4. Морозостойкость и атмосферостойкость бетона:

- что такое морозостойкость, атмосферостойкость бетона?

- различные гипотезы о разрушении бетона под влиянием попеременного замораживания и оттаивания, физическая сущность процесса;

- влияние на морозостойкость бетона структуры, температуры замораживания и влажности, В/Ц, вида и активности вяжущего, условий твердения, уровня нагрузки;

- марка бетона по морозостойкости. Способы повышения морозостойкости и атмосферостойкости цементного камня.

Морозостойкость -- способность бетона сохранять, физико-механические свойстве при попеременном замораживании и оттаивании.

Существует несколько точек зрения о разрушении бетона под влияние попеременного замораживания и оттаивания, т.к. на сегодня этот процесс до конца не изучен:

1. Бетон разрушается в результате перехода воды и лед с увеличение объема на 9%.

2. Разрушение происходит из-за того, что вода оказывает давление на материал, которое создается в порах при переходе воды в лед.

3. Бетон разрушается, т.к. в процессе замораживания вода мигрирует от более нагретых к менее нагретым участкам бетона (у поверхности создается водяное давление, которое разрушает материал).

4. Бетон разрушается вследствие разных коэффициентов температурного расширения. Считая, что все эти факторы действуют

1 - микрообъем бетона:

2. - открытые поверхностные поры, полностью заполненные водой:

3. - внутренние поры, частично заполненные водой:

4. - внутренние замкнутые норы, не заполненные водой.

При воздействии мороза вода начинает замерзать в поверхностных порах. При переходе воды в лед оказывается давление на материал и на воду, которая не замерзла в порах. Это давление большое и приводит к возникновению микроразрушений, также есть ещё давление на незамерзшую часть воды, под действием, которого вода может переходить в соседние поры, не заполненные водой. Это смягчает действие мороза и повышает морозостойкость бетона. Т.о. наличие в бетоне замкнутых пор, равномерно размещенных, по объему и не заполненных водой приводят, к повышению морозостойкости материала. При этом поры должны располагаться друг от друга на таком расстоянии, чтобы межпоровые перегородки были проницаемы для воды под давлением. В связи с этим введение в бетон воздухововлекающих или микро-газо-пенообразующих добавок способствует повышению морозостойкости. Воздухововлекающие добавки можно заменять пористыми зернами или измельченным ячеистым бетоном.Большое влияние оказывает размер пор. С его уменьшением вода в порах замерзает при более низких температурах.

При диаметре пор 1,57 мм - 6.4 °С 0.15 мм - 15 °С 0.06 мм - 16 "С.

В порах d меньше 0.001 мкм вода вовсе не замерзает. Вода движется от более теплых участков к менее теплым, на поверхности возникает давление, снижающее морозостойкость. Наличие мелких замкнутых пор лучше всего. Если же все поры в бетоне будут полностью заполнены водой, то материал разрушится через 1 цикл замораживании.

На морозостойкость большое влияние оказывает степень насыщенности бетона водой, а также степень перехода воды в лед и режим воздействия отрицательных температур. Наличие открытых сообщающихся пор сказывается отрицательно на материал. Также на морозостойкость бетона оказывает влияние вид вяжущею, в/ц степень гидратации зерен цемента. Цементы с малой НГ и водопотребностью обеспечивают большую морозостойкость бетона.

Самым слабым при воздействии мороза является СаСО_З^-А1₂О_З, его содержание должно быть min. Морозостойкость повышается при тонкости помола до 5000 см/г, г.к. увеличивается степень гидратации цемента. При большей тонкости помола морозостойкость снижается, т.к. в этом случае возрастает водопотребность, а степень гидратации практически остается постоянной. На морозостойкость оказывает влияние прочность бетона к моменту воздействия мороза. Для класса В 7.5 - В 30 - практическая прочность должна быть не менее 50% от конечной. Для класса В 40- 35%, для класса В50 - 30%.

Н ачиная от В/Ц =0.62 и с уменьшением В/Ц морозостойкость повышается. Чем меньше В/Ц, тем меньше размер капилляров и они больше перекрываются продуктами гидратации. Полностью морозостойкого бетона получить нельзя.

Условие твердения так же оказывает влияние на морозостойкость. Например, твердении в воде или при н.у.,при прочих равных условиях в 1.5- 2 раза повышается морозостойкость.

Расход цемента так же оказывает влияние. При Ц =280 -420 кг/м³ не сказывается отрицательно на морозостойкость, но при расходе цемента меньше или больше этого придела морозостойкость снижается. У бетонов на не свежем цементе морозостойкость ниже, чем на свежезаготовленном.

Усадка во всех случаях отрицательно сказывается на морозостойкость и поэтому применение безусадочных напрягающихся бетонов способствует повышению морозостойкости.

Заполнитель также влияет на морозостойкость. Наилучшие результаты при применении гранитного щебня желательно небольшой крупности и небольшого расхода: Щ=1100- 1150 кг/м³,

Введение комплексных добавок позволяет получить наиболее морозостойкие бетоны.

Разрушается бетон при значительном изменении температуры, даже в области одного знака (-20 пли -50), т.к. лед при разных темпера турах имеет разный коэффициент расширения.

При замораживании водонасыщенного ж/б может нарушаться сцепление арматуры с бетоном. При температуре меньше от -10 до -20 С сталь и бетон претерпевают разные деформации, и происходит разрушение. Нужно применять стальные сечки и каркасы и предохранять от увлажнения.

Б ольшое влияние имеет разница коэффициентов температурного расширения Составляющих бетона. У гранита К_{темп.расш.} = 9,5*10^-6. У цементного камня 3.5*10^-6.

Заполнитель, окруженный цементным камнем. Если такую систему охладить от - 18 до -20 "С, а потом нагреть, заполнитель оказывает давление на цементный камень и в нем появляются внутренние растягивающие напряжения. Если σ_р>R, то появляются трещины, снижается морозостойкость. R/ σ_р >1 - получаем морозостойкий бетон. R предел прочности цементного камня; σ_р - напряжение в цементном камне; R/ σ_р – критерий морозостойкости. Для обеспечения морозостойкости нужно, чтобы у заполнителя и у цементного камня были близкие коэффициенты расширения. На морозостойкость бетона влияет и нагрузка

К ривые 1,2,3 для бетонов с разной прочностью. R_т⁰³ - самая высокая прочность. При нагрузке выше R_т⁰ появляются макротрещины, морозостойкость бетона начинает снижаться. При нагрузке <R_т⁰ материал уплотняется и повышается морозостойкость.

Испытывают бетон на морозостойкость в соответствии с ГОСТ 10060-95. Марка бетона по морозостойкости определяется количеством циклов замораживания и оттаивания по методике ГОСТа, при котором прочность па сжатие снижается не более чем на 5%, а потеря массы для дорожного бетона не более 3%. Марка по морозостойкости для тяжелого бетона F50...F1000, для ячеистого бетона FI5...F100; для легкого бетона на легких заполнителях F35...F500. Морозостойкость ячеистых бетонов повышается с увеличением В/Т при использовании высокомарочных тонкомолотых вяжущих, при увеличении доли цемента в смешанном вяжущем.

Морозостойкость зависит от структуры материала чем больше мелких, замкнутых пор, тем выше морозостойкость.

Морозостойкость можно повысить за счёт введения специальных противоморозных добавок:

-поташ; хлорид Na и Ca; нитритнитрадхлорид Ca;

-нитрид Na; нитритнитрад Ca;