Испытание бетона на морозостойкость

Испытание бетона на морозостойкость

Общие понятия

На морозостойкость бетонного монолита большое влияние оказывает степень и скорость насыщения пор водой. Неравномерная пропитка влагой при быстром охлаждении может вызвать появление очагов концентрации влаги в искусственном камне, что, в свою очередь, скажется на понижении морозоустойчивости и возникновении критических состояний.

Хорошую сопротивляемость воздействию отрицательных температур обеспечивает малая пористость бетона и присутствие в растворе специальных присадок. Пренебрежение профилактическими мерами ведет к сокращению эксплуатационных сроков и ухудшению надежности конструктивных элементов строений.

Морозостойкость бетона – это, прежде всего, способность камня сохранять внешнюю форму без видимых признаков разрушения и внутреннюю структуру при многократных циклах замораживания/оттаивания материала, находящегося в водонасыщенном состоянии. Марка бетона по морозостойкости обозначается литерой «F» и цифрой, указывающей, сколько раз образец смог выдержать повторяющуюся процедуру в процессе испытаний, пока на нем не появились:

  • трещины;
  • шелушения ребер;
  • сколы.

Полученные цифры всегда округляют в меньшую сторону до ближайшего граничного показателя. Нормативами предусматривается диапазон марок по морозостойкости от F25 до F1000, но используется их в гражданском строительстве гораздо меньше. Из таблицы видно, каким образом производится группировка.

Методы испытаний

Что такое морозостойкость бетона, четко прописывается в нормативной документации. Там же даются разъяснения по способам и условиям испытаний. Лабораторных методов определения морозостойкости бетона всего два:

  • базовый – предусматривает многократное повторение цикла замораживание/размораживания;
  • ускоренный – допускает сокращение повторяющегося процесса в несколько раз.

В зависимости от условий, в которых проводятся испытания, каждый из способов подразделяется на два вида, хотя в общей сложности считается, что их три. Базовый метод подразумевает замораживание бетонного образца на воздухе при температуре минус 18 градусов, в оттаивание – при +20-ти. Разница состоит в среде насыщения бетона:

  • в первом случае используется вода – способ подходит для всех видов бетонных конструкций. Исключением являются дорожные покрытия, укладываемые на автотрассах и взлетных полосах;
  • во втором случае применяется пятипроцентный раствор хлорида натрия – вариант предназначен для автодорог и аэродромных покрытий, а также для бетонов, подвергающихся воздействию минерализованной среды.

При ускоренном методе образцы пропитывают водным раствором хлорида натрия. Для легких бетонов данный способ не используется. Оттаивание бетона производится при температуре +20 градусов, а режим замораживания зависит от подвида ускоренного способа испытания:

  • при втором – температуру снижают до минус 18 градусов, что бывает вполне достаточным для исследуемых бетонов, не укладываемых на автотрассах и в аэропортах;
  • при третьем – образцы подвергают замораживанию при минус 50-ти. Такие испытания допускается проводить для большинства видов плотных бетонов.

Все температурные режимы имеют допуск два градуса в обе стороны.

Если при испытании базовыми и ускоренными методами получаются разные результаты, то за основу принимают базовые, считающиеся наиболее приближенными к действительным показателям. Важно, чтобы образцы имели форму куба со стандартным размером ребра (100 или 150мм), а бетон успел достичь проектного возраста. При проверке старых конструкций, в обязательном порядке указывается хотя бы примерный период, в течение которого эксплуатировался искусственный камень. И еще – испытательное оборудование, а также измерительные приборы и приспособления должны иметь соответствующую сертификацию.

Процесс испытаний проходит следующим образом. Вначале образцы насыщают простой водой или хлоридно-натриевым раствором. Для этого кубики на треть погружают в жидкую среду и оставляют их на сутки. Потом воду или раствор доливают до уровня 2/3 от высоты образцов и вновь выдерживают сутки. Далее исследуемые камни затворяют водой полностью, но с учетом того, чтобы над их верхним срезом образовывался слой воды толщиной более 2см. После выдержки в течение 48 часов, приступают к испытаниям материала.

Сам процесс детально описывается в нормативных документах и технологических картах. Но для всех методов требования ГОСТ остаются едиными:

  • в течение 24 часов проводится не менее одного цикла замораживания/размораживания;
  • температурный режим в период вынужденных «простоев» поддерживается в минусовом диапазоне – ниже десяти градусов. Для хранения образцов, находящихся в процессе исследования, используются морозильные камеры или холодильные ящики;
  • бетонные кубики, диагностируемые по первому или второму варианту, в момент ожидания дальнейших процедур накрывают влажными тряпичными салфетками, а проверяемые по третьему методу – остаются в водном хлоридно-натриевом растворе.

Базовые методы

При первом способе замораживание проводят на воздухе, а оттаивание – в водной среде. После извлечения из емкости, насыщенные влагой бетонные кубики вначале обтирают и взвешивают, а затем сжимают под определенной нагрузкой. Результаты фиксируют в специальном журнале. Туда же вносят данные, полученные при расчетах. Испытания на морозостойкость проводят сразу с несколькими образцами.

Подготовленные к замораживанию бетонные кубики помещают в морозильную камеру.

Через время их вынимают и оттаивают в воде. Затем цикл повторяют вновь и вновь, но после определенного количества замораживаний/оттаиваний выясняют прочность исследуемых элементов на сжатие.

По таблицам ГОСТ определяют:

  • время, требуемое на замораживание и оттаивание;
  • рабочие температуры;
  • число циклов.

При появлении малейших трещин и сколов, испытания сразу же прекращают за ненадобностью.

Второй метод предусматривает замораживание пропитанных хлоридно-натриевым раствором образцов посредством воздействия на них холодного воздуха. Оттаивание бетона производится в растворе того же хлорида натрия, который полностью меняют после каждых ста рабочих циклов. Алгоритм испытаний ничем не отличается от ранее приведенного. Обработка результатов производятся по указанным в нормативе формулам.

Методы определения морозостойкости

Данный показатель очень важный, поэтому его обязательно нужно учитывать при строительстве. Низкие значения постепенно приводят к уменьшению несущих способностей и увеличению поверхностного износа.

Согласно ГОСТ 10060.0-95 различают 11 марок, имеющих градацию от F50 до F1000. В данном стандарте описаны два основных и два ускоренных метода.

Они предполагают испытание бетона на морозостойкость путем изучения эксплуатационных характеристик при многократном замораживании и оттаивании в воде либо соляном растворе. Результат обуславливается следующими критериями:

  • Температурой заморозки.
  • Уровнем насыщенности влагой.
  • Размером контрольного образца.
  • Длительности цикла.

Устойчивость бетонного раствора судится по числу циклов, при которых он не претерпевает значительных разрушений, то есть потеря массы составляет порядка 5%, а прочность — 75%.

Исследование бетона в лаборатории должно показать его поведение на практике, быть ускоренным и полностью соответствовать воздействию внешних факторов. Однако в данном случае существует большая вероятность утраты достоверности результата. Например, при лабораторных испытаниях стройматериал может разрушаться, а в природных условиях он проявляет приемлемую надежность.

Основное отличие искусственно созданных и естественных условий заключается в темпах высушивания. Реальные объекты подвергаются действию высоких температур в течение жаркого периода, а в лаборатории образцы насыщают водой. Поэтому во втором случае бетон разрушается значительно быстрее.

Опытные строители называют несколько подручных методов, как определить морозостойкость бетона:

1. Внешний вид. Трещины с одинаковыми зазубренными краями, неоднородность и крупнозернистость строения, присутствие пятен бурого цвета на поверхности, давние изломы, поверхностное шелушение, расслаивание, наличие рыхлых включений говорит о пониженных значениях данного показателя.

2. Степень водопоглощения, составляющая 5 – 6 % показывает, что в материале есть трещины и указывает на низкие значения рассматриваемого признака.

3. Высушивание насыщенного влагой бетона на солнце или плитке. Растрескивание говорит о неустойчивости к атмосферным воздействиям и неморозостойкости. Это косвенный показатель.

4. Ускоренный способ – 10 кусков материала по 100 г помещают на сутки в серно-кислый натрий, вынимают и высушивают в течение 4 ч при 100 °C, охлаждают и опять погружают в раствор. Эти манипуляции повторяют пять раз, после чего образцы осматривают на наличие внешних повреждений. Если таковых не обнаружено, то они считаются морозостойкими.

Классификация

Марка и класс бетона по морозостойкости обозначают буквой F и согласно стандартам бывают от 25 до 1000. Цифра обозначает количество циклов замораживания и оттаивания.

Приведенная таблица содержит информацию о группах морозостойкости, эксплуатировании зданий:

Группа морозостойкости Обозначение Примечание
Низкая менее F50 Не находит широкого использования.
Умеренная F50 – F150 Морозостойкость и водонепроницаемость бетона этой группы имеет оптимальные показатели. Такие смеси встречаются наиболее часто.
Повышенная F150 – F300 Морозостойкость бетонной смеси фундамента в этом диапазоне дает возможность эксплуатировать здания в достаточно суровых условиях.
Высокая F300 – F500 Такие растворы требуются в особых случаях, например, при эксплуатации с переменным уровнем влаги.
Особо высокая более F500 Бетон морозостойкий получается впрыскиванием особых добавок. Применяется при сооружении конструкций на века.

Повышение морозостойкости

Показатель зависит от наличия, количества, размера и расположения макропор в его структуре, качественного состава цементного компонента, прочности на растяжение. В связи с этим выделяют пути его повышения:

1. Понижение макропористости. Добавки в бетон для морозостойкости, незагрязненные заполнители, создание особых температурно-влажностных условий затвердевания, уплотнение, замораживание помогают уменьшить водопотребность и снизить расход воды.

2. Изменение характера пористости.

В состав вводят добавки, повышающие морозостойкость (воздухововлекающие). Они создают мелкие резервные поры, которые заполняются только под давлением замерзающей воды.

3. Использование для затвердения смеси различных цементов.

Российский рынок добавок представлен отечественными и зарубежными производителями:

Производитель Цена, рубли
Mapei (Италия) 2 800 руб./10 л
Schomburg (Германия) 8 750 за 25 кг
Isomat (Греция) 400 руб./1 кг
Basf (Россия) 65 руб./1 м3
Биотех (Россия) 40 руб./1 кг
Полипласт (Россия) 1 500 за 25 кг

Бетонные образцы изготовляют и отбирают по пп. 4.5–4.10ГОСТ 10060.0.

Контрольные и основные образцы насыщают водой по 4.11 ГОСТ 10060.0.

Контрольные образцы через 2–4 ч после извлечения из ванны испыты­вают на сжатие по ГОСТ 10180.

Основные образцы загружают в морозильную камеру в контейнере или устанавливают на сетчатый стеллаж камеры таким образом, чтобы расстоя­ние между образцами, стенками контейнеров и вышележащими стеллажами было не менее 50 мм.

Началом замораживания считают момент установле­ния в камере температуры минус 16 °С.

Число циклов переменного замораживания и оттаивания, после кото­рых должно проводиться испытание прочности на сжатие образцов бетона после промежуточных и итоговых испытаний, устанавливают в соответст­вии с табл. 3 ГОСТ 10060.0. В каждом возрасте испытывают по шесть основных образцов.

Образцы испытывают по режиму, указанному
в табл. 5.6.

Образцы после замораживания оттаивают в ванне с водой при темпера­туре (18 ± 2) °С. В ванне образцы должны быть погружены в воду таким об­разом, чтобы над верхней гранью был слой воды не менее 50 мм.

Таблица 5.6

Форма записи испытаний образцов на морозостойкость

Размер образца, мм Режим испытаний
Замораживание Оттаивание
Время, не менее, ч Температура, °С Время, ч Температура, °С
100´100´100 2,5 минус 18 ± 2 2 ± 0,5 18 ± 2
150´150´150 3,5 3,0 ± 0,5
200´200´200 5,5 5,0 ± 0,5

Примечание: минимальную продолжительность замораживания увеличивают для легких бетонов со средней плотностью D1500–D1200 на 0,5 ч, со средней плотностью D1200–D1000 на 1,0 ч, со средней плотностью D900 и менее – на 1,5 ч.

Температуру воздуха в морозильной камере измеряют в центре ее объ­ема в непосредственной близости от образцов.

Воду в ванне для оттаивания образцов меняют через каждые 100 цик­лов переменного замораживания
и оттаивания.

Основные образцы через 2–4 ч после извлечения из ванны испытыва­ют на сжатие по ГОСТ 10180.

Марку бетона по морозостойкости принимают такой, при которой зна­чение прочности на сжатие основных образцов после установленных (см. таб­л. 3 ГОСТ 10060.0) для данной марки числа циклов переменного замора­живания и оттаивания уменьшилось не более чем на 5 % по сравнению со средней прочностью на сжатие контрольных образцов.

Уменьшение прочности на сжатие основных образцов по сравнению со средней прочностью контрольных образцов легкого бетона с маркой по мо­розостойкости F50 и менее не должно превышать 15 % при условии выпол­нения требований 4.14 ГОСТ 10060.0.


Если уменьшение среднего значения прочности основных образцов по­сле промежуточных испытаний по сравнению со средним значением проч­ности на сжатие контрольных образцов бетона превышает 3 %, то испыта­ние прекращают, и в журнале испытаний делают запись, что бетон не соот­ветствует требуемой марке по морозостойкости.

Среднюю прочность бетона серии контрольных и основных образцов определяют по ГОСТ 10180.

Краткое содержание главы

Ошибки, допущенные при разработке расчетных схем, при проектиро­вании и строительстве, могут привести к авариям.

Строгой классификации причин и характера разрушений строительных конструкций при аварий зданий и сооружений до настоящего времени еще не создано. Но можно выделить следующие объективные обстоятельства, приводящие к разрушению: недостаточное знание условий действительной работы рассматриваемого объекта; ошибки,
допущенные в процессе проек­тирования и в определении величин действующих нагрузок; несовершенст­во изготовления и монтажа объекта; неправильные условия эксплуатации.

Исследовате­ли отмечают, что 59 % аварий произошло в период строительства, 41 % – в период эксплуатации, а 26–28 % аварий происходит по причине ошибок проектировщиков. Следует отметить, что почти половина аварий металли­ческих конструкций связана с потерей местной и общей устойчивости. Ана­лиз аварий и катастроф – это, к сожалению, очень дорогостоящий процесс фикса­ции ошибок, допущенных на различных стадиях разработки и возведения строительных объектов.

Испытания строительных материалов, конструкций, зданий и сооруже­ний являются одним из наиболее объективных и надежных видов контроля их качества.

Каждый материал, конструкция, здание и сооружение имеет опреде­ленные этапы становления; а именно: разработка продукции, проектирование, разра­ботка и освоение технологии изготовления, изготовление и эксплуатация. Каждый этап сопровождается определенным видом испытаний, подтверж­дающих принятые гипотезы, методы расчета, технологические приемы и т.д.

Испытания проводят специализированные испытательные центры, ак­кредитованные Госстроем России, при обязательном присутствии разработ­чиков данного продукта.

В строительной области, учитывая специфику производства продукции (строительства объекта), наряду с вышеприведенной классификацией ис­пользуется также классификация испытаний по видам контроля качест­ва продукции на различных этапах производства.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *