Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона в большой степени зависит от степени насыщения пор водой и скорости охлаждения Для известняков, например, по данным проф. Б. В. Залесского. критическое насыщение составляет 80%. Однако и при незначительном среднем насыщении водой может возникнуть местное обогащение водой выше критического (например, при охлаждении стенок), что приведет к уменьшению морозостойкости. Температура замерзания воды в капиллярах разного диаметра различна. Для известняка температура замерзания воды в капиллярах -60°.

Для замораживания образцов их нужно выдержать при низкой температуре в течение нескольких часов. При повторном замораживании переохлажденная вода легче переходит в лед. Чем меньше степень водонасыщения, тем труднее замерзает вода. Быстрое охлаждение действует более разрушительно, чем медленное замораживание. Понижение модуля упругости известняка после трех медленных охлаждений было 5-10%, а после одного быстрого замораживания до 60-80%.

Из-за большой плотности вибрированный бетон становится водонепроницаемым и менее поглощает воду, причем соответственно улучшается его морозостойкость. Вибрированный бетон состава 1 : 10 выдерживал 150 циклов переменного замораживания и оттаивания и при этом имел прочность 91-95% от пер-воначальной. Оценить долговечность бетона по числу циклов замораживания и оттаивания довольно трудно. Считают, что 4 цикла замораживания и оттаивания в течение 6 час. эквивалентны одному году службы бетона в сооружении.

По данным проф. Б.В. Залесского, известняк из сооружения, выстроенного русским зодчим Казаковым в 1776-1784 гг. и простоявшего 160 лет, не выдерживал стандартного испытания на морозостойкость в 25 циклов. Эти испытания выдерживали лишь образцы с прочностью 121 - 135 кг/см2.

Морозостойкость вибрированного бетона далеко превосходит стандартное 25-кратное замораживание. Приведены результаты испытаний вибрированного бетона составов 1 : 6,5 и 1 :8 при В/Ц = 0,55 и 0,6. Подвижность бетонной смеси первого состава была 8,5 см, а второго- 1,5 см.

После 150 циклов замораживания и оттаивания наблюдается значительный прирост прочности, особенно для бетона в раннем возрасте. Предел прочности бетона, подвергнутого 150-кратному замораживанию и оттаиванию, возрос почти на 100% для бетона, замороженного в возрасте 6 дней. Происходит это вследствие роста прочности в периоды оттаивания бетона. Морозостойкость вибрированного бетона вследствие его плотности превосходит морозостойкость обычного бетона.

Механизм разрушения бетона при замораживании, несмотря на большое количество работ в этой области, недостаточно изучен, но основные факторы, влияющие на степень морозостойкости бетона, установлены. Вода в насыщенном цементном камне замерзает при изменениях температуры ниже нормальной точки замерзания. Происходит это из-за различного сечения капилляров и различного характера связи воды и твердой фазы цементного геля.

Капиллярная вода замерзает в крупных капиллярах; вода геля, прежде чем замерзнуть, перемещается в капилляры. Количество льда в замороженном цементном камне зависит от температуры.

Количество замерзшей воды и температура таяния зависят от наличия в воде, насыщающей цементный камень, растворенных веществ - солей или щелочей. В цементном камне температура точки таяния льда или замерзания воды зависит не только от наличия растворенных веществ, но и от степени насыщения; чем ниже степень насыщения, тем ниже и точка таяния. Вся испаряющаяся вода из бетона замерзает, но для замораживания всей воды в бетоне требуется температура -78°. Можно считать, что количество замерзающей воды равно капиллярной воде. Следовательно, плотный цементный камень, не содержащий капиллярных пор, не будет замерзать. Так обстояло бы дело, если бы влага не мигрировала от теплых слоев к наружным охлаждаемым слоям. При наличии термодиффузии в связи с насыщением влагой наружных слоев процесс охлаждения бетона начинается с наружной поверхности. Для повышения морозостойкости в цементный камень вводятся тонкодисперсные замкнутые воздушные поры при помощи воздухововлекающих добавок; частично замерзая в этих порах, вода не производит разрушающего действия на стенки пор.

Морозостойкость материалов и бетона определяется стандартным способом, хотя и условным, но оправдавшим себя на практике.

В последнее время получает распространение способ оценки морозостойкости при помощи прибора резонансной частоты. Прибор вызывает вынужденные колебания защемленного одним концом бруса, совпадающие с собственной частотой колебаний бруса, что устанавливается по моменту нарастания амплитуд колебаний. Зная частоту собственных колебаний, находят модуль упругости материала. Опыты показывают, что динамический модуль упругости материала существенно изменяется в процессе испытания на морозостойкость, поэтому этот способ рассматривают как наиболее прогрессивный и наиболее объективный.