марок бетона по морозостойкости и несовершенство методики их назначения часто приводит к неэффективности трудоемких усилий технологов по обеспечению проектных значений Р. Например, марка бетона по морозостойкости в бетонных облицовках каналов Украины в соответствии с принятой методикой назначалась Р50 - Р100. Однако опыт эксплуатации показал, что во многих случаях облицовка разрушалась уже через 2-7 лет.
До настоящего времени не разработана научно обоснованная методика для установления численного критерия морозостойкости и назначения его при проектировании бетона. Существующая практика назначения числа циклов замораживания и оттаивания,
которое должен выдержать бетон в конструкциях и сооружениях, основана, главным образом, на опыте проектантов, проанализировавших долговечность бетона различного состава в определенных климатических условиях. Рекомендации, имеющиеся в нормативной литературе, весьма неполны. Например, рекомендуется назначать число циклов, основываясь только на количестве переходов через 0°С и наиболее низкой температуре холодного периода года. При этом не учитываются такие существенные факторы, влияющие на морозостойкость, как степень водонасыщения, изменчивость отрицательных температур, характер напряженного состояния бетона и ряд других. Нельзя считать достаточно надежными и методики назначения числа циклов замораживания и оттаивания с помощью предложенных эмпирических формул. Однако при проектировании состава бетона необходимое число циклов замораживания и оттаивания остается удобным численным критерием морозостойкости бетона. В ряде стран, например в США и Канаде, при проектировании составов бетонов принято указывать не конкретное число циклов замораживания и оттаивания, а режим работы бетона. Для каждого режима работы рекомендуется определенная область допустимых В/Ц.
Известен ряд методик назначения марки бетона по морозостойкости с учетом как климатических, так и эксплуатационных факторов, влияющих на развитие деструктивных процессов.
Известный исследователь морозостойкости С.В. Шестоперов предложил оценивать морозостойкость некоторой условной маркой (М), равной произведению проектного срока эксплуатации сооружения, среднегодового числа циклов замораживания и оттаивания и коэффициента запаса прочности. Для обоснования 8 условных марок (от М-25 до М-6000) им даны рекомендации по 25 параметрам, учитывающим качество исходных материалов, составы бетона и технологию работ. Однако современные представления теории морозостойкости и практический опыт не позволяют согласиться в достаточной мере как с критерием М, так и рядом рекомендаций по его обеспечению.
Попытки имитационного моделирования для расчета длительности безремонтной эксплуатации бетона в зависимости от марки по морозостойкости даже с учетом многих дополнительных факторов пока нельзя считать успешными.
Рациональной является предложенная авторами система нормирования морозостойкости, в соответствии с которой указывается не заданное число циклов замораживания и оттаивания лабораторных образцов, а класс бетона по морозостойкости, например:

• 1-ый класс -умеренной (Р = 50- 150),
• 2-ой - повышенной (Р =150 - 300),
• 3-ий - высокой (Р = 300 -500),
• 4-ый - особо высокой морозостойкости (Р > 500).

При такой системе существенно уменьшается число нормируемых ступеней морозостойкости бетона, становятся излишними при соответствующих ограничениях составов (В/Ц, содержание вовлеченного воздуха) длительные и трудоемкие лабораторные подборы составов бетонов с необходимой маркой по морозостойкости, которые часто носят запоздалый характер.
Различные методы прогнозирования морозостойкости основаны на зависимостях ее от параметров, характеризующих структуру бетона, степень деструктивных изменений при циклическом замораживании, а также регрессионных уравнениях, связывающих морозостойкость с другими свойствами и составом бетонной смеси.
Все методы прогнозирования морозостойкости бетона можно разделить на экспериментально-расчетные и расчетные. Экспериментально-расчетные методы предполагают определение соответствующих экспериментальных параметров, а затем с помощью уравнений связи или графически нахождение ожидаемого критического числа циклов. Наряду с прочностью, модулем упругости и остаточными деформациями бетона, испытанного в солевом растворе, при повышенной скорости замораживания и оттаивания, а также сверхнизких температурах экспериментальными параметрами для ускоренного прогнозирования могут служить время прохождения ультразвука относительный предел выносливости, водопоглощение и др. Существуют корреляционные зависимости между морозостойкостью и льдистостью бетона.
Для определения содержания льда в бетоне предлагаются различные экспериментальные методы. Наибольшей известностью пользуется калориметрический метод, в основе которого лежит зависимость между изменением температуры при переходе воды в лед и массой образовавшегося льда. Применяют также метод сверхвысоких частот, ультразвуковой и сорбционный методы.
Расчетные методы позволяют ориентировочно прогнозировать морозостойкость бетона «а priori», т.е. без проведения предварительных опытов. Такие методы представляют особенный интерес при проектировании составов морозостойких бетонов. Вместе с тем, расчетные составы при нормировании морозостойкости, также, как и прочности, необходимо проверять экспериментально.

Что влияет на морозостойкость бетона

Бетон - факторы, влияющие на морозостойкость

Технические характеристики

ООО "Минпол" тщательно подбирает добавки и технологии приготовления, что бы делать наш бетон максимально морозостойким и пригодным для местных климатических условий эксплуатации.

Факторы, влияющие на морозостойкость бетона

На морозостойкость бетона оказывает влияние значительное число факторов.

Их можно разделить на четыре группы: качество материалов; составы бетона; добавки; параметры технологии. При этом большинство факторов «воздействует» как через объем пор, так и в еще большей степени через их характер. Увеличение содержания условно-замкнутых пор, не заполняемых водой при насыщении бетона, является сегодня основным способом обеспечения высокой морозостойкости.

Качество материалов для бетона

Влияние качества портландцемента на морозостойкость бетон:: связано с его минералогическим составом, тонкостью помола и содержанием активной минеральной добавки.

Из минералов цемента отрицательное явление на морозостойкость оказывает алюминий. Он образует при гидратации неводостойкие и не морозостойкие структуры. Поэтому при возможности рекомендуется применять сульфатостойкий или другие цементы с пониженным содержанием алюмината (до 7— 8%). Нужно отметить, что влияние содержания алюмината на морозостойкость существенно ослабляется при применении воздухововлекающих добавок.

Влияние тонкости помола цемента на морозостойкость неоднозначно. С одной стороны, тонкомолотые цементы повышают нерасслаиваемость бетонной смеси, что очень важно для морозостойкости бетона. В то же время возрастает усадка бетона на таких цементах и вероятность трещинообразования. По этой причине повышение тонкости помола цемента сверх 4000— 4500 см2 нежелательно, так как может приводить к снижению морозостойкости.

Минеральные добавки в цементе также могут снижать морозостойкость бетона, особенно при увеличении их содержания. Возможной причиной этого является слабый (более пористый) контактный слой зерен добавок с продуктами гидратации цемента. Поэтому для бетонов повышенной морозостойкости предпочтительней использовать бездобавочный портландцемент. Морозостойкость других цементов снижается в последовательности: портландцемент с минеральной добавкой — шлакопортландцемент пуццолановый портландцемент.

Еще одним фактором, снижающим морозостойкость, является лежалость цемента. Она значительнее снижает морозостойкость, чем прочность при сжатии. Так, при снижении прочности бетона на лежалом цементе на 30% его морозостойкость уменьшилась почти в 10 раз.

Влияние свойств заполнителей на морозостойкость бетона проявляется в двух аспектах. Во-первых, это морозостойкость самих заполнителей, которая должна быть не ниже требуемой морозостойкости бетона. Во-вторых, комплекс их свойств, влияющих на структуру, пористость бетона и вследствие этого на морозостойкость. Он может быть оценен по водопотребности заполнителей, учитывающей одновременно влияние загрязненности заполнителей, формы зерен, их крупности, зернового состава. Применение заполнителей повышенного качества с низкой водопотребностью снижает объем цементного камня в бетоне и повышает морозостойкость. Играет роль и состояние поверхности заполнителей, влияющее на качество контактной зоны. Так, морозостойкость бетона на шебне выше, чем на гравии.

Крупность заполнителя также оказывает заметное влияние на морозостойкость. При ее повышении возрастает степень дефектности поверхности сцепления (седиментационные явления, усадочные микротрещины). Поэтому при снижении НК заполнителей морозостойкость бетонов повышается. Вторым фактором, способствующим этому, является повышенное защемление в них воздуха. Наибольшую морозостойкость (при том же В/Ц) имеют мелкозернистые бетоны. Она может вдвое превышать морозостойкость обычных бетонов.

Представляет интерес оценка «чистого» влияния НК заполнителей.

Тот факт, что равноценными приемами по повышению морозостойкости бетона являются снижение В/Ц с 0,6 до 0,45 и уменьшение наибольшей крупности заполнителей с 19 до 6 мм, говорит о значительном влиянии крупности заполнителей на морозостойкость бетона.

Читайте также:

  
• Материал для ступеней лестницы
  
• Как сделать инструмент для демонтажа сайдинга своими руками
  
• Как склеить сломанный кирпич
  
• Цокольный ящик orga box
  
• Облицовка дома из газобетона панелями под камень