Морозостойкость бетона: понятие, классификация и методы определения

Значительное воздействие на конструкции из бетона оказывает климат. Высокая влажность и отрицательные температуры - причина полного или частичного разрушения строительной конструкции, а также появления коррозии. Приоритетная характеристика, которую необходимо учитывать при строительстве в регионах с холодным климатом и перепадом температур - морозостойкость. Она определяет свойство материала сохранять прочность и целостность при резком изменении температурного режима с холода на тепло и наоборот. Это качество особенно важно для России, где постоянно происходят температурные скачки. Исходя из этого свойства выбирают материал, применяемый при строительстве жилых и промышленных зданий, укладке покрытий на дорогах и аэродромах, строительстве гидротехнических сооружений и т.д.

Классификация морозостойкости бетона

Согласно ГОСТ 26633-2015, 10060-2012 классы бетонных смесей по морозостойкости обозначаются коэффициентом F и числом. Например, F100, где 100 – это показатель максимального числа возможных циклов заморозки и разморозки. Всего установлены классы в пределах от F50 до F1000.

F имеет индекс 1 или 2. F₁: марка морозоустойчивости бетона, испытанная при насыщении водой. Обозначает бетоны за исключением тех, которые используются в покрытиях аэродромов и дорог, а также бетонов, находящихся в условиях влияния воды с высокой концентрацией солей. F₂: марка по морозоустойчивости бетонов для покрытий аэродромов и дорог, а также бетонов, находящихся в условиях влияния воды с высокой концентрацией солей. Определяется в испытании образцов с насыщением их раствором хлорида натрия 5% (водным).

Бетонные конструкции с показателем F50 используют только в непромерзающих помещениях закрытого типа и для внутренних работ, потому что на свежем воздухе такой бетон быстро разрушается. Данный бетон имеет низкий уровень устойчивости к температурным изменениям.

По морозоустойчивости бетоны подразделяют на категории:

1. низкой морозоустойчивости (F50 и менее);
2. средней морозоустойчивости (от F50 до F300);
3. высокой морозоустойчивости (более F300).

Методология определения

В ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости» описаны способы определения устойчивости материала к низким температурам. Этот процесс выявляет наибольшее количество циклов заморозки и разморозки без ухудшения качественных показателей бетона. Объектом для исследования выступают образцы - кубы бетона размером 100х100 мм или150х150 мм без каких-либо дефектов. Методы испытания делятся на две группы:

• базовые многократные;
• ускоренные многократные.

В случае расхождении итоговых данных, в качестве конечных принимают результаты, полученные базовыми методами.

При базовых методах образцы перед заморозкой насыщают водой. При ускоренных методах вместо воды используется водный раствор натрия хлорида 5%. Затем кубы вытирают увлажненной тканью: контрольные – испытывают, а основные размещают в морозильной камере. Началом заморозки считается установка температуры -16С°в климатической камере. Выдерживают образцы от 2,5 до 3,5 часов. После происходит оттаивание в специальных ваннах при температуре +20С°. После разморозки кубы обтирают влажной тканью, проверяют на качество и сжатие.

Для проведения климатических испытаний бетона компания «РЕАЛ» использует климатическую камеру МАС, разработанную специально для определения морозостойкости по ГОСТу 10060-2012. Минимальная температура, которую способен устанавливать аппарат - 55 градусов ниже нуля.

Как повысить морозоустойчивость?

Качество бетонных конструкций при температурных перепадах ухудшается, так как в макропоры и капилляры попадает вода. Осенью и во время зимних оттепелей конструкции насыщаются водой с растворенными в ней минеральными веществами. Затем наступают заморозки, во время которых оставшаяся в порах вода замерзает. Как известно, лёд занимает на 9-12% больший объем, чем вода. Поэтому с каждым циклом в конструкцию попадает больше воды и бетон еще больше деформируется, появляются трещины и начинается разрушение. Кроме того, вода, попадающая в трещины, вызывает коррозию стальных элементов конструкции.

Таким образом, чем меньше макропор в материале, тем он прочнее и более водостойкий, соответственно более морозоустойчивый.

Существует несколько способов улучшения морозостойкости:

1. Повышение плотности бетона (уменьшение объема макропор и их проницаемости для воды):
• снижение водоцементного отложения;
• применение добавок, снижающих количество воды в смеси или ускоряющих процесс твердения бетона;
• пропитка кольматирующими составами поверхности бетона или введение кольматирующих добавок в саму бетонную смесь;
• применение марок цемента, соответствующих заявленной морозостойкости;
• применение более чистых крупных и мелких заполнителей;
• гидроизоляция - использование специальных красок или пропиток, благодаря которым появляется защитная пленка.
2. Введение воздухововлекающих добавок, создающее резервный объем воздушных пор, не заполняемых при обычном водонасыщении бетона.

При строительных работах нельзя пренебрегать показателем устойчивости к температурным изменениям. Из-за недостаточного уровня морозостойкости усиливается износ здания и сокращается срок эксплуатации конструкции. Подбор материалов следует производить индивидуально, так как в каждом регионе есть свои климатические особенности.