УСКОРЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОРОЗОСТОЙКОСТИ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ

2000 год. Сборник СМиИ, Антонов Е.А., Атаджанов М.М., Добшиц Л.М.

УДК 666.972.53.

Добшиц Л.М. (МИИТ), Антонов Е.А. (АО ЦНИИС),
Атаджанов М.М. (МИИТ)

Одним из основных свойств бетона, во многом определяющим долговечность конструкций и сооружений, является его морозостойкость. В связи с этим необходимость контроля морозостойкости бетонов является насущной задачей.

Существующие методы контроля морозостойкости по действующему в настоящее время ГОСТ 10060-95 не позволяют оперативно контролировать это свой­ство бетонов, в связи с тем, что марки по морозостойкости становятся известными только спустя два — три месяца после того, как бетон уложен в дело и внести коррективы в его состав уже невозможно.

Поэтому очевидна необходимость разработки ускоренных способов прогнозирования и определения морозостойкости, позволяющих в случае необходимости, корректировать состав бетона или технологию его приготовления. Все это позволит не допускать брака при изготовлении бетонных и железобетонных изделий, конст­рукций и сооружений, снизить расходы при их строительстве и ремонте, а также повысить долговечность возводимых объектов.

В МИИТе на кафедре «Строительные материалы и технологии» предложен метод ускоренного определения морозостойкости по критерию морозостойкости Кмрз. Он основан на следующих предпосылках [1,5].

Основной причиной разрушения бетонов при их циклическом попеременном замораживании и оттаивании является фазовый переход поровой жидкости бетонов в твердое агрегатное состояние.

Все поры в бетоне, независимо от их размера, разделяются на две группы: открытые(интегральные) Пи и замкнутые(условно — замкнутые) Пу.з. поры. Открытые поры самостоятельно заполняются жидкостью при её контакте с бетоном. Замкнутые поры при погружении бетона в жидкость не насыщаются влагой и остаются заполнены воздухом или паро-воздушной смесью

При замораживании бетона переход жидкости в твёрдое агрегатное состояние происходит во всех открытых и той части замкнутых порах, которые заполнены жидкостью. Условно-замкнутые поры являются тем «резервом», куда может перемещаться еще не замерзшая часть жидкости под действием давления растущих кристаллов льда при замораживании бетона.

Из изложенных предпосылок следует, что при замораживании бетона приращение объёма жидкой фазы, находящейся в открытых порах, будет составлять величину, равную 0.09Пи (увеличение объема воды при переходе в лед округленно принято равным 9 %). При этом «резервный» объем, в который может перемещаться отжимаемая часть жидкости, равен объему условно — замкнутых пор, свободному от жидкости, т.е. равен Пуз. Таким образом, чем больше величина отношения объема условно-замкнутых пор к приращению объема замерзающей жидкости, т.е. отношение Пу.з./0.09Пи, тем большее число циклов попеременного замораживания и оттаивания может выдержать бетон без разрушения.

На основании изложенного предложен [1,2,5] критерий морозостойкости бетонов Кмрз=Пу.з./0.09Пи. Этот критерий практически линейно связан с числом циклов, выдерживаемых бетоном при попеременном его замораживании и оттаивании. При этом коэффициенты корреляции между морозостойкостью и критерием морозостойкости Кмрз равны 0.95….0.99 при уровне доверительной вероятности 95 % [1,2,3,4,5]. С помощью критерия морозостойкости Кмрз возможно с большой степенью точностью определить морозостойкость как обычных тяжелых бетонов [1,5], так и морозостойкость тяжелых бетонов с противоморозными добавками, набрызгбетонов и ячеистых бетонов [2,3,4].

Метод предусматривает оценку морозостойкости по параметрам структуры затвердевшего бетона по следующей методике.

Для испытаний отбирают образцы исследуемых составов, не имеющих видимых дефектов (отколов, раковин и т.п.). Изготовленные образцы после 28 суток твердения в условиях, аналогичных условиям твердения бетона в конструкциях,ис­следуют по стандартным методикам с целью определения их структурных и меха­нических характеристик: условно замкнутой и открытой (интегральной) пористостей согласно требований ГОСТ 12730 — 78. После определения величин Пу.з. и Пи вычисляют значения критерия морозостойкости Кмрз по формуле

Кмрз=Пу.з./0.09Пи, а затем по номограмме (рисунок) получают значения морозостойкости испытанного бетона.

Ранее были получены результаты по прогнозированию морозостойкости бетонов средних марок (F300…F500), которые показали хорошее совпадение с результатами прямых испытаний [2,7,8,9].

Нами проведены исследования по ускоренному определению морозостойкости данным методом тяжелых бетонов низких и высоких марок по морозостойкости. Они проводились на образцах-кубах размером 100*100*100 мм, изготовленных в лабора­тории ЦЛИТБР в секторе ЦЛК АО «ЦНИИС». Испытаниям подверглись три серии бетонов, изготовленных на кварцевом песке Мансурского карьера с модулем крупности 3,0, щебне Коростенского карьера фракции 5-20 мм и цементе завода АО » Мальцевский » марки 500.

Составы бетонной смеси были следующими:

  • 1 серия — Ц : П : Щ = 1 : 1,93 : 3,07 при В / Ц = 0,48, при расходе цемента 370 кг/ м3;
  • 2 серия — Ц : П : Щ = 1 : 1,5 : 2,27 при В / Ц = 0,37, при расходе цемента 460 кг/ м3;
  • 3 серия — Ц : П : Щ = 1 : 2,25 : 3,6 при В / Ц = 0,6, при расходе цемента 370 кг/ м3;

Бетоны 1 серии и 3 серии содержали добавку С-3 в количесгве 0,6 % и 0,2 % массы цемента соответственно, а бетон 2 серии — в количестве 0,7 % и дополнительно добавку СНВ в количестве 0,005 % массы цемента,

Были проведены определения: параметров поровой структуры бетонов, твердев­ших 28 суток в камере нормального твердения (водопоглощение и пористость), критерия Кмрз и морозостойкости. На основании полученных данных по номограм­ме определяли значения морозостойкости исследованных серий бетонов.

Как видно из рисунка, средние значения морозостойкости бетонов исследо­ванных составов, определенных по величине критерия морозостойкости Кмрз, в пересчете на число циклов по первому базовому способу ГОСТ 10060 — 95, равны:

  • 1-я серия — F 575;
  • 2-я серия — F 950;
  • 3-я серия F 270.

Испытания бетонов указанных составов, твердевших в аналогичных условиях, по второму методу ГОСТ 10060.2-95 (замораживанием при -50°С и оттаиванием в 5%-ном водном растворе хлористого натрия) дало следующие результаты: образцы 1-ой серии выдержали менее 30 циклов, 2-ой серии- более 40 циклов, а 3-ей се­рии — менее 7 циклов. В пересчете на первый базовый метод морозостойкость бетонов 1-ой серии составил F 500…F 800, 2-ой серии F 1000…F 1200, а 3-ей серии F200..F300.

Из приводимых данных следует, что разница в результатах, полученных при испытании по методу МИИТа и по второму методу ГОСТ 10060.2-95, состав­ляет 4.1…8.0 %, что позволяет сделать вывод о совпадении результатов, получен­ных двумя независимыми методами.

При определении морозостойкости бетонов по критерию морозостойкости время испытаний составляет от 7 до 10 суток, а трудоёмкость намного меньше, чем по второму методу ГОСТа 10060.2-95. Это дает возможность оперативно вносить коррективы в состав и технологию приготовления бетона, что позволяет исключить появления брака и получать бетоны заданной морозостойкости.

Выводы.

  1. Метод ускоренного определения морозостойкости может быть использован при получении результатов как для низко морозостойких, так и для высоко морозостойких бетонов.
  2. Предлагаемый метод позволяет учитывать влияние, оказываемое на морозостойкость бетона вводимыми пластифицирующими и воздухововлекающими добавками.
  3. Разработанный метод позволяет получать результаты, совпадающие с результатами определения морозостойкости по ГОСТ 10060.2-95, и отказаться от проведения длительных дорогостоящих испытаний.

Библиографический список

  1. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. О связи критерия морозостойкости с реальной морозостойкостью бетонов. //Бетон и железобетон. — 1981. — № 1. — С.19-20.
  2. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Ускоренное определение морозостойкости набрызг-бетона тоннельных отделок//Межвуз. сб. научн. тр. ТашИИТа. — Вып. 187/34. — 1984. — С.32-35,
  3. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М., Баранов А.Т. Критерии морозостойкости ячеистых бе­тонов автоклавного твердения./Бетон и железобетон. — 1986. — № 5.  — С.31-32.
  4. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Морозостойкость бетонов с противоморозными добавками. //Межвуз. сб. научн. тр. МИИТа. Вып.784. — 1986. — С.5-9.
  5. Шейкин А.Е., Добшиц Л.М. Цементные бетоны высокой морозостойкости. — Л.:Стройиздат, — 1989, — С.127.
  6. Добшиц Л.М. Бетоны повышенной долговечности для транспортных сооружений//Юбилейный сб. научн. тр. МИИТа. — Вып.902. – 1997, — С.83-86.
  7. Добшиц Л.М. Бетоны с некоторыми противоморозными добавками для транспортных сооружений //Дисс. канд. техн. наук.- М.: МИИТ, 1981.
  8. Горчаков Г.И, Алимов Л.А., Воронин В.В., Акимов А.В. Зависимость морозостойкости бетона от их структуры и температурных деформаций// Бетон и железобетон. — 1972. -№ 10. — С.7-10.
  9. Бутт Ю.М., Колбасов В. М., Берлин Л.Е. Исследование влияния структуры цементного камня на морозостойкость //Бетон и железобетон. – 1972, — №1, — С.21-23.