Бетон морозостойкость
Факторы, влияющие на морозостойкость бетона
На морозостойкость бетона оказывает влияние значительное число факторов.
Их можно разделить на четыре группы: качество материалов; составы бетона; добавки; параметры технологии. При этом большинство факторов «воздействует» как через объем пор, так и в еще большей степени через их характер. Увеличение содержания условно-замкнутых пор, не заполняемых водой при насыщении бетона, является сегодня основным способом обеспечения высокой морозостойкости.
Качество материалов для бетона
Влияние качества портландцемента на морозостойкость бетон:: связано с его минералогическим составом, тонкостью помола и содержанием активной минеральной добавки.
Из минералов цемента отрицательное явление на морозостойкость оказывает алюминий. Он образует при гидратации неводостойкие и не морозостойкие структуры. Поэтому при возможности рекомендуется применять сульфатостойкий или другие цементы с пониженным содержанием алюмината (до 7— 8%). Нужно отметить, что влияние содержания алюмината на морозостойкость существенно ослабляется при применении воздухововлекающих добавок.
Влияние тонкости помола цемента на морозостойкость неоднозначно. С одной стороны, тонкомолотые цементы повышают нерасслаиваемость бетонной смеси, что очень важно для морозостойкости бетона. В то же время возрастает усадка бетона на таких цементах и вероятность трещинообразования. По этой причине повышение тонкости помола цемента сверх 4000— 4500 см2 нежелательно, так как может приводить к снижению морозостойкости.
Минеральные добавки в цементе также могут снижать морозостойкость бетона, особенно при увеличении их содержания. Возможной причиной этого является слабый (более пористый) контактный слой зерен добавок с продуктами гидратации цемента. Поэтому для бетонов повышенной морозостойкости предпочтительней использовать бездобавочный портландцемент. Морозостойкость других цементов снижается в последовательности: портландцемент с минеральной добавкой — шлакопортландцемент пуццолановый портландцемент.
Еще одним фактором, снижающим морозостойкость, является лежалость цемента. Она значительнее снижает морозостойкость, чем прочность при сжатии. Так, при снижении прочности бетона на лежалом цементе на 30% его морозостойкость уменьшилась почти в 10 раз.
Влияние свойств заполнителей на морозостойкость бетона проявляется в двух аспектах. Во-первых, это морозостойкость самих заполнителей, которая должна быть не ниже требуемой морозостойкости бетона. Во-вторых, комплекс их свойств, влияющих на структуру, пористость бетона и вследствие этого на морозостойкость. Он может быть оценен по водопотребности заполнителей, учитывающей одновременно влияние загрязненности заполнителей, формы зерен, их крупности, зернового состава. Применение заполнителей повышенного качества с низкой водопотребностью снижает объем цементного камня в бетоне и повышает морозостойкость. Играет роль и состояние поверхности заполнителей, влияющее на качество контактной зоны. Так, морозостойкость бетона на шебне выше, чем на гравии.
Крупность заполнителя также оказывает заметное влияние на морозостойкость. При ее повышении возрастает степень дефектности поверхности сцепления (седиментационные явления, усадочные микротрещины). Поэтому при снижении НК заполнителей морозостойкость бетонов повышается. Вторым фактором, способствующим этому, является повышенное защемление в них воздуха. Наибольшую морозостойкость (при том же В/Ц) имеют мелкозернистые бетоны. Она может вдвое превышать морозостойкость обычных бетонов.
Представляет интерес оценка «чистого» влияния НК заполнителей.
Тот факт, что равноценными приемами по повышению морозостойкости бетона являются снижение В/Ц с 0,6 до 0,45 и уменьшение наибольшей крупности заполнителей с 19 до 6 мм, говорит о значительном влиянии крупности заполнителей на морозостойкость бетона.
www.uniexo.ru
Что понимают под морозостойкостью бетона? От каких факторов она зависит?
Морозостойкость бетона - способность его сохранять прочность и эксплуатационную надежность при воздействии попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. Разрушение бетона в водонасыщенном состоянии при циклической действия положительных и отрицательных температур обусловлено комплексом физических коррозионных процессов, которые вызывают деформации и механические повреждения изделий
и конструкций.
Морозостойкость характеризуется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые бетон выдерживает без уменьшения своей прочности более чем на 5%. Для тяжелого бетона установлены следующие марки по морозостойкости: F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000.
Соответствии с государственным стандартом регламентируется число циклов замораживания и оттаивания как число переходов температуры через 0°С.
Морозостойкость бетона определяется прежде структурой его порового пространства. В бетоне образуются три основных вида пор: поры цементного геля, размер которых лежит в пределах (15...40)*10-10 м, капиллярные поры (0,01...1 мм) и условно замкнутые поры (10...500 мкм). Относительно крупные поры образуются также при недоущильненни бетона.
Капиллярные поры, образованные избыточной водой, является основным дефектом структуры бетона, который негативно влияет на его морозостойкость.
К условно замкнутых пор относят пузырьки воздуха в цементном камне и бетоне.
Суммарным объемом пор, их размером и удельной поверхностью можно управлять путем введения воздухововлекающих или газообразующих добавок. Воздушные поры, полученные путем введения в бетонную смесь воздухововлекающих добавок, существенно изменяют структуру бетона. Число воздушных пор в 1 см3 цементного камня может достигать одного миллиона, а поверхность этих пор - 200...250 см2. Через эту поверхность в поры поступает избыточная вода, вытесняется из капилляров при замораживании бетона. Защитным действием обладают только достаточно мелкие воздушные поры размером менее 0,5...0,3 мм.
Всю совокупность строительно-технологических факторов, влияющих на морозостойкость бетона, можно разделить на две группы:
1. Факторы, обусловленные условиями эксплуатации конструкций; 2. Факторы, которые учитывают особенности исходных материалов, структуру, состав бетона и условия его твердения.
К важнейшим эксплуатационных факторов, кроме числа циклов замораживания и оттаивания, относятся степень водонасыщения и температура замораживания бетона. Снижение прочности бетона после замораживания и оттаивания наблюдается лишь при его водонасыщении выше определенной величины. Водонасыщения бетона возрастает в присутствии солей.
Вода в большинстве капиллярных пор замерзает при температуре до -15°С. При дальнейшем снижении температуры происходит замерзание воды в более тонких порах и при температуре -70...-80°С практически вся порол вода находится в замерзшем состоянии, кроме воды, которая заполняет мелкие гелевые поры. Сравнительное определение морозостойкости бетона замораживанием при -17 и при -50°С показало, что разрушение бетона во втором случае ускоряется в 6...10 раз.
Объем открытых пор, которые влияют на объем замерзающей воды, зависит от водоцементного отношения (В/Ц) и степени гидратации цемента (доли цемента, который вступил в химическое взаимодействие с водой через определенное время твердения). С увеличением В/Ц растет как общий объем открытых пор, так и средний их размер, что также негативно влияет на морозостойкость. При проектировании морозостойких бетонов принято ограничивать В/Ц в зависимости от условий работы бетона в сооружениях. Для обеспечения высокой морозостойкости бетона рекомендуется во В/Ц находилось в пределах 0,4...0,5, а расход воды не превышала 160 кг/м3.
Степень гидратации цемента зависит от активности цемента, интенсивности роста ее во времени, длительности и условий твердения бетона.
Влияние качества цемента на морозостойкость бетона связан с минералологическому составу, тонкостью помола и наличием активной минеральной добавки. Из минералов цемента негативное влияние на морозостойкость оказывает трехкальциевого алюминат С3А. В морозостойких бетонах нежелательные активные минеральные добавки, особенно с повышенной водопотребностью. Экспериментально показано, что бетоны с умеренным содержанием доменных шлаков или каменноугольной золы могут иметь удовлетворительную морозостойкость, особенно при втягивании в бетон воздуха. Низкую морозостойкость имеют пуццолановый цементы.
Продолжительность хранения (лежалости) цемента существенно влияет на его морозостойкость. Наличие оболочки из новообразований гидратированных минералов на зернах цемента является одной из основных причин снижения долговечности бетона.
На морозостойкость бетона существенное влияние оказывает морозостойкость самых заполнителей и их Водопотребность. Важными с позиций морозостойкости является свойства заполнителей, которые определяют их сцепление с цементным камнем и модуль упругости.
Пластифицирующие добавки повышают морозостойкость бетона как в результате уменьшения водопотребности и соответственно капиллярной пористости, так и вследствие определенного повитровтягування.
Больше увеличивают морозостойкость бетона воздухововлекающая добавки. Воздухововлекающая добавки изготавливаются в виде концентрированных растворов, густых паст или сухого, легкорастворимого порошка. Для приготовления добавок используются древесные смолы, продукты переработки нефти, растительные жиры и другое сырье. Чаще всего в качестве воздухововлекающих применяют добавки на основе древесной смолы (смола нейтрализована Воздухововлекающая - СНП, синтетическая поверхностно добавка - СПД и др.). Их вводят в бетонные смеси в количестве 0,01...0,02% от массы цемента. При этом объем вовлеченного воздуха составляет 30...60 л/м3. Морозостойкость бетона с воздухововлекающими добавками возрастает в несколько раз.
Наряду с воздухововлекающими для образования системы умовнозамкнутих пор в бетоне применяют газообразующие добавки, например, ГКЖ-94.
Помимо особенностей исходных материалов и состава бетонной смеси на морозостойкость бетона существенное влияние оказывают условия его твердения. Оптимальные условия твердения должны способствовать получению бетона с минимально возможной капиллярной пористостью и достаточным объемом условно замкнутых пор.
При тепловлажностной обработке получения морозостойкого бетона обеспечивается при минимизации деструктивных процессов, вызванных температурным расширением воды и воздуха. Снижение интенсивности деструктивных процессов достигается при мягких режимах пропаривания: удлиненной (не менее 3-5 часов.) Предварительный выдержке, замедленной скорости подъема температуры и охлаждения (не более 15...20°С/час.), Пониженной температуре изотермического прогрева (60...80°С).
ПРЕЗЕНТАЦИЯ NEW!
 |
Ch5 КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ВИБРОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ |
В случае возникновения вопросов свяжитесь с нашими техническими специалистами.
chemtech-bayern.com.ua
Морозостойкость |
Морозостойкость
Большинство исследований, выполненных по проблеме морозостойкости бетона, посвящено механизму разрушения бетона под действием переменного замораживания и оттаивания и влиянию на этот процесс различных факторов состава и структуры. Эти исследования позволили разработать научные основы прогнозирования и обеспечения необходимой стойкости бетона к совместному действию воды и знакопеременных температур. Они учитывают влияние на морозостойкость бетона химико-минералогического и вещественного состава цемента и заполнителей, их физико-механических характеристик, особенностей порового строения бетона и его связь с составом и структурой, условия уплотнения и твердения бетона, а также особенности его работы в конструкциях и сооружениях.
Известный исследователь морозостойкости бетона С.В. Шестоперов привел 25 характеристик качества исходных материалов, состава бетона и условий работы, различное сочетание которых обеспечивает различную морозостойкость. Эти развернутые рекомендации можно было бы еще дополнить, факторы влияния на морозостойкость можно объединить в группы, определяющие прочность бетона, величину капиллярной пористости, объем вовлеченного воздуха, состав цементного камня и качество контактного слоя.
При проектировании составов морозостойких бетонов обычно часть указанных факторов учитывается при выборе исходных материалов, остальные – при назначении объема вовлеченного воздуха и В/Ц. С этой целью используются рекомендации, изложенные в различных литературных источниках и нормативной литературе. Эти рекомендации часто весьма обобщены и не дают желаемого эффекта. В связи с этим представляется актуальной разработка расчетных зависимостей, связывающих морозостойкость бетона с факторами, учитываемыми при проектировании их составов. Все имеющиеся зависимости являются стохастическими и получены обработкой соответствующего экспериментального материала. Их можно разделить на две группы:
1) устанавливающие связь морозостойкости бетона (F) с отдельными факторами;
2) устанавливающие связь морозостойкости бетона с некоторыми интегральными параметрами. Одна из первых попыток получения факторных полиномиальных моделей морозостойкости бетона и использования их в задачах определения составов бетона сделана в работе. В качестве факторов в этих моделях избраны структурные характеристики – концентрация цементного камня и его В/Ц в бетоне («истинное В/Ц»). Комплекс многофакторных полиномиальных моделей морозостойкости тяжелого бетона нормального и ускоренного твердения предложен и в других работах. Основной недостаток полиномиальных моделей морозостойкости также как и моделей других показателей свойств бетона – их локальность, адекватность лишь в том факторном пространстве, в котором планировался факторный эксперимент и повышенный риск при экстраполяции расчетов.
Зависимости второй группы содержат интегральные параметры, определяемые экспериментально на образцах бетона (средний размер пор, «фактор расстояния», «льдистость» и др.) или вычисляемые «a priori» на основе факторов состава бетонной смеси.
Первые из указанных зависимостей второй группы могут быть использованы при подборе составов экспериментальными методами. Такие методы предполагают серию специальных опытов и, после изучения структуры и свойств полученных бетонов, выбор необходимых составов с учетом комплекса нормируемых показателей. Правомерность использования такого подхода возможна при наличии достаточного времени для необходимой технологической подготовки производства бетонных работ.
При выводе формулы принято допущение о том, что система воздушных пор является идеализированной. Она имеет тот же объем и количество воздушных пор, что и реальная система, но принимает эти поры одинаковыми и расположенными на равном расстоянии друг от друга. Фактор расстояния не учитывает существенное влияние В/Ц на морозостойкость бетона с искусственно вовлеченным воздухом. В нормах, например ФРГ, для получения морозостойкого бетона при искусственном воздухововлечении, требуется не только 0,25 мм, но и В/Ц 0,7. Для морозо-солестойкого бетона лимитируется 0,20 мм и В/Ц 0,6.
Г.Добролюбовым предлагается рассчитывать ряд показателей на основе микроскопического анализа тонких шлифов с учетом физико-механических характеристик бетона: его прочности и водопоглощения. В другой работе предложен критерий морозостойкости (КМ) бетона, учитывающий его открытую пористость (По.и), условно-замкнутую пористость (Пу.з) и объемное содержание льда (Ft).
Показатели, входящие в формулу, определяются экспериментально на образцах нормального твердения в возрасте 28 сут. Авторы показали наличие линейной зависимости между показателем КМ и морозостойкостью бетона.
Льдистость материала, определяемую отношением объемного содержания льда в бетоне к интегральной пористости доступной воде, в работе предложено использовать совместно с В/Ц как основной параметр морозостойкости:
N-N0 = l/(С-С0),
где N0 и С0 — соответственно предельные значения числа циклов замораживания и оттаивания и льдистости
С = l(В/Ц)1/3.
Для определения содержания льда в бетоне предлагаются различные экспериментальные методы. Наибольшей известностью пользуется калориметрический метод, в основе которого лежит зависимость между изменением температуры при переходе воды в лед и массой образовавшегося льда. Применяют также метод сверхвысоких частот, ультразвуковой и сорбционный методы. Наряду с рассмотренными, предложены и другие экспериментальные критерии морозостойкости.
Для проектирования составов бетонов с заданной морозостойкостью необходимы достаточно надежные зависимости, позволяющие переходить от требуемых проектных показателей к составам бетонных смесей на конкретных исходных материалах.
Исходный критерий для разработки расчетных параметров, позволяющих прогнозировать морозостойкость при проектировании составов был предложен Т. Уайтсайдом и Х. Свитом. Этот критерий известен как “степень насыщения”.
Было установлено, что при СН 0,91 быстро разрушается. Практика показывает, что ни критическая величина степени насыщения, ни даже меньшее ее значение, взятое с запасом (СН500).
Делению бетонов на классы по морозостойкости соответствует принятая во многих странах мира практика проектирования составов, когда устанавливается режим работы бетона и лимитируются ограничения по В/Ц и объему вовлеченного воздуха. Определение критического числа циклов замораживания и оттаивания при этом может производится после проектирования составов как контрольный тест. Принятые в нашей стране испытания бетона на морозостойкость до определения требуемых составов являются во многих случаях неэффективными, поскольку требуют продолжительного времени, часто носят запоздалый характер. Усилия технологов, направленные на достижение требуемой марки по морозостойкости, нередко оказываются напрасными, поскольку сам показатель марки является недостаточно обоснованным, как указывалось выше. Кроме того, стандартные методы позволяют определить лишь то, что морозостойкость бетона не ниже нормируемой, каково же действительное критическое число циклов, выдерживаемых бетоном остается, как правило, неизвестным. Это может приводить к завышению фактической морозостойкости по сравнению с требуемой и соответственно нерациональному расходованию цемента.
Уменьшение числа нормируемых ступеней морозостойкости должно способствовать повышению статистической эффективности их обеспечения, более широкому использованию расчетных зависимостей при проектировании составов бетонов.
midas-beton.ru
