что влияет на морозостойкость бетона
Влияние морозостойкости на свойства бетона
Бетон – самый распространенный строительный материал. Постоянно появляются новые модификации, предназначенные для решения конкретных задач. Виды отличны по составу, характеристикам. При выборе бетона строители обращают внимание на плотность, прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, пористость, теплопроводность.
Как влияет морозостойкость на бетон
Морозостойкость материала характеризует его способность выдерживать неоднократное замораживание и оттаивание, сохраняя технологические свойства. Эта характеристика имеет огромное значение для материалов, предназначенных для заливки фундамента, возведения массивных конструкций, строительства гидротехнических сооружений. Несмотря на высокую плотность бетон – пористый материал, находящиеся в нем поры способны впитывать воду. В тёплое время года, зимой во время оттепели изделия пропитываются влагой.
Осадки и грунтовые воды содержат кислоты, отходы промышленных предприятий. После снижения температуры до отрицательных показателей врага замерзает. Плотность льда ниже, чем воды, лёд занимает больший объём. Это приводит к образованию трещин, каждый цикл замораживания и оттаивания углубляет их, вызывая разрушение материала. Показатель морозостойкости обозначается символом F. Цифра показывает количество циклов, который материал способен выдержать.
С учётом морозостойкости выделяют следующие классы бетона:
В большинстве районов РФ суровый климат, поэтому морозостойкость – один из основных показателей качества.
Определение морозостойкости, способы ее повышения
Методы определения морозостойкости изложены в ГОСТ 10060-2012. В стандарте содержится описание базовых и ускоренных методов проверки для всех видов бетона. Используют образцы определенного размера, прошедшие проверку на прочность. Бруски бетона насыщают водой или 5% раствором NaCl, замораживают. Для каждой марки бетона предусмотрено определенное количество циклов. Если по окончании испытания характеристики материала остаются в допустимых пределах, на образцах отсутствуют повреждения (трещины, сколы, шелушения), бетон признается годным. Опытные технологи и строители определяют морозостойкость визуально.
Для бетона с низким уровнем морозостойкости характерны:
На морозостойкость бетона влияет структура – размеры и количество пор, определяющих объём поглощенной влаги. Морозоустойчивость и влагостойкость материала взаимосвязаны.
Способы повышения морозостойкости
Компания ДорЖБИ из Санкт-Петербурга предлагает купить железобетонные изделия и конструкции, предназначенные для жилищного, промышленного, инженерного строительство и других видов. За годы деятельности компания наладила сотрудничество с надежными поставщиками качественного сырья по выгодным ценам. Изделия проходят проверку на всех этапах изготовления. Предприятие оснащено современным оборудованием, используем передовые технологии, добавки, увеличивающие морозостойкость и прочность. Продукция изготовлена в соответствии с требованиями ГОСТ. По желанию заказчика изготовим нетиповую ЖБИ продукцию. Доставляем заказы по территории РФ.
Морозостойкость бетона
Существует несколько основных гипотез, объясняющих способы передачи напряжений на элементы структуры бетона, возникающих в результате образования льда.
Пористая структура бетона
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.
Факторы, влияющие на морозостойкость бетона
Измерение и прогнозирование морозостойкости
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.
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.
Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин
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.
Морозостойкий бетон: каким он бывает, как его делают и проверяют
В холодное время года стройматериалы с пористой структурой, в том числе бетон, подвергаются повышенным нагрузкам. Под воздействием отрицательных температур бетонный монолит пропитывается водой, которая проникает в поры и, становясь льдом, расширяется при замерзании. Длительное пребывание бетонных изделий на морозе, повторное оттаивание и замерзание существенно снижают эксплуатационные характеристики материала. Поэтому одним из ключевых технических характеристик бетона является класс его морозостойкости.
Морозостойкость — показатель, характеризующий способность бетона противостоять многократному замораживанию и размораживанию без потери прочности.
Эксперт о морозостойкости бетона
Классы морозостойкости бетона и сферы его применения
Класс (в просторечии марка) бетона по морозостойкости имеет буквенно-числовое обозначение. ГОСТ выделяет следующие классы морозоустойчивости по областям эксплуатации.
Как определяется морозостойкость бетона?
Ключевой критерий при определении морозоустойчивости бетона — установление максимального количества циклов заморозки-разморозки, при которых сохраняются первоначальные характеристики материала, а растрескивания и шелушения не определяются.
Лабораторные испытания материала имеют своей целью подробно продемонстрировать его поведение в естественных условиях эксплуатации. Результаты испытаний подтверждают либо не подтверждают реакцию материала на влияние внешних факторов. Условия испытаний на морозостойкость бетона подробно расписаны в ГОСТ 10060-95.
Морозостойкость бетона характеризуют соответствующей маркой по морозостойкости F.
Лабораторные и альтернативные способы определения морозостойкости бетона
Для лабораторного исследования берутся основные (подверженные многократному замораживанию – размораживанию) и контрольные (новые, абсолютной прочности) образцы бетонного монолита.
Контрольные образцы бетона перед испытанием на прочность, а основные образцы перед замораживанием насыщают водой/раствором соли температурой (18±2) °С.
Для насыщения образцы погружают в жидкость на 1/3 их высоты на 24 ч, затем уровень жидкости повышают до 2/3 высоты образца и выдерживают в таком состоянии еще 24 ч, после чего образцы полностью погружают в жидкость на 48 ч таким образом, чтобы уровень жидкости был выше верхней грани образцов не менее чем на 20 мм.
Образцы помещают в морозильную камеру. После этого образцы размораживаются, и оценивается их состояние.
Существуют способы определения морозостойкости бетона подручными средствами. Для оценки показателя исследуются:
Еще один экспресс-метод определения морозоустойчивости реализуется по следующей схеме. Образцы исследуемого монолита погружаются в серно-кислый натрий и выдерживаются в нем в течение 24 часов. По истечении этого времени они подвергаются четырехчасовой сушке при 100 ºС. Цикл вымачивания и высушивания пятикратно повторяется аналогичным образом. По завершении эксперимента материал исследуют на предмет наличия трещин, сколов и других поверхностных дефектов.
Как повысить морозостойкость бетона?
Известно несколько способом повышения морозостойкости бетона. В их основе лежит то, что устойчивость материала к воздействию низких температур определяется количеством и величиной пор, а также исходным качеством и составом цементной основы.
Как заливают бетон в мороз
Бетон применяется в холодное время года, если строительные работы запоздали или идут на территории с высокой насыщенностью грунта влагой. Чтобы заливка бетонной смеси была успешной, стройплощадку предварительно прогревают тепловой пушкой или термоэлектрическими матами. Последние выполняют сразу две функции — гидроизоляции и обогрева.
Чтобы обогреть площадку можно применить и стандартную термоизоляцию. Самый простой вариант — использовать двухстороннюю пленку, которая растягивается в 2-3 см от основания. На пленку накладывают изоляцию и устанавливаются теплогенератор. На отвердевание бетона зимой обычно уходит не менее 4 дней.
Добавление в раствор прогретых инертных материалов и противоморозных добавок при зимних работах обязательно. Оно позволяет уменьшить размер больших пор (изменить структуру за счет увеличения числа микропор) и максимально удалить воду из раствора.
Подробный рассказ о том, как заливается бетон в холодное время года
Вывод
Морозостойкость — одно из важнейших свойств бетона как основного строительного материала, характеризующее его способность долговременно противостоять колебаниям температур от сезона к сезону. В условиях умеренного, а тем более арктического климата, когда годовая температурная амплитуда достигает 80 и более градусов, использование морозостойкого бетона не имеет альтернативы. Однако универсальной марки бетона, подходящей для всех случаев, не существует. Морозостойкий бетон покупается индивидуально для каждого объекта с учетом его назначения и местных условий.
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.
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:
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:
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:
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.
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.
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:
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:
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.
В качестве противоморозных добавок в течение многих десятилетий используют электролиты, растворы солей калия и натрия. Однако эти добавки уместны далеко не всегда:
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:
Противоморозные добавки могут применяться и в «теплом» бетоне, позволяя экономить электроэнергию на прогрев бетона.