что такое 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.

Источник

Морозостойкость и водонепроницаемость бетона

Устойчивость бетона к воздействию влаги и низких температур является важным показателем его качества и долговечности. Материал способный долгое время выдерживать отрицательное воздействие внешних факторов очень востребован в строительстве особенно при возведении монолитных железобетонных конструкций.

Водонепроницаемость бетона

Сопротивление поверхности бетонных изделий проникновению воды дает возможность использования этих материалов при строительстве гидротехнических и подземных сооружений, мостов, набережных, фундаментных опор и других конструкций. Водонепроницаемость бетона обозначается буквой «W» и показывает внешнее давление воды, при котором она начинает проникать через поры на поверхности в тело бетонного монолита. Определенная стандартом величина этого показателя может находиться в пределах W2-W20. Для большинства зданий и сооружений сопротивление проникновению влаги у бетонных элементов марка бетона по водонепроницаемости не превышает W6.

Самый эффективный способ снижения водопроницаемости бетона это уменьшить пористость поверхностных слоев. Этого можно добиться:

В качестве дополнительной меры, повышающей уровень защиты от проникновения влаги в структуру бетона, на его поверхность наносится гидроизоляция. Для этого используют водостойкие лакокрасочные материалы, полимерные пропитки, битумные растворы и расплавы, образующие водонепроницаемое покрытие и хорошо прилегающие к бетонной поверхности.

Морозостойкость бетона

Для бетонирования при минусовой температуре применяются специальные морозостойкие бетоны. Эта способность застывшей бетонной смеси выдерживать многократные циклы заморозки и оттаивания сохраняя при этом на длительное время свои технические характеристики неизменными. Испытательная проверка данного параметра производится до тех пор, пока величина снижения прочности бетона не достигнет пяти процентов. После этого количество пройденных циклов снижается в нижнюю сторону до круглого десятка.

При классификации обозначается латинской буквой «F» и сопровождается цифровым значением 50 — 1000. При наличии специальных добавок максимальное значение «F» может быть более 300, но такие бетонные смеси при массовом строительстве в условиях умеренного климата применяются мало из-за их высокой стоимости.

Марки бетона по морозостойкости

При определении требований к бетону по морозостойкости следует учитывать климатические условия, глубину промерзания грунта и возможную скорость изменения температуры наружного воздуха. Стандартная классификация определяется в ГОСТ 10060-2012 и подразделяет все производимые смеси на 5 классов по морозостойкости:

Характеристики различных бетонных смесей согласно ГОСТ

Определения стандарта показывают, что наиболее к распространенным маркам в России следует отнести бетоны с показателями F150 – F250. Классификация по ГОСТ не распространяется на бетоны используемые для дорожного строительства и взлетных полос аэродромов.

Таблица морозостойкости и водонепроницаемости бетона различных марок и класс

Методы определения морозостойкости бетона

В Государственном стандарте 10060-2012 указаны 4 способа лабораторных испытаний затвердевших бетонов на морозостойкость и один химический способ. Для каждого из них необходимо приготовить испытательные образцы в виде бетонных кубиков с длиной ребра 100 мм.

До начала испытаний образцы должны набрать проектную прочность согласно их марке. Для этого они выдерживаются в теплом помещении в течение 28 дней. При необходимости расширенного изучения возможно проведение промежуточных испытаний через 4, 7 и 14 дней после заливки бетона в формы.

Для проведения испытаний могут потребоваться:

Сам принцип лабораторных испытаний сводится к подтверждению заявленных результатов. Поэтому на практике реальная морозостойкость материалов всегда выше. Это объясняется в принудительном замачивании образцов и большой разнице в скорости охлаждения и нагрева.

Как происходят испытания, видео

Ускоренный химический и визуальный методы

Для проведения экспресс-испытаний подготовленные бетонные образцы опускают на сутки в серно-кислый натрий. Потом производят просушку при температуре 100˚C на протяжении 4-х часов. Эту процедуру повторяют 5 раз и после этого осматривают бетонные кубики. Если на поверхности отсутствуют трещины и дефекты, то морозостойкость материала не менее F300.

Достаточную устойчивость бетона к воздействию низких температур в частном строительстве можно определить визуально, осматривая готовый бетонный образец. На нем не должно быть видно крупнозернистой структуры, трещин и повреждений, мест расслаивания и цветных пятен. Для проверки уровня поглощения воды окуните образец в воду на сутки. Если количество воды за это время уменьшится более чем на 5% от объема образца, то это говорит о высокой пористости и слабой морозоустойчивости.

Способы повышения устойчивости к морозам

Морозостойкость бетона в значительной мере зависит от пористости материала и возможного проникновения влаги внутрь структуры. Поэтому показатели влагостойкости и морозоустойчивости очень сильно связаны между собой.

Кроме этого морозостойкость бетонных материалов повышают путем уменьшения фракции наполнителей и добавления специальных воздухововлекающих примесей. В результате поры приобретают замкнутое строение и не соединяются друг с другом. Это можно сравнить с пенополистиролом – пористым влагонепроницаемым материалом.

Источник

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.

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.

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.

К каким ухищрениям прибегают строители в погоне за высокой морозостойкостью:

Снижение водоцементного отношения

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

Источник

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.

Источник