Прочность бетона определяется комплексом технических характеристик, в числе которых немаловажное значение имеет морозостойкость. Этот показатель характеризует свойство материала и конструкций из него выдерживать многократное замораживание с последующим оттаиванием. Морозостойкость выражается маркой (F) и показывает установленное стандартом минимальное количество циклов замораживания/оттаивания до появления очевидных признаков разрушения или изменения физических характеристик образцов (уменьшение массы, снижение прочности и др.). Учет этой величины особенно важен при проектировании и строительстве зданий, сооружений для регионов с холодными зимами и частыми перепадами температур, в состав которых входит и Ленинградская область.
Способность различных видов бетона противостоять знакопеременным изменениям температуры исследуется в лабораторных условиях по методикам ГОСТ 10060-2012. Работа выполняется силами и средствами специализированных организаций, имеющих соответствующую лицензию и государственную аккредитацию. В Санкт-Петербурге определение марок бетона по морозостойкости выполняет компания «СтройЭкспертиза».
Классификация материала по морозостойкости
Различные виды бетона по-разному переносят процессы периодического замораживания и оттаивания. На степень морозостойкости оказывает влияние марка цемента и ряд технических характеристик материала, основной из которых является пористость. Чем больше количество пор – тем выше будет водонасыщение. При отрицательных температурах вода в порах превратится в лед, увеличит свой объем примерно на 10% и будет служить внутренним нагружающим фактором. Со временем эти нагрузки станут критическими, в структуре бетонных конструкций появятся трещины, а на поверхности – шелушение, сколы ребер. ГОСТ 25192-2012 классифицирует бетон по морозостойкости и ограничивает возможность использования материала с низкими марками в составе отдельных сооружений. Так, применение изделий из бетона с маркой F50 допустимо только для внутренних работ или подготовительных мероприятий, марка F50 – F300 используется в рядовом строительстве в регионах с умеренным климатом, бетонные конструкции с морозостойкостью более F300 могут применяться без ограничений даже при монтаже ответственных сооружений, возводимых в сложных климатических условиях. Максимальная марка бетона по морозостойкости – F1000.
Методы определения морозостойкости бетона
Государственный стандарт предусматривает проведение лабораторного определения марки бетона по морозостойкости базовыми и ускоренными способами. Использование каждого из них рассчитано на исследование материала с учетом его специфичности – бетонов общего назначения, для дорожных и аэродромных покрытий, для легких бетонов, для материала конструкций, эксплуатирующихся в контакте с минерализованной водой. Испытания производятся на сериях предварительно подготовленных и набравших проектную прочность образцах-кубиках с ребром 10 или 15 см, они отбираются из одной пробы или из готовой конструкции и должны не иметь внешних повреждений. Продолжительность исследований зависит от предусмотренного стандартом количества циклов замораживания/оттаивания, определяется маркой бетона, размерами образца и может длиться более месяца даже при круглосуточной работе лаборатории.
Для определения морозостойкости бетона необходимо изолированное лабораторное помещение с климатической камерой, с комплектом необходимого для исследований оборудования и поверенных средств измерений. Перед проведением испытаний, образцы последовательно, в течение нескольких суток, насыщают водой или 5%-м раствором хлорида натрия (NaCl) при температуре плюс 20±2°С. Предусмотренные стандартом базовые методы определения морозостойкости бетона предусматривают следующее:
- 1-й базовый: многократное замораживание образцов на воздухе в морозильной камере с доведением температуры до минус 18±2°С и оттаиванием в ванне с водой при температуре плюс 20±2°С;
- 2-й базовый: данный метод повторяет те же действия, что и при первом, но в этом случае вместо воды используется 5%-й раствор хлорида натрия с заменой через каждые 100 циклов испытаний.
При досрочном появлении на кубиках бетона трещин или шелушения, испытания прекращают. После проведения заданного стандартом числа циклов замораживания/оттаивания (промежуточного и окончательного) образцы осматривают, взвешивают и определяют их прочность на сжатие – при этом изменение данных параметров не должно превышать критических значений по ГОСТ 10060-2012.
Ускоренные методы исследования морозостойкости бетона применяются на сериях образцов из проб с плотностью не менее D1500 и состоят в следующем:
- 1-й ускоренный метод с использованием воды для насыщения образцов не предусмотрен;
- 2-й ускоренный метод аналогичен второму базовому и проводится с использованием для насыщения и оттаивания кубиков водно-солевого раствора;
- 3-й ускоренный способ определения морозостойкости предусматривает насыщение образцов 5%-м раствором хлорида натрия, многократное замораживание с доведением температуры до минус 50±2°С и оттаиванием в водно-солевой ванне при температуре плюс20±2°С с заменой раствора через каждые 20 циклов испытаний.
После завершения промежуточного и завершающего этапов испытаний ускоренным методом, так же, как и при базовом, производится осмотр образцов бетона, взвешивание, проверка прочности на сжатие. Полученные результаты заносятся в журнал и используются в предусмотренной стандартом методике определения марки бетона по морозостойкости. Она показывает число циклов замораживания/оттаивания, при котором образец сохраняет свой первоначальный вид и уменьшается по массе не более, чем на 2%.
Альтернативные методы определения марки бетона по морозостойкости
Помимо базового и ускоренного методов определения морозостойкости бетона, ГОСТ 10060-2012 рекомендует для применения способ определения этого параметра по изменению динамического модуля упругости, скорости ультразвука, или деформаций. Данная методика предусматривает проведение испытаний специально изготовленных или отобранных из готовых конструкций образцов, многократно замороженных и оттаянных по режимам базового или ускоренного методов. В ходе исследований, после заданного числа циклов замораживания/оттаивания, производится измерение массы и размеров образцов, значение динамического модуля упругости, скорость прохождения ультразвука. Испытания продолжаются до получения критических, указанных стандартом, значений изменения этих величин. После обработки, результаты испытаний образцов таким методом ложатся в основу определения марки бетона по морозостойкости.
Способы повышения морозостойкости бетона
Наряду с остальными техническими характеристиками, морозостойкость оказывает существенное влияние на несущую способность и срок службы бетонных конструкций. Естественно, чем она выше, тем лучше. На практике повысить этот показатель можно несколькими способами, это:
- утепление поверхностей находящихся в эксплуатации бетонных конструкций изолирующими материалами;
- использование в составе бетонной смеси высокомарочного цемента и минеральных заполнителей с высокой плотностью;
- контроль соблюдения технологии приготовления и укладки бетонной смеси;
- повышение плотности и водостойкости бетона путем введения в его состав пластификаторов и гидрофобизаторов.
В любом случае, подтвержденный документально показатель прочности бетона по морозостойкости будет свидетельствовать о фактическом качестве бетонной смеси и конструкций из нее, позволит своевременно принять меры по его улучшению или убедиться в соответствии качества строительных материалов требованиям проекта.
