Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона является основным нормативным показателем качества бетона конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях, в том числе при систематическом увлажнении с переходом температуры через ноль.

Морозостойкость бетона нормируется марками. В условном обозначении отражается так: БСГ В20 П2 F100.

Для тяжелых бетонов установлены марки по морозостойкости: F50-F1000.

Нормирование марки осуществляется в зависимости от:

- требуемой долговечности конструкций ;

- условной эксплуатации:

а. расчетная зимняя температура;

б. число переходов через ноль (количество замораживаний и отмораживаний за сезон);

в. степени водонасыщенности бетона в процессе эксплуатации.

Существует два подхода к нормированию морозостойкости:

1-й подход – это марка бетона по морозостойкости; Д-долговечности; коэффициенты, учитывающие различные условия эксплуатации: Д=К₁*К₂*К₃ …F.

2-й подход – в Европе отказываются от показателя морозостойкости, т.к. считается, что показатель морозостойкости не является показателем, определяющим прочность бетона.

Определение морозостойкости

Для определения морозостойкости существуют следующие методы:

- прямые – основанные на циклическом замораживании-оттаивания водонасыщенного бетона;

- косвенные .

Критерии морозостойкости:

- по плотности: К_R=R_F/R₀ ≥ 0,95

- по массе: ∆m/m ≤ 0,03 (m_F/m₀ ≥ 0,97)

Прочность испытаний образцов по отношению контрольным образцам может быть снижена на 5%.

Потеря массы образцов не превышает 3% (для дорожных покрытий).

В зарубежной практике в качестве критерия морозостойкости используется. изменение динамического модуля упругости бетона (США, страны, работающие по американским стандартам ASTM), E_F/E₀ ≥ 0,66.

В Европе широко используются метод, основанный на измерении потери массы после фиксированного количества циклов замораживания-оттаивания (образцы имеют форму пластин: по поверхности делается бортик, пластина заполняется 3% NaCl и в таком виде проходит 56 циклов замораживания и оттаивания).

После завершения циклов раствор сливается. С поверхности кисточкой удаляются частицы (шелуха). По ним определяется потеря массы по отношению к площади поверхности.

Делается вывод о морозостойкости:

В < 500 г/см²

^С

Н > 1500 г/см²

Достоинства метода определения морозостойкости: четкая фиксированная продолжительность испытаний (56 циклов – 28 дней).

Недостатки: метод учитывает декоративность, а что внутри со структурой происходит он не учитывает.

Российский и американский методы определения морозостойкости одинаковы. В России – критерий изменения прочности (испытания на разных образцах), в Америке- динамический модуль упругости бетона (испытания проводятся на одних и тех же образцах, осуществляется опыт с помощью ультразвукового контроля; нет погрешности, учитывающей, что это разные образцы)

Основные факторы, вызывающие разрушение бетона при циклическом замораживании – оттаивании

Имеем бетон с множеством капилляров, заполненных водой. Бетон изначально имеет Т°С в своем массиве. Начинается замораживание, появляется фронт замерзания.Т °С доходит до определенного уровня. При отрицательной температуре вода в капиллярах замораживается, образуется ледяная пробка. Температура продвигается дальше, пробка увеличивается в объеме. На воду в жидком состоянии давит лед. Давление распространяется по капилляру.

В устье капилляра (τ→0) возникает напряжение напряжение σ_Т: σ_Т/σ = К_σ – коэффициент концентрации напряжения – это функция радиуса К_r = f(1/r).

При уменьшении r К_σ возрастает (резко, в сотни раз).

В устье трещины действует расклинивающие давление (величина его сотни МПа). Далее происходит разрыв. Следовательно, капилляр увеличивается в длине. Вода будет стремиться к поверхности, там она испарится (по законам физики). Причиной разрушения бетона при циклическом замораживании – оттаивании является преобразование капилляров в растущие трещины в результате гидростатического давления, обусловленного фазовым переходом воды в лед.