Морозостойкости бетона в зависимости от его класса и марки

Показатель морозостойкости бетона актуален для России. Разрушение монолитных конструкций случается в результате многократно повторяющихся циклов перехода капиллярной воды в лёд и обратной оттайки. Задача строителей — минимизировать негативные последствия низкотемпературного климата посредством внесения поправок в технологический регламент и специальных добавок в состав смеси. Есть зависимость между классом, маркой бетона и морозостойкостью.

Разрушение бетона от замораживания

Механизм эрозии под влиянием заморозки и оттаивания воды, содержащейся в порах, разрушает дороги, мосты, гидротехнические сооружения, если морозоустойчивость бетона недостаточно высока. Объяснение обычное: увеличение объёма твёрдой воды при фазовом переходе 9%, что вызывает разрыв материала. Причинами разложения монолита бывают разные структурные упущения, воздействуя на которые заморозка вызывает множественные формы эрозии. По ним и определяют главный источник разрушения:

1. Поверхностные шелушения, переходящие в расслаивание, наблюдаются в естественных условиях и во время лабораторных исследований. Связаны с движением влаги к охлаждаемой плоскости бетона.
2. Незаметное взрыхление монолита с увеличением его объёма, снижением прочности и упругости, ростом водопоглощения. Внешних признаков не наблюдается. Встречается у пластичных бетонов на цементах с высоким содержанием трехкальциевого алюмината (10―14%), а также в монолитах на пуццолановых вяжущих и шлакопортландцементах с добавкой кислого граншлака. Возникновение дефекта обусловлено высокой капиллярной пористостью бетона.
3. Резкое и неожиданное разрыхление монолита, который хорошо держался при заморозках, но через 100―120 циклов терял прочность и упругость. Дальше происходит быстрое разрушение изделия. Причина — тонкомолотый портландцемент, он даёт большую усадку.
4. Местное, участковое расслоение объясняется включениями неморозостойких зёрен, глины в наполнителе и другими подобными причинами, связанными с качеством ингредиентов смеси. Наблюдается при эксплуатации бетонных покрытий дорог.
5. Растрескивание монолита с распадом на отдельные части. Касается пропаренного пластичного бетона, когда допущены дефекты при нарушении технологии изготовления.

Чтобы разобраться, от чего зависит морозостойкость бетона, недостаточно сослаться на общую пористость. Влияние оказывает и величина водоцементного отношения, и другие факторы технологии.

Повышение прочности против холода

Если класс морозостойкости бетона необходимо повысить, это возможно сделать различными способами. Специалисты предлагают следующие варианты:

1. Уменьшить макропористость повышением густоты смеси, качественным её уплотнением при заливке. Сильное утрамбовывание снижает объём пустот.
2. Сократить количество воды в составе раствора, использовав чистые заполнители. Рекомендуемое соотношение влаги с цементом В/Ц<0,5.
3. Отодвинуть срок первой заморозки. Со временем количество пустот в бетоне уменьшается.
4. Применить добавки, увеличивающие образование микропор. В них вода не проникает. Присадки представляют собой соли угольной, соляной и азотной кислот, кальция. А также примешивается и мочевина.
5. Ограничить контакты с водой путём гидроизоляции бетонной поверхности. Для этого используют фасадные краски, битум, полимерные пропитки и мастики. При нанесении они образуют защитную плёнку.

Применение глинозёмистых цементов, гидрофобных и воздухововлекающих добавок также способствует повышению морозостойкости.

Рекомендуемый объём вовлечённого воздуха 4―6%. Зависит показатель от качества ингредиентов: максимальное значение устанавливают при снижении крупности заполнителя и увеличении присутствия воды и цемента.

Классификация по морозостойкости

Стандартами в строительстве марка бетона по морозостойкости отмечается символом F, имеет ряд значений от 25 до 1000. Её определяют на стадии изготовления. Для этого образец много раз погружают в воду и замораживают при -18ºС, а потом оттаивают. Завершив серию испытаний, бетону присваивают соответствующий класс. По применяемости в той или иной местности и по предполагаемым срокам эксплуатации монолитных сооружений марки по морозостойкости классифицируются следующим образом:

1. Низкий показатель — меньше F 50: используется редко, требует гидроизоляции.
2. Нормальный уровень — F 75, F 100, F 150: применяется везде, где явно выражены 4 времени года. Срок службы объектов достигает 100 и больше лет.
3. Повышенный класс — F 200, F 300: для регионов, где зима суровая, а грунт промерзает на несколько метров.
4. Высокая марка — F 400, F 500: для условий, в которых сильные холода сочетаются с изменчивым уровнем воды.
5. Крайне высокая степень — F 600, F 800, F 1000: для строительства вечных объектов. Изготавливается смесь на высокомарочных цементах со специальными добавками.

Существует зависимость между характеристиками бетона: чем выше класс бетона и марка прочности, тем устойчивее монолит к низким температурам и сильнее его водонепроницаемость.

Соотношение показателей надёжности затвердевшей смеси из минеральных составляющих приведено в таблице:

Марка F 300 означает, что до потери прочности на 5% бетон выдерживает 300 циклов замораживания и оттайки. Это самый распространённый класс, применяемый в средней полосе, где низкие температуры не редкость.