4.2.5.5 Морозостойкость бетона

Морозостойкостью называется способность насыщенного водой бетона сохранять прочность и не разрушаться при попеременном замораживании и оттаивании. Причиной разрушения является свойство воды при переходе в лед увеличиваться в объеме более чем на 9 % и создавать внутреннее давление на стенки пор.

По морозостойкости бетон подразделяется на марки F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000.Марка назначается в зависимости от вида конструкций и условий их эксплуатации. Например, для железобетонных шпал в условиях Беларуси назначается марка не ниже F200.

Морозостойкость бетона зависит от количества макропор в его структуре, характера пористости, минералогического состава клинкера и вещественного состава цементов, прочности бетона на растяжение. Уменьшение макропористости бетона повышает его морозостойкость. Это достигается: снижением водоцементного отношения; введением в бетонную смесь химических добавок, позволяющих уменьшить ее водопотребность и снизить расход воды; применением незагрязненных заполнителей оптимального состава с минимальной водопотребностью; созданием благоприятных температурно-влажностных условий твердения, качественным уплотнением бетонной смеси; замораживанием бетона в более позднем возрасте, когда за счет образования повышенного количества гидратных веществ увеличивается его плотность.

Повысить морозостойкость бетона можно изменением характера пористости. Достигается это введением в бетонную смесь воздухововлекающих добавок. Необходимо создать 4–6 % очень мелких воздушных резервных пор, не заполняемых водой при обычном насыщении, но заполняемых под давлением замерзающей воды. Наиболее эффективны гидрофобные воздухововлекающие добавки ГКЖ–10, ГКЖ–11, которые уменьшают водопоглощение бетона.

Существенное влияние на морозостойкость бетона оказывает тип и вид применяемого цемента. Наибольшую морозостойкость имеют бетоны на портландцементе без минеральных добавок с содержанием минерала С_ЗА до 5 %. Их применяют для гидротехнических сооружений зоны переменного уровня воды в суровых климатических условиях. Еще более высокую морозостойкость имеют бетоны на глиноземистом цементе. Бетоны на цементах сложного вещественного состава имеют пониженную морозостойкость. Особенно пуццолановый портландцемент с активными добавками осадочного происхождения.

При давлении льда на стенки бетона при замораживании возникает напряжение растяжения. Поэтому все мероприятия, увеличивающие предел прочности бетона на растяжение, повышают его морозостойкость.

4.2.5.6 Усадка и набухание бетона

Бетоны на гидравлических вяжущих, за исключением бетонов на безусадочных и расширяющих цементах, при твердении на воздухе уменьшаются в объеме, т.е. подвержены усадке. При твердении в воде объем бетона вначале несколько увеличивается, происходит его набухание, а затем при твердении на воздухе наступает усадка.

Попеременное увлажнение и высыхание бетона приводит, в свою очередь, к попеременному набуханию и усадке, причем деформация набухания значительно меньше деформации усадки. Эти процессы наблюдаются в результате объемных изменений цементного камня.

Усадка бетона складывается из контракционной, влажностной и карбонизационной составляющих. Контракционная происходит в результате уменьшения объема цемента и воды при их взаимодействии. Она невелика и приводит, в основном, к изменению поровой структуры материала. Влажностная происходит при испарении воды из бетона и уменьшении толщины водных пленок. Она является основным видом усадки. Карбонизационная связана с уменьшением объема при взаимодействии Ca(OH)₂ цементного камня с углекислым газом воздуха и образованием CaCO₃.

Усадка носит затухающий характер. Наиболее значительно она в первые сутки твердения и составляет около 70 % месячной величины. Вся усадка в бетонах на обычных портландцементах составляет 0,3–0,5 мм на 1 м длины. Она возрастает с увеличением расхода цемента, тонкости его помола, применением белитовых цементов. Заполнители уменьшают усадку бетона.

Усадочные деформации приводят к образованию трещин в бетоне, уменьшают его долговечность.

Попеременное увлажнение и высушивание расшатывает структуру бетона.