Морозостойкость бетона

Способность бетона сохранять свою прочность при постоянном воздействии внешней среды называется долговечностью бетона. В общем, присутствие влажного воздуха в нормальных условиях только способствует постепенному нарастанию прочности бетона, но различные изменения в окружающей среде: колебания температуры, высушивание, агрессивная химическая среда и т.д. являются негативными факторами, ухудшающими прочность бетона. Сохранение прочности бетона при многократном замораживании/оттаивании называется морозостойкостью бетона. Разрушение бетона при этих процессах носит непростой многогранный характер и может происходить по разным причинам, основными из которых являются: возрастание гидравлического давления воды в порах и капиллярах (из-за расширяющегося льда); различие в коэффициентах теплового расширения льда и составляющих бетон компонентов; осмотическое давление воды в порах. Преобладание того или иного процесса разрушения зависит от состава бетона, но в большей степени определяется характером пор в цементном камне и расширением льда.

Повышению морозостойкости способствует наличие закрытых пор в цементном камне, заполненных воздухом. Эти поры служат своеобразным демпфером, сглаживающим повышенное давление воды, которая при расширении льда отжимается из капиллярных пор. При проектировании состава бетона нужно стремиться получить максимально плотный скелет заполнителей, чтобы избежать расслоения и седиментационных полостей. Улучшению морозостойкости способствует уменьшение количества капиллярных пор, которое достигает либо уменьшением количества воды, либо увеличением количества цемента. Чтобы уменьшить капиллярную пористость на 1% нужно увеличить расход цемента на 30 кг/м3 или уменьшить содержание воды на 10 л/м3. Последний вариант является экономически более оправданным, поскольку повышение расхода цемента сопровождается ухудшением других характеристик бетона (усадка, напряженные локальные участки и т.д.).

Зависимость морозостойкости бетона от его пористости по экспериментальным данным представлена в таблице 1

Таблица 1

В/Ц

Пористость бетона, %

Состояние образцов после 240 циклов замораживания/оттаивания

кариллярная

контракционная

гелевая

общая

0,49

3,7

без изменений – образец сохранился

0,53

4,8

без изменений – образец сохранился

0,49

5,0

2,5

5,6

13,1

без изменений – образец сохранился

0,53

5,1

2,3

5,2

13,6

мелкие дефекты

0,56

6,8

2,2

4,9

13,9

мелкие дефекты

0,60

7,6

2,1

4,6

14,3

мелкие дефекты

0,63

8,1

2,0

4,3

14,4

мелкие дефекты

0,67

8,8

1,9

4,1

14,8

разрушение после 240 циклов

0,70

9,2

1,8

3,9

14,9

разрушение после 174 циклов

0,74

9,7

1,7

3,7

15,1

разрушение после 60 циклов

0,77

10,2

1,6

3,5

15,3

 

Эмпирическая зависимость между капиллярной пористостью и морозостойкостью записывается в следующем виде:

Ммрз = (12 ‑ nk)3,

где Mмрз – число циклов заморозки/оттайки, nk – капиллярная пористость в %.

Для увеличения морозостойкости применяют воздухововлекающие добавки (не более 0,2% от веса цемента), которые вовлекают в бетонную смесь пузырьки воздуха размером от 0,025 до 0,25 мм. Эти пузырьки создают в бетоне равномерно распределенные закрытые поры, служащие резервуаром для отжатия воды из капилляров. Введение воздухововлекающих добавок может повысить морозостойкость более чем в 10 раз! Недостатком будет являться небольшое ухудшение прочностных характеристик. Объем вовлеченного добавками воздуха зависит от количества добавки и состава бетона. Количество добавок в каждом случае подбирается опытным путем.

Подбор состава бетона с заданной морозостойкостью осуществляется следующим образом. Определяют предельную величину капиллярной пористости nk – для Ммрз = 100 – 7%, Ммрз = 200 – 6%, для Ммрз = 300 – 5%. Находят оптимальный расход цемента, обеспечивающий заданную пористость

Ц = 2(В-10nk)/α,

где α – степень гидратации цемента (для потрландцемента от 0,58 до 0,68). По таблицам расхода воды определяют содержание воды для обеспечения заданной удобоукладываемости. Сравнивают расход цемента с требуемым для достижения заданной прочности (по формуле Скрамтаева) – если меньше, то увеличивают, сохраняя В/Ц. Определяют расход заполнителей по методу абсолютных объемов. И на последнем этапе уточняют состав бетона.

Комментарии закрыты.