Морозостойкость бетона

Это один из важнейших нормативных показателей бетонов в строительной индустрии, влияющий на эксплуатационную надёжность и долговечность изделий.  Он характеризует способность затвердевшего материала после многократного замерзания и оттаивания не терять свои прочностные показатели более чем на 5% для тяжелого бетона, и не более 15 % для ячеистого бетона.

Как известно, для проверки технических показателей заливают контрольные кубики бетонной смеси размерами 100 мм Х 100 мм Х 100 мм. Эти образцы и подвергают через 28 суток твердения испытаниям на морозостойкость. Надо сказать, что показатель морозостойкости можно измерить только в лабораторных условиях. Как проводятся испытания – давайте разбираться.

ГОСТ 10060 – 2012 Бетоны. Методы определения морозостойкости

Испытуемые кубики необходимо помещать в водные или слабощелочные растворы на определённое время.

Доставать из воды или раствора, давать высохнуть и помещать в морозильную камеру. В камере устанавливается температура -18C и выдерживается 3 часа.

Потом образцы помещаются в другую камеру, в которой температура +20C и образцы выдерживаются 3 часа в этой температуре.

Таким образом, проделывается один цикл замораживания, оттаивания. Если в проектной документации прописана марка бетона по морозостойкости, которая обозначается F 100, например, то это означает, что лабораторные образцы этих бетонов должны выдержать 100 циклов попеременного оттаивания и замораживания и после всех испытаний не потерять в прочности и массе более 5 % от контрольных образцов.

Более того, они не должны иметь видимых повреждений на поверхности, таких как сколы, трещины или шелушения на рёбрах образцов.

После проведения запроектированных испытаний на морозостойкость, образцы подвергают испытанию на сжатие.

В каждой партии закладывается 6 контрольных и 12 испытуемых кубиков. После проверки прочностных показателей результаты обрабатывают по совокупности ряда формул, их рассматривать не будем в этой статье.

 

Отметим лишь ещё раз, что испытания считаются прошедшими успешно только в том случае, если отклонение показателя на сжатие испытуемых кубиков в среднестатистической величине не превышает 5 % прочности контрольных кубиков.

Марки бетона по морозостойкости

Градуируются F 25, F 35….. F 800, F 1000. Всего 13 классов.

Необходимо отметить, что марка по морозостойкости не обозначает количество зим, которое выдержит бетон в этих конструкциях, вовсе нет. Ведь зимой температура переходит нулевой рубеж не один раз, а множество. Такой прямой зависимости у этих величин нет.

А вот в чём есть зависимость, так это в прочностных показателях бетона. Чем выше марка бетона, тем выше должна быть и морозостойкость. Вот таблица зависимости:

Отличают базовые методы испытаний и второй и третий. Отличие их в растворах содержания. Так, в базовом методе водный раствор. Во 2-м и 3-м – 5 % раствор хлорида натрия.

Но в 3-м ещё применяется и повышенная температура до -55C. Эти испытания относятся только к бетонам дорожных и аэродромных покрытий.

На сегодняшний день существует прибор под названием «Измерительный комплекс по ускоренному измерению морозостойкости бетона Бетон – Фрост».

Этот прибор позволяет за короткое время получить серию показателей по морозостойкости. В ролике ниже ничего не сказано о законности применения этих результатов. Поэтому можно предположить, что его результаты используются для самопроверки на бетонных заводах.

Независимые лаборатории такие приборы скорее всего не используют в своей практике, а обязаны применять методы, прописанные в ГОСТ.

Что влияет на морозостойкость бетонов

Наше родное водоцементное соотношение. Это показатель отношения массы воды к массе цемента (В/Ц). Чем выше этот показатель, тем больше в бетонном массиве будет не вступившей в реакцию с цементным клинкером воды.

Она конечно, будет со временем испаряться, но своё негативное действие оставшаяся лишняя вода оказывать будет.

Как известно, вода при замерзании расширяется в объёме, превращаясь в лёд. Коэффициент расширения равен 1.09.

Таким образом прирастая в объёме на 9 % вода давит на бетон изнутри и разрушает его, что естественно снижает морозостойкость.

Водопоглощение

Как это ни парадоксально, но бетон в проектном прочностном показателе при соприкосновении с водой впитывает воду дополнительно к уже имеющейся внутри, не прореагировавшей с цементным клинкером. Особенно активно будут набирать воду поверхностные слои. Впитываемая вода попадает под эффект уже описанного выше процесса температурного расширения. И как результат – падение марки морозостойкости.

Пористость бетона

Существует теория, что мелкие поры, наполненные воздухом, гасят давление образовавшихся в результате замерзания кристаллов льда и тем самым снижают потери разрушающего эффекта. Эта теория получила подтверждение на практике.

Пористость заполнителей

Если заполнитель имеет пористую макроструктуру, то в них опять, как и в известном эффекте накапливается вода и она замерзает и даёт расширение бетонной структуре и, как следствие, понижение морозостойкости. При использовании доломитовых заполнителей или щебня из известняковых пород, добиться высокого показателя морозостойкости практически невозможно.

Марка бетона

Да, именно прочностные показатели, иными словами марка используемого цемента значительным образом влияет на конечную морозостойкость. А как известно, марка бетона напрямую связана с В/Ц (см. п.1).

Пропаривание бетонных и железобетонных конструкций. При этом процессе идёт разрушение мелкопористых структур и образование относительно крупных капилляров, которые, как принято, не способствуют повышению морозостойкости.

Как повысить морозостойкость бетона

Этой сверхзадачей заняты умы многих учёных сегодняшнего дня. Считается важным показателем, оказывающим большое влияние на морозостойкость не только общая пористость цементного камня, но также размеры этих пор.

Учёные методом изысканий пришли к выводу, что микропоры даже помогают повысить морозостойкость, т.к. вода при температуре 0 -1 C начинает превращаться в лёд и расширяется не нарушая структуры цементного камня в эти поры. Микропоры как бы гасят эффект растяжения.

К каким ухищрениям прибегают строители в погоне за высокой морозостойкостью:

Снижение водоцементного отношения

Оптимальное В/Ц считается 0.4 -0.5, при таком соотношении не происходит образования капиллярной структуры цементного камня.

Конечно, избежать пористости совсем невозможно, но считается, что эти мелкие поры заполняются водой, находящейся в гелевом состоянии, т.е. псевдотвёрдом, и не подвержены эффекту расширения при переходе в минусовые температуры.

Гелевые образования формируются до появления морозов, поэтому чем больше срок твердения цементного камня до появления минусовых температур, тем выше морозостойкость бетона.

Применение пластифицирующих добавок

Такие как ССБ (сульфитно-спиртовая барда), СДБ (сульфитно-дрожжевая бражка), С-3. Эти пластификаторы позволяют повысить удобоукладываемость бетонной смеси и, следовательно, позволяют довести В/Ц до величины 0.4-0.45, что как мы уже отмечали, положительно сказывается на повышении морозостойкости.

Применение воздухововлекающих добавок

Как мы уже разбирали, мелкая пористость бетонного камня повышает морозостойкость, поэтому и применяют такого рода добавки.

Этими добавками могут быть продукты переработки нефти, растительные жиры, мылонафт и многие другие. Дозировки этих добавок соотносят с весом цемента и они очень незначительны до 0.02%.

Введение в бетонные смеси кремнийорганических соединений

Это полигидроксилоксаны и силикаты натрия (ГКЖ-94, ГКЖ-13, ГКЖ-10). Происходит химическая реакция между этими веществами и продуктами гидратации цемента с выделением водорода и новыми сложными образованиями.

Они не растворимы в воде и заполняют капиллярные структуры и поры цементного камня, тем самым гидрофобизируют поверхности бетонных конструкций.

Процесс гидрофобизации повышает водонепроницаемость бетона, тем самым улучшает морозостойкость. Количество добавок составляет 0.1-0.2 % от веса цемента.

Как залить бетон зимой

Коротко о главном

1. Морозостойкость бетонных сооружений напрямую влияет на их долговечность, особенно гидротехнических, дорожных, ирригационных.
2. Процессы попеременного замерзания и оттаивания приводят к расширению воды в массиве бетона и при переходе в лёд увеличению объёма приблизительно на 10 %. Такой эффект разрывает стенки капилляров и пор цементного камня и заполнителей и снижает прочность конструкции.
3. Во избежание длительных и дорогих процедур проведения испытаний бетонных образцов на морозостойкость используются комплексы приборов фирмы Интерприбор, которые позволяют в ускоренном режиме определять морозостойкость в соответствии с ГОСТ 10060-2012.
4. Чтобы не беспокоиться о получении необходимой морозостойкости, берите бетонную смесь повышенной марки и это непременно приведёт к её повышению.
5. Бетонные смеси на плотных заполнителях, например, гранитном щебне, непременно будут с повышенной морозостойкостью.
6. Для заливки бетона в мороз используйте противоморозные присадки, которые не позволяют воде смеси кристаллизоваться и превращаться в лёд. Находясь в жидком состоянии, вода участвует в реакции гидратации цемента и набор прочности проходит при морозе. Есть добавки, позволяющие работать при -30C. Но тогда надо добавлять и добавки, ускоряющие твердение цемента.