Морозостойкость бетона

Под морозостойкостью бетона понимают его способность в насыщении водой в состоянии выдерживания многократно попеременного замораживания и оттаивания.

При замерзании вода увеличивается в объеме, более чем на 9%. Расширению Н₂О препятствует твердый скелет бетона, в котором могут возникать очень высокие напряжения. Повторяемость замерзания и оттаивания приводит к постепенному разупрочнению структуры бетона и к его разрушению. Сначала начинают рушиться выступающие грани, затем поверхностные слои и постепенно разрушение распространиться вглубь бетона. Некоторое влияние будут оказывать и напряжения, вызываемые различием в коэффициентах и температурных расширенных составляющих бетона и температурно-влажностным градиентом.

Критерием морозостойкости бетона является количество циклов, при котором потеря в массе образца < 5%, а его R снижается не менее чем на 25%. Это количество циклов определяет марку бетона по морозостойкости: для тяжелого бетона F50 … F500, которая назначается зависимости от условий эксплуатации конструкции. Морозостойкость бетона зависит от его строения, особенно от характеристик пористости.

Существуют два способа повышения морозостойкости бетона:

1) повышение плотности ρ бетона, уменьшение объёма макропор и их проницаемости для воды, например за счёт снижения В/Ц , применения добавок, гидрофибизирующих стенки пор, или кольматации при пропитке специальным составом.

2) создание в бетоне с помощью специальных воздухововлекающих добавок резервного объема воздушных пор (более 20% V замерзающей воды). Чтобы получить морозостойкий бетон В/Ц должно быть < 0,5. Кроме того, расстояние между пузырьками воздуха, т.е. толщина прослоек между соседними воздушными порами не должна превышать 0,025 см т.е. необходимо получение воздушных пор меньшего размера. Оптимальный объем вовлечения воздуха составляет 4-6 % и определяется расходом цемента, воды и крупных заполнителей.

Механические свойства

Прочность бетона при сжатии. Для конструкций, которые проектируют с учетом требований СТ СЭВ 1406-78, Rб на сжатие характеризуется классами. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0.95. Бетоны подразделяют на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; 5; 7,5;10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 50; 55;60.

Между классами бетона и его средней прочностью имеется зависимость

В=R (1- t υ)

В – класс бетона по R мПа;

R – средняя R, которую следует обеспечить при производстве конструкций ,

t– коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона,

υ - коэффициент вариации прочности бетона.

Для перехода от класса бетона В к средней Rб (МПа) калибруемой на производстве для образцов 15х15х15 см (при нормативном коэффициенте вариаций 13,5% и t = 0,95) следует применять формулу Rб =В/0,778. Например, для класса В5 получим среднюю Rб =6,43 МПа, а для класса В40 – Rб =51,4МПа.

В строительстве используют следующие марки: М50; М75; 100; 150; 200; 250; 300; 400; 450; 500; 600 и выше. Превышение заданной R допускается не более чем на 15%, т. к. это ведет к перерасходу цемента. Размер ребра контролируемого образца бетона должен быть в 3 раза больше максимальной крупности зерен заполнителя. Для определения марки бетона на кубах с другими размерами вводятся специализирующие переходные коэффициенты.

Размер куба , см 7х7х7, 10х10х10, 15х15х15, 20х20х20

Коэффициент 0,85 0,85 1,0 1,05

На практике наблюдаются значительные отклонения от приведенных выше коэффициентов, т.к. их значение зависит от жесткости опорных плит пресса, марки бетона и других факторов. Для получения более достоверных результатов необходимо, чтобы толщина опорных плит пресса была не менее половины величины ребра испытываемого куба. В этом случае действительны переходные коэффициенты могут оказаться выше рекомендованных и проектирование бетона с использованием последних повышает запас R конструкции. Средний R легкого бетона определяют также при сжатии кубов 15х15х15 см. При испытании кубов других размеров переходный коэффициент не вводится. Для лёгких бетонов установлены классы: В2,5; В3,5: 5; 7,5; 10; 12,5; 15;20;25;30;35;40.

При изготовлении сборных ж/б конструкций, а так же при срочных работах, когда используется БТЦ или применяют различные способы ускорения твердения, R его определяют в более короткий срок твердения: 1, 3, 7 суток.

Наоборот, бетоны не медленно твердеющие вяжущие, например, в монолитных массивных сооружениях могут иметь расчетные сроки твердения: 60, 90, 180 суток. Увеличение расчетного срока твердения бетона обычно ведет к экономии цемента.

Для правильного определения состава бетона важно знать, как зависит его R от количества цемента и заполнителей, соотношение между составляющими и прочих факторов.

Rб в определенный срок при твердении в нормальных условиях зависит главным образом от R (активности) цемента и В/Ц отношение Rб повышается с увеличением R/Ц или уменьшением В/Ц.

Rб = Rц /(А (В/ц)1/2) А коэффициент, увеличивает влияние других факторов.

При очень низких В/Ц отношениях, даже при повышенных расходах цемента и H2O не удается получить удобообрабатываемой бетонной смеси и необходимую плотность бетона. С дальнейшим уменьшением В/Ц , Rб не увеличивается , а затем даже начинает уменьшается.

Зависимость Rц от В/Ц строго соблюдается лишь при испытании бетона на одинаковых материалах, с близкой подвижностью бетонной смеси.

При значениях В/ц = 0,4-0,7 существует прямолинейная зависимость между Rб, активностью цемента и Ц/В отношением.

При одинаковом В/Ц отношении Rб мало зависит от подвижности бетонной смеси, приготовленной из жёстких бетонных смесей, был выше Rб образцов из пластичной смеси в среднем на 1-5%.

На основании опытных данных была выведена единая формула с усреднен. коэффициентом Rб = 0,56 Rц (Ц/В-0,5).

Опыт показывает, что замена щебня гравием вызывает снижение Rб/Rц до 25%.

При Ц/В больше 2,5 прямолинейная зависимость между прочностью бетона Ц/В отношение нарушается. Действительные значения прочности получаются ниже расчетных. Для расчета состава бетона используется две эмпирические формулы .

Для бетонов с В/ц >= 0,4(Ц/В<=2,5)

Rб = АRц (Ц/В-0,5)

Для бетонов с В/ц<=0,4(Ц/В>=2,5)

Rб = А1 *Rц (Ц/В+0,5)

А- характерное качество заполнителя.