Как повысить морозостойкость бетона?

Улучшаем стойкость бетона к заморозкам

Морозостойкость бетона – это важный показатель материала для строительства фундаментов и любых конструкций, подвергаемых сезонному замораживанию/оттаиванию. Значение определяется лабораторными испытаниями образца раствора. Особенно важно учитывать параметр морозостойкости в регионах, где зима длится большую часть года.

Процессы в материале

Чтобы понять, от чего зависит устойчивость цементного раствора к низким температурам и как можно ее улучшить, следует изучить процессы, которые протекают в самом материале. И здесь нужно отметить, что при длительном воздействии холода бетон стремительно теряет прочность, особенно в поверхностной части.

На сегодняшний день существует две гипотезы, объясняющие это явление:

• Согласно одной точки зрения, причиной разрушения материала изнутри становятся кристаллы льда. Влага, которая просачивается в поры материала, под воздействием низких температур замерзает, увеличиваясь в объеме примерно на 10-12%. Ледяные включения воздействуют на стенки пор, разрушая их и снижая плотность раствора.
• Согласно другим утверждениям, основным вредоносным фактором является не лед сам по себе, а та жидкость, которая остается в капиллярах при замерзании. Лед давит на остатки воды, которые практически не сжимаются, и они разрушают каналы диаметром от 5 до 100 нанометров.

Фото пор, увеличившихся при замерзании воды

Обратите внимание! Несмотря на то, что в среде специалистов большим авторитетом пользуется вторая гипотеза, обе они не противоречат друг другу. В любом случае основной причиной называют увеличение объема жидкости при превращении в лед.

• Важным в данном случае является и тот факт, что расширяющаяся жидкость и лед заполняют поры фиксированного, и при этом достаточно малого объема. Именно по этой причине морозостойкость газобетона будет выше, чем у полнотелых составов из цемента аналогичной марки: резервный объем полостей позволяет компенсировать возникающие нагрузки.

Нужно отметить, что разрушение конструкций за счет возникающих внутренних напряжений происходит неравномерно:

• Вначале нарушается форма выступающих граней, отмечается также скалывание углов.
• Затем возникают микротрещины на плоских участках открытых поверхностей, которые вскоре объединяются в большие поврежденные участки. Это может привести как к шелушению бетона, таки к образованию крупных выбоин.
• На третьей стадии жидкость проникает в глубинные структуры конструкции, и ее накопление в крупных трещинах провоцирует сильные разрушения.

Разрушение, начинающееся с острых граней

Отдельно стоит отметить, что интенсивность воздействия усиливается и за счет того, что разные компоненты бетона имеют разный коэффициент температурной деформации. Отличия в изменении объема цементного монолита, минерального заполнителя и стальной арматуры приводят к тому, что со временем в местах их контакта формируются зоны с пониженной плотностью.

Маркировка

Определение требований морозоустойчивости бетона производится с учетом климатических условий (в Москве и Новосибирске они будут разными), глубины промерзания грунта, скорости изменения температуры окружающего воздуха.

На основании ГОСТ 10060-2012 существует 5 классов морозоустойчивости:

1. Низкий показатель (F50) подходит лишь для работ внутри теплых помещений. Раствор с таким значением применяют редко, под действием негативных факторов внешней среды на нем быстро станут появляться трещины.
2. Нормальная устойчивость (F150) подходит для сооружения зданий в местностях, где климат умеренный или теплый. Такие постройки могут служить, не разрушаясь, в течение 100 лет.
3. Повышенный показатель (от F150 до F300) предназначен для местностей с суровыми условиями климата и глубоким промерзанием грунта (Сибирь). Материал способен выдерживать резкие перепады температур, в течение длительного времени сохраняет эксплуатационные характеристики.
4. Морозостойкий бетон с показателем от F300 до F500 можно использовать в северных областях, где отмечается глубокое промерзание грунта и в местностях, где уровень воды может повышаться.
5. Смесь с показателями F500-1000 имеет высокую устойчивость, используется для сооружения наиболее ответственных объектов. Применяют высокие марки бетона, в который вводят специальные добавки.

Маркировка производится после того как образец бетона опускают в воду, выдерживают в течение некоторого времени, затем замораживают до -18°С. Периодически проводят замеры для выявления потери прочности.

С помощью маркировки облегчается выбор бетона при выполнении строительных работ.

Марка бетона по морозостойкости влияет на выбор класса материала в регионе. До начала строительства необходимо обратиться к специалистам и подобрать с их помощью наиболее подходящий вариант.

Испытание бетона на морозостойкость

Любой застройщик частного дома и сооружения может проверить стойкость своего бетонного сооружения на морозостойкость в соответствии с требованиями ГОСТа “Морозостойкость бетона 10060-2012”. Для этого следует обратиться в одну из специализированных компаний. Определение морозостойкости в домашних условиях практически невозможно.

Для создания температурных условий требуется специальная морозильная камера и другое специальное оборудование. Поэтому, методы определения морозостойкости бетона – это специальные методы возможные к реализации в условиях специализированных компаний, обдающих специальным оборудованием и штатом опытного персонала.

При обращении в специализированную компанию, по результатам испытаний на морозостойкость оформляется официальный документ – Протокол морозостойкости бетона, который предоставляется заказчику.

При этом если застройщик при приготовлении бетона соблюдает рекомендованные пропорции компонентов бетона той или иной марки, он может ориентироваться на данные морозостойкости, приведенные в таблице данной и не загружать себя дорогостоящими проверками образцов на морозостойкость.

Способы определения показателя

В соответствии с ГОСТом имеются характеристики бетона, оказывающие влияние и обеспечивающие надежность возведения конструкций в заданных условиях:

• водонепроницаемость;
• прочность;
• морозостойкость.

Существует регламент для определения показателя (ГОСТ 10060-2012) устойчивости к морозу. В технической документации представлены 4 способа, позволяющие определить этот показатель.

Испытание бетона на морозостойкость заключается в неоднократном замораживании и размораживании смеси. Для проведения исследования берут несколько образцов (базовые и контрольные).

Образцы в лабораторных условиях подвергаются многократным циклам замораживания с последующим оттаиванием. Для проведения испытаний требуются:

• камера для заморозки;
• контейнеры с водой.

После нескольких циклов нагревания (до +180°С) и заморозки (до -130°С) измеряют прочность материала. Испытание бетона на прочность считается положительным, если образец сохраняет свои качества.

Проводимые в лабораториях исследования не имеют высокой точности: иногда пробный образец разрушается, но при эксплуатации в природных условиях сохраняет необходимую прочность. В лаборатории на материал производится максимальное воздействие, это приводит к более быстрому разрушению.

• присутствие крупных зерен, расслаивание, появление трещин и пятен свидетельствуют о недостаточном качестве продукта, низкой морозоустойчивости;
• растрескивание под действием лучей солнца также указывает на недостаточную устойчивость к действию низких температур;
• появление расщелин подтверждает слабую морозостойкость.

Характеристика устойчивости к морозу становится наиболее важной для фундамента в почвах с высоким уровнем влаги, при строительстве мостов и прочих гидросооружений.

Виды добавок для повышения морозостойкости

Вещества, повышающие морозостойкость, могут существенно изменить характеристики раствора. Цель каждой присадки в бетон – подготовить конкретный компонентный состав к заданным климатическим условиям.

Существуют следующие добавки, влияющие на степень морозостойкости и некоторые другие показатели материала:

1. Суперпластификаторы. Это химические вещества, которые влияют на подвижность бетона. Также это отражается на прочности и водонепроницаемости. К тому же любой пластификатор снижает расход цемента на 15%. Одним из наиболее популярных видов является добавка «С-3» российской компании «Полипласт».
2. Ускорители отвердения. Влияют на время схватывания раствора, но снижают уровень пластичности раствора. При этом возрастает прочность бетона. Так как время затвердевания небольшое, процесс возведения сооружений намного быстрее.
3. Регуляторы пластичности. Их цель – это продление периода использования готовой смеси. Это важно, когда предварительно подготавливается большой объем материала, которому нужно сохранять свои свойства до начала использования на объекте. Популярные регуляторы пластичности: хлорид кальция, нитрат кальция, нитрит-нитрат кальция, нитрит-нитрат-хлорид кальция, сульфат натрия, нитрат натрия, тринатрийфосфат и хлорид натрия (соль). Эти добавки востребованы, когда необходима заливка бетона в нестандартные формы. Материал хорошо заполняет все неровности.
4. Антиморозные добавки. Их также добавляют в состав бетонной смеси, если температура окружающей среды опускается ниже -7 градусов по Цельсию. Это позволяет в дольше сохранять свойства материала. Распространенные марки добавок следующие: МБ 10-01, МБ 10-30С, МБ 10-50С и МБ 10-100С. Они отличаются соотношением своих основных компонентов: микрокремнезема и золы.
5. Модификаторы. Позволяют существенно повысить показатель прочности. На фоне их использования улучшается сопротивляемость коррозии и низким температурам.
6. Комплексные присадки. Воздействуют на несколько эксплуатационных качеств бетона одновременно. Эта группа присадок может уменьшать расход воды, повышать устойчивость к морозу и коррозии, продлевать срок затвердевания и т.д.

Присадки, в которых присутствует хлорид понижают коррозийную устойчивость арматурных элементов в бетоне. Однако добавки на основе нитрита натрия, наоборот замедляют этот процесс.

Морозостойкость бетона

Для бетонирования при минусовой температуре применяются специальные морозостойкие бетоны. Эта способность застывшей бетонной смеси выдерживать многократные циклы заморозки и оттаивания сохраняя при этом на длительное время свои технические характеристики неизменными. Испытательная проверка данного параметра производится до тех пор, пока величина снижения прочности бетона не достигнет пяти процентов. После этого количество пройденных циклов снижается в нижнюю сторону до круглого десятка.

При классификации обозначается латинской буквой «F» и сопровождается цифровым значением 50 – 1000. При наличии специальных добавок максимальное значение «F» может быть более 300, но такие бетонные смеси при массовом строительстве в условиях умеренного климата применяются мало из-за их высокой стоимости.

Марки бетона по морозостойкости

При определении требований к бетону по морозостойкости следует учитывать климатические условия, глубину промерзания грунта и возможную скорость изменения температуры наружного воздуха. Стандартная классификация определяется в ГОСТ 10060-2012 и подразделяет все производимые смеси на 5 классов по морозостойкости:

• F50 с низкой морозоустойчивостью применяют только в для теплых внутренних помещений;
• до F150 с нормальной устойчивостью для возведения зданий в местности с теплым и умеренным климатом. Эксплуатация постройки может достигать 100 лет;
• F150-300 повышенной морозостойкости для районов с суровой зимой и промерзающей почвой, например Сибирь, применяется для любых построек, в том числе бассейнов;
• F300-500 высокой стойкости для северных районов с глубоким промерзанием грунта;
• F500-1000 с крайне высокой устойчивостью для особо ответственных сооружений.

Характеристики различных бетонных смесей согласно ГОСТ

Определения стандарта показывают, что наиболее к распространенным маркам в России следует отнести бетоны с показателями F150 – F250. Классификация по ГОСТ не распространяется на бетоны используемые для дорожного строительства и взлетных полос аэродромов.

Таблица морозостойкости и водонепроницаемости бетона различных марок и класс

Методы определения морозостойкости бетона

В Государственном стандарте 10060-2012 указаны 4 способа лабораторных испытаний затвердевших бетонов на морозостойкость и один химический способ. Для каждого из них необходимо приготовить испытательные образцы в виде бетонных кубиков с длиной ребра 100 мм.

До начала испытаний образцы должны набрать проектную прочность согласно их марке. Для этого они выдерживаются в теплом помещении в течение 28 дней. При необходимости расширенного изучения возможно проведение промежуточных испытаний через 4, 7 и 14 дней после заливки бетона в формы.

Для проведения испытаний могут потребоваться:

• формы для изготовления образцов;
• стеллажи для хранения образцов;
• контейнеры для воды и химических реагентов.
• морозильное оборудование;
• термическая печь;

Технология лабораторных испытаний заключается в том, что образцы опускают в воду для намокания, а потом подвергают их многоразовой заморозке с последующим нагревом. При этом охлаждение происходит при температуре -130˚C, нагрев в печи при +180˚C. В результате, если бетонные образцы не теряют прочности и на них не образуются трещины, то марка по морозостойкости отвечает заявленным требованиям.

Сам принцип лабораторных испытаний сводится к подтверждению заявленных результатов. Поэтому на практике реальная морозостойкость материалов всегда выше. Это объясняется в принудительном замачивании образцов и большой разнице в скорости охлаждения и нагрева.

Как происходят испытания, видео

Ускоренный химический и визуальный методы

Для проведения экспресс-испытаний подготовленные бетонные образцы опускают на сутки в серно-кислый натрий. Потом производят просушку при температуре 100˚C на протяжении 4-х часов. Эту процедуру повторяют 5 раз и после этого осматривают бетонные кубики. Если на поверхности отсутствуют трещины и дефекты, то морозостойкость материала не менее F300.

Достаточную устойчивость бетона к воздействию низких температур в частном строительстве можно определить визуально, осматривая готовый бетонный образец. На нем не должно быть видно крупнозернистой структуры, трещин и повреждений, мест расслаивания и цветных пятен. Для проверки уровня поглощения воды окуните образец в воду на сутки. Если количество воды за это время уменьшится более чем на 5% от объема образца, то это говорит о высокой пористости и слабой морозоустойчивости.

Способы повышения устойчивости к морозам

Морозостойкость бетона в значительной мере зависит от пористости материала и возможного проникновения влаги внутрь структуры. Поэтому показатели влагостойкости и морозоустойчивости очень сильно связаны между собой.

Кроме этого морозостойкость бетонных материалов повышают путем уменьшения фракции наполнителей и добавления специальных воздухововлекающих примесей. В результате поры приобретают замкнутое строение и не соединяются друг с другом. Это можно сравнить с пенополистиролом – пористым влагонепроницаемым материалом.

Бетон это каменный строительный материал, получаемый в результате твердения залитой в форму и уплотненной полужидкой смеси. Его приготавливают путем перемешивания .

До начала работ по возведению фундаментной конструкции делается несущая подготовка. В этой технической документации приведены нормативные требования к технологии работ, .

Технология устройства монолитных стен при возведении зданий, построек и конструкций относится к категории наиболее распространенных способов современного строительства. Это обусловлено .

Плиты перекрытия являются частью несущей конструкции здания, поэтому к марке бетона для их изготовления выдвигаются особые требования.

Методы определения (измерения) морозостойкости

Чтобы определить количество циклов, которое может выдержать бетон, разработали специальные тесты, соотносящиеся с действующим государственным стандартом качества (ГОСТ). Определение морозостойкости бетона происходит в лабораторных условиях в обычном или ускоренном режиме. Особенности обычного метода определения:

1. Специально для лабораторных испытаний вырезают кубик бетона (размер от 50 мм до 250 мм), который высыхал при определенной температуре в соответствии с технологическим регламентом не менее 28 дней.
2. Испытуемый кубик бетона тестируют на прочность с помощью специального пресса.
3. После образец замораживают и размораживают при температурах от -18 °С до +18 °С до тех пор, пока его прочность не снизится больше, чем на 5%.

Максимальное число циклов, зафиксированное в ходе исследования, и будет служить основой для маркировки бетона. Если образец выдержал 75 и больше циклов, то морозостойкость f75, если больше 100, то – f100 и т.д. Этот способ считается более надежным и достоверным, но и времени он занимает значительно больше. Этот метод тестирования практикуется для определения класса морозостойкости при разработке новых рецептур производства бетона или контроле качества продукции отдельно взятого производителя.

Ускоренное тестирование проводится с использованием специальных составов, например, водного раствора хлорида натрия NaCl (5%). Класс бетона по морозостойкости определяется по такому же принципу, но цикличность замораживания и оттаивания намерено ускоряют с помощью различных химических веществ.

Стоит заметить, что значения цикличности, полученные в лабораторных условиях, практически всегда отличаются от реальных показателей в ходе эксплуатации бетона. Чаще всего бетон выдерживает больше циклов, чем указано на маркировке. То есть, если марка морозостойкости f100, то бетонная конструкция выдержит 110 и больше циклов.

Как определить класс морозостойкости самостоятельно? Есть несколько факторов, по которым можно примерно вычислить количество циклов, предусмотренных производителем, но результаты этих исследований не могут использоваться в проектной документации. По каким критериям определяется морозостойкость f 50, f 100 и т.д.:

1. Визуально. Низкая устойчивость к перепадам температур отразится на целостности бетона, что визуально будет выглядеть, как мелкие и средние трещины, расслаивание, шелушение или бурые пятна.
2. Повышенное водопоглощение. «На глаз» достаточно сложно определить процент поглощения бетоном воды, но морозостойкость f 100, например, не допускает показатель водопоглощения выше 5%. Проще говоря, материал не должен впитывать воду.
3. Деформации структуры после высыхания на солнце. Еще один характерный признак снижения характеристики морозостойкости – образование мелких и средних трещин при высыхании на солнце. Если бетон изначально имел f200 морозостойкость, то после появления трещин показатель этой характеристики можно снижать или вовсе отменить.

Еще раз повторим, что самостоятельное тестирование не будет достоверным, а его результаты не могут использоваться в проектной документации.

Вывод

Морозостойкость — одно из важнейших свойств бетона как основного строительного материала, характеризующее его способность долговременно противостоять колебаниям температур от сезона к сезону. В условиях умеренного, а тем более арктического климата, когда годовая температурная амплитуда достигает 80 и более градусов, использование морозостойкого бетона не имеет альтернативы. Однако универсальной марки бетона, подходящей для всех случаев, не существует. Морозостойкий бетон покупается индивидуально для каждого объекта с учетом его назначения и местных условий.

Вот некоторые схемы, пользуясь которыми мошенники могут поставлять бетон, не соответствующий документам:

В интернет-форумах можно встретить некоторые откровения бывших сотрудников бетонных узлов, подтверждающие вышенаписанное: «наш директор откровенно веселился, когда заказывали бетон М350 (В25), ведь в лучшем случае мы отгружали М200».

Особенно велик риск нарваться на недовес и подмену марки бетона, заказывая его по телефону на сайтах компаний-однодневок. Они появляются и исчезают в небытие спустя какое-то время. В основном, по мере появления проблем с обманутыми заказчиками.

Выбор бетона по марке морозостойкости

Свойства морозостойких материалов выдерживать отрицательные температуры зависят не только от прочности бетона. Прежде всего, необходимым условием для повышения класса морозостойкости является предотвращение заполнения стройматериала влагой, которая после замерзания способна превращаться в лед, расширяться в объеме и вызывать механическое разрушение. При этом экономически обоснованный выбор в пользу применения конкретной марки бетона, степени его морозостойкости реализуется на основе строительных расчетов приведенных в проектной документации с применением к условиям определенной местности, климатическим условиям эксплуатации. Для каждого региона в зависимости от назначений существует собственный класс, оптимальное значение которого может определить только специалист.