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 означает?

Выражение «Бетон в солях» означает проверку бетонного раствора на морозостойкость. Это способ испытания бетона на морозостойкость в 5%-ном водном растворе хлористого натрия (NaCl). После испытания, бетону присваивается класс F2 с числовым обозначением, где число показывает количество циклов замораживания и оттаивания. Например, F2 означает, что данный бетон способен выдержать в насыщенном раствором соли состоянии 100 циклов замораживания без внешних признаков разрушения (трещин, сколов, шелушения ребер образцов) и без значительного понижения прочности.

Обычно бетон, прошедший испытания в солях и показавший высокий показатель морозостойкости — не менее 300 циклов, показывает и хорошую водонепроницаемость. Такой материал не нуждается в дополнительной облицовке и окраске для защиты конструкции от внешней агрессивной среды, что минимизирует текущие работы по техническому обслуживанию.

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. базовые,
2. ускоренные.

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.

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.

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.

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:

• Внешний вид материала. Крупная зернистая структура, наличие трещин, пятнистости, шелушащихся и расслаивающихся зон — все это свидетельствует о низкой морозоустойчивости бетона.
• Уровень водопоглощения. Когда показатель находится в диапазоне 5 — 6%, можно говорить о плохой устойчивости к низким температурам.

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.

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.

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.

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.

Советуем изучить: Пластификаторы для бетона

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.

Советуем изучить: Гидрофобизаторы для бетона