Морозостойкость и водонепроницаемость бетона: Морозостойкость и водонепроницаемость бетона. Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости. Добавки в бетон для водонепроницаемости

Морозостойкость и водонепроницаемость бетона. Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости. Добавки в бетон для водонепроницаемости

Несмотря на разнообразие современных строительных материалов, бетон продолжает сохранять лидирующие позиции среди конкурирующих вариантов, так как обладает такими важными характеристиками, как прочность, надежность и долговечность. Он является неотъемлемой составляющей растворов для создания фундаментов, кладки стен, штукатурки и прочих строительных операций.

Водонепроницаемость бетона, равно как и его способность противостоять суровым погодным условиям, являются основными качествами, обеспечивающими продолжительный срок службы готовых изделий. Именно эти критерии являются основными при выборе марки данного строительного материала.

Бетон, морозостойкость и водонепроницаемость которого находятся на высоком уровне, является залогом качества и отличных эксплуатационных показателей любой конструкции. Под данными свойствами подразумевается способность бетонных изделий противостоять негативному воздействию таких природных явлений, как влага, вода и отрицательные температуры.

В настоящее время существуют различные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости, отличающиеся качеством, ценой и технологическими возможностями. Такая классификация помогает подобрать оптимально подходящий материал для создания конструкций, предназначенных для эксплуатации в тех или иных условиях.

В зависимости от степени водонепроницаемости, бетон подразделяется на десять основных марок (ГОСТ 26633). Они обозначаются латинской литерой W с определенным цифровым значением, указывающим на максимальное водяное давление, которое выдерживает тестовый бетонный образец цилиндрической формы высотой 15 см в ходе специальных испытаний.

Определение водонепроницаемости бетона осуществляется по прямым и косвенным показателям его взаимодействия с водой. Прямыми показателями являются марка бетона и его коэффициент фильтрации, а косвенные – это показатели водоцементного отношения и водопоглощения по массе.

В частной и коммерческой строительной практике, чтобы узнать водонепроницаемость бетона, обращают внимание на его марку, а остальные критерии имеют значение в основном при производстве этого стройматериала.

Характерные особенности марок бетона по показателям водонепроницаемости

При выборе необходимой марки бетона для выполнения определенного вида строительных работ руководствуются цифровыми индексами, стоящими после буквы W, характеризующими степень взаимодействия материала с влагой и водой. Так, например, самая низкая водонепроницаемость бетона и, следовательно, невысокое качество у марки W2. Растворы на этой основе категорически не рекомендуется использовать в средах даже с незначительным уровнем влажности.

Нормальная степень водопроницаемости у бетона марки W4. Это означает, что данный состав обладает способностью поглощать нормальное количество воды, поэтому его использование возможно лишь при условии обеспечения хорошей гидроизоляции.
На следующей позиции в шкале качества стоит марка W6, которая характеризуется пониженной водопроницаемостью. Этот бетон относится к составам среднего качества и невысокой ценовой категории, чем и обусловлена популярность его применения в строительстве.

Бетон марки W8 обладает низкой проницаемостью, так как поглощает влагу в количестве всего около 4,2% от своей массы. Он является более качественным и дорогостоящим вариантом, по сравнению с маркой W6.

Далее следуют марки бетона с индексами 10, 12, 14, 16, 18 и 20. Чем выше цифровой показатель, тем ниже водопроницаемость материала. Согласно данной классификации, самым водоустойчивым является бетон марки W20, однако используют его не часто из-за довольно высокой цены.

Практическое использование определенных марок бетона по водоустойчивости

Разновидность бетона должна подбираться в зависимости от условий эксплуатации объектов. К примеру, для заливки фундамента вполне подходит марка W8 при условии обустройства дополнительной гидроизоляции. Оштукатуривание стен производится бетонами марок W8-W14. Однако для обустройства достаточно сырых и холодных помещений водонепроницаемость бетона должна быть максимальной, поэтому рекомендуется применять растворы наиболее качественные, а также потребуется дополнительная обработка стен специальными грунтовыми составами.

Для качественной и долговечной внешней отделки стен, заливки приусадебных площадок и дорожек также следует использовать бетоны с максимальными показателями водонепроницаемости, так как эти участки будут систематически подвергаться негативному воздействию внешних погодных факторов.

Добавки в бетон для водонепроницаемости своими руками

Необходимость использования высококлассных бетонных смесей при производстве тех или иных объектов или их элементов очевидна, однако это требует значительных финансовых вложений в связи с высокой стоимостью таких материалов. Но что же делать, если бюджет на строительство ограничен, а нарушение технологического процесса недопустимо? Ответ прост: можно воспользоваться компромиссным вариантом, а именно увеличить водонепроницаемость бетона самостоятельно.

Сегодня существует несколько эффективных способов повышения стойкости бетонных смесей к воздействию воды, но наибольшую популярность завоевали два из них: путем ликвидации усадки бетона и с помощью временного воздействия на бетонный состав.

Ликвидация процесса усадки бетона

Бетоны низких и средних марок являются достаточно пористыми материалами, легко вбирающими в себя влагу. Это негативное свойство усиливается в процессе усадки раствора при застывании. Таким образом, повысить качество и водонепроницаемость бетонной смеси можно путем уменьшения степени ее усадки.

Достичь желаемого результата поможет комплексный подход:

1. Необходимо использовать специальные добавки в бетон для водонепроницаемости. Принцип их действия заключается в том, что при застывании раствора они образуют защитную пленку, препятствующую его усадке. Сегодня на рынке представлены различные добавки в бетон для водонепроницаемости, и хоть задача перед ними стоит одна, все же каждый отдельный вариант обладает своими особенностями, поэтому перед покупкой следует внимательно ознакомиться с инструкцией производителя.
2. Помимо того, что добавляют в бетон для водонепроницаемости специальные присадки, его также рекомендуется поливать водой. Процедура эта выполняется в течение первых четырех дней с интервалом в 4 часа. Далее бетонная конструкция должна высыхать в естественных условиях.
3. При быстром испарении влаги из раствора при застывании также происходит нежелательная усадка. Чтобы замедлить этот процесс, после заливки бетонной конструкции ее необходимо сразу же покрыть специальной пленкой, под которой будет образовываться конденсат, предотвращающий усадку и способствующий повышению прочности бетона. Покрытие располагают таким образом, чтобы оно не касалось заливки. По краям оставляют небольшие зазоры для вентиляции воздуха.

Временное воздействие на бетонный состав

Данный способ заключается в том, чтобы дать сухому раствору «вылежаться» в течение определенного времени. Главным требованием при этом является соблюдение правильных условий хранения. Смесь должна находиться в теплом темном помещении и подвергаться постоянному увлажнению. Таким образом, уже через полгода ее водонепроницаемость сможет повыситься в несколько раз.

Морозостойкость бетона

Под данным показателем подразумевается способность бетонных смесей сохранять свои физико-механические свойства в условиях многократного замораживания и оттаивания. Эта характеристика играет приоритетную роль при выборе бетонов для строительства мостовых опор, аэродромных и дорожных покрытий, гидротехнических сооружений, зданий и прочих объектов, эксплуатируемых в средних и северных широтах.

Определение морозостойкости бетона осуществляется путем лабораторных испытаний с применением двух способов: базового и ускоренного. Если результаты исследований расходятся, окончательным вариантом будут считаться данные, полученные с помощью базового метода.

Исследование стойкости бетона к воздействию низких температур

Испытания проводят с использованием основных и контрольных образцов, которые производят из бетона различных марок по водонепроницаемости для серийного тестирования. Контрольные бетонные заготовки служат для определения их прочности при сжатии. Данная процедура проводится перед испытаниями основных образцов, которые будут подвергаться попеременному замораживанию и оттаиванию в разных режимах водонасыщения, которые имеют место в естественных природно-климатических условиях.

Например:

• при наличии максимально высокого уровня грунтовых вод;
• при сезонных оттаиваниях вечной мерзлоты;
• при воздействии атмосферных осадков;
• при полном отсутствии периодического водонасыщения, когда бетон надежно защищен от грунтовых вод и осадков.

Классификация уровня морозостойкости бетона по маркам

Согласно последней редакции ГОСТ, марки бетона по морозостойкости обозначаются латинской буквой F. Данная величина характеризует максимальное количество циклов замораживания/оттаивания, выдерживаемых образцами определенного проектного возраста с учетом снижения предела прочности и уменьшения массы материала на его величину, предусмотренную нормами действующих стандартов.

Для определения уровня морозостойкости бетона используются цифровые показатели от 25 до 1000. Чем больше данное значение, тем выше качество и надежность материала.

Правила выбора бетонных смесей

Выбор необходимой марки бетонных смесей по морозостойким свойствам должен осуществляться с учетом климатических особенностей местности, а также количества циклов промерзания и оттаивания в течение холодного периода года. Следует учесть, что наибольшей морозостойкостью обладают бетоны с высокими показателями плотности.

Морозостойкость и водонепроницаемость бетона — БЕТОНКОМПЛЕКТ

Морозостойкость и водонепроницаемость бетона — БЕТОНКОМПЛЕКТ

Спасибо за Ваше сообщение. Оно успешно отправлено.

Бетон — популярный строительный материал. К числу важнейших характеристик относится его устойчивость к действию влажности и низких температур — от них зависит надежность и долговечность возводимой конструкции.

Поверхность бетонных плит способна сопротивляться проникновению воды: материал незаменим при строительстве подземных и гидротехнических сооружений, мостов.

Водонепроницаемость бетона

Водонепроницаемость обозначается буквой «W». Показатель отражает внешнее давление воды, при котором она начинает проникать внутрь через поры в стройматериале. Технический стандарт, действующий в нашей стране, определяет для водонепроницаемости диапазон W2–W20. Для большей части зданий и промсооружений, которые возводят в нашей стране, показатель не превышает W6.

Существуют разные способы повышения водонепроницаемости — прежде всего за счет уменьшения пористости поверхностного слоя. Добиться этого можно, используя меньшее количество воды при приготовлении бетонной смеси либо внося в нее специальные добавки. Также предотвратить проникновение влаги в тело бетонной конструкции позволяет качественная внешняя гидроизоляция. Так, для повышения водонепроницаемости применяют лаки и краски, полимерные пропитки, а также битумные расплавы.

Морозостойкость бетона

Морозостойкость — это способность бетона выдерживать циклы заморозки/оттаивания при сохранении первоначальных технических параметров.

При классификации марок бетона морозостойкость обозначают буквой «F» с числом от 50 до 1000. Обладающие максимальной морозостойкостью бетонные и железобетонные конструкции связаны с трудозатратным производством, поэтому используются редко. В массовом строительстве в умеренных климатических зонах такой материал почти не применяют.

В соответствии с ГОСТ 10060-2012 выделяют 5 классов материала по морозостойкости:

• F50 — исключительно для внутренних помещений;
• до F150 — для строительства жилых зданий в областях с умеренным и теплым климатом;
• F150–300 — для различных зданий и сооружений, в т.ч. бассейнов, в регионах с морозными зимами и промерзающей почвой;
• F300–500 — для строительства в северных районах, характеризующихся глубоким промерзанием почв;
• F500–1000 — для стратегически важных сооружений.

Характеристики влагостойкости и морозоустойчивости тесно взаимосвязаны. Таким образом, улучшив стойкость к воздействию влажности, можно повысить и устойчивость к замерзанию. Для приготовления морозостойких марок бетона используют особо мелкие фракции наполнителей и специальные воздухововлекающие добавки — это позволяет предотвратить соединение пор внутри материала.

2020 Бетонкомплект

Требования к бетонным и железобетонным конструкциям СП 28.13330.2017

Марки бетона по водонепроницаемости и морозостойкости: таблица

На рынке стройматериалов постоянно появляются новые материалы, но при укладке крепкого фундамента бетон по-прежнему остается лидером. Бетон пользуется спросом благодаря основным техническим свойствам – прочность, морозостойкость, водонепроницаемость. Ссылаясь на эти характеристики, производители выпускают разные марки, их легко подобрать под определенные эксплуатационные условия.

Читайте также:Какой щебень нужен для бетона

Каким бетон бывает по прочности

Показатели прочности фиксируются при сжатии, ГОСТ устанавливает виды бетона от М50 до М800.  Особенно ходовыми признаны составы от М100 до М500 включительно. Главное их отличие – в плотности заполнителей. Чем больше нагрузка, тем мощнее должен быть материал. Самые легкие смеси М50, М75, М100 используют редко – для строительства отмостки. Для ж/д конструкций или стяжки напольных покрытий применяют бетон марки М200. Невероятно прочным считается М550.

Читайте также: Какой марки бетон нужен для ленточного фундамента

Также на прочность виляет соотношение цемента, песка и щебня – чем больше цементной составляющей, тем большую нагрузку выдерживает масса. Специалисты для правильного определения класса бетона применяют такую формулу:

Класс бетона = (Марка × 0,787) / 10.

Полученное значение сопоставляют с прочностью. Например, если класс приравнивается 3,5, то средняя прочность класса материала близится к 46, ближайшая марка бетона – М50.

Еще один важный фактор, влияющий на класс, – однородность свойств, которую определяют по образцам, затвердевшим при одинаковых условиях за конкретный промежуток времени. Значения прочности всегда варьируются и в положительную, и в отрицательную сторону. Прочность бетона зависит от следующих факторов:

• качество цемента, который выпускает производитель;
• качество заполняющих компонентов;
• точность в объеме каждой составляющей;
• соответствие технологии при заготовке бетона.

Марки бетона по морозостойкости

Если постройка эксплуатируется в средних и северных широтах России, на эксплуатационные особенности сильно влияет морозостойкость материала. Это не что иное, как способность кладки сохранять свои характеристики в условиях попеременного замораживания и, наоборот, размораживания. Большое внимание специалисты уделяют этому свойству когда планируется возводить мостовые опоры, сооружать гидротехнические конструкции и обустраивать аэродомные покрытия.

Морозостойкость определяет буква F, она бывает от F25 до F1000. Важна эта характеристика или нет, строители решают исходя из климатических особенностей, с учетом холодного сезона года. Самыми морозостойкими остаются самые мощные и плотные бетоны высоких марок.

Характеристики водонепроницаемости

Кроме того, что хороший бетон выдерживает разные температуры, он также не пропускает жидкость, которая поступает под давлением. Марок по водонепроницаемости целый ряд – от W2 до W12. Застывшие образцы испытывают путем мокрого пятна, при этом образец отличается открытой торцевой плоскостью диаметром от 130 мм и более. Давление воды повышают постепенно.

В своей работе проектировщики обращают внимание на 2 свойства водостойкости:

• какое давление воды выдерживает образец по максимуму;
• показатель фильтрации бетонного образца – объем воды, проникающей через единицу сечения за единицу временного отрезка, если при этом в качестве градиента принято соотношение напора в метраж водяного столба к толщине сооружения в метрах и этот показатель обязательно равен 1.

Если строительство требует особенный водонепроницаемый бетон, лучше взять гидротехнический материал. В замесе применяют портландцемент и его разновидности, например, пластифицированный вид или шлакопортландцемент. Заполнители должны быть высококачественными и плотными, а величина зерна песка достигать 5 мм и более. Крупные заполнители представляют собой гравий или щебень, а иногда – их умелое сочетание в нужных пропорциях.

В таблице ниже можно посмотреть, какие марки бетона соответствуют высокому уровню водонепроницаемости. Для удобства также включены марки по морозостойкости.

Бетон для создания прочного фундамента

Бетон чаще всего применяют для закладки прочного основания под конструкцию, если материал выбран правильно, сооружение простоит не один десяток лет. Специалисты рекомендуют выбирать для разных типов строений такие марки материала:

1. Если строение предполагает сборно-щитовую структуру, бетон следует закупать формата М200, для деревянного дома или парной идеальный вариант – М250.
2. Если строительство предполагает участие керамзитобетонных и газосиликатных блоков, лучше закупить М300.
3. Кирпичная кладка и железобетонные стеновые панели требуют более мощного основания – М 350.

Также учитывайте характер грунта, на котором осуществляется строительство:

• если почва скалистая или песчаная, не стоит покупать самый крепкий бетон, полагайтесь на проектную нагрузку сооружения;
• высокие марки М500 предназначены для возведения монолитных домов в несколько этажей на глинистых и суглинистых почвах.

Если планируется обустройство подвала, марку следует выбирать на порядок выше.

описание и характеристики по ГОСТ

Способность бетона и ж/б к сопротивлению влаге под определенным давлением считается одной из главных характеристик и учитывается при подборе марки наряду с классом прочности и морозостойкостью. Водонепроницаемость прямо и косвенно влияет на их надежность и сроки службы, максимальные требования выдвигаются к наружным и подземным конструкциям – фундаментам зданий, опорам мостов, подвалам, колодцам, фасадам, эксплуатируемым кровлям. Нужное значение закладывается на стадии проектирования или планирования строительных работ.

Оглавление:

1. Технические параметры бетонов
2. Выбор раствора для фундамента
3. Как улучшить показатель водонепроницаемости?

Определение характеристики, факторы влияния

Данный показатель отражает максимально выдерживаемое давление воды цилиндрическим образцом высотой в 15 см при прочих стандартных условиях. На практике это означает, что бетон с водостойкостью W2 не пропускает воду при 0,2 МПа или 2 атм, W4 – при 0,4 и так далее. Марка W4 соответствует строительным требованиям для конструкций с нормальной проницаемостью, но при повышении давления (например, при поднятии грунтовых вод к подошве фундамента) внутрь них начинает накапливаться влага, что недопустимо.

Существует прямая связь между этой характеристикой, классом прочности и морозостойкостью, соответствие отражено в таблице ниже:

Согласно требованиям ГОСТ 26633 при возведении строительных конструкций используются бетонные растворы от W2 до W20. Из них смеси до W4 включительно подходят для заливки объектов с нормальной проницаемостью (условное обозначение – Н), до W6 – пониженной (П), от W8 до W20 – особо низкой (О). Помимо самого прямого показателя, отражающего водостойкость, маркировка учитывает другие дополнительные характеристики: коэффициент фильтрации, водопоглощение по массе и водоцементное соотношение. Взаимосвязь между ними отражена в таблице:

Показатели бетона по морозостойкости и водонепроницаемости зависят от плотности его структуры, на формирование которой оказывает комплексное воздействие ряд факторов:

• Качество уплотнения смесей при заливке и выравнивании, образование крупных пустот и неравномерное распределение компонентов недопустимо.
• Состав. Помимо выдержки заданных пропорций водонепроницаемость искусственного камня зависит от наличия или отсутствия воздухововлекающих добавок и соотношения вяжущего и воды.
• Параметры внешней среды на основных этапах гидратации цемента: температура, влажность воздуха, другие условия, влияющие на скорость испарения жидкости.
• Проведения правильного армирования. При отсутствии каркаса или недостаточном сечении его прутьев увеличивается усадка конструкции, что в свою очередь приводит к образованию крупных капилляров и ухудшению ее водостойкости.

Выбор раствора для фундамента

Основание зданий подвергается интенсивным влажностным нагрузкам (атмосферным и грунтовым), с учетом незаменимости этой конструкции используются бетоны с низкой маркой по водонепроницаемости. Это касается и W2 и W4, их применение для заливки фундаментов и наружных стен ограничено и требует принятия ряда дорогостоящих гидроизоляционным мер. Покупка дорогих сортов при возведении ленточных или плитных систем должна быть оправданной, во избежание лишних трат заранее учитываются все факторы: геологические условия участка, весовые нагрузки, уровень осадков и климат региона.

Минимально допустимая марка бетона для заливки фундамента составляет:

• W4 – для каркасных и временных построек;
• W4 и W6 – для деревянных малоэтажных домов при ведении строительства на устойчивых и подвижных грунтах соответственно;
• W6 – под коттедж из пеноблоков, W8 – из конструкционного газобетона;
• W8 – при закладке оснований любого типа под здание из кирпича или камня.

Оптимальной в плане «цена-результат» для фундаментов и подвалов считается смесь W8, что соответствует классу по прочности В25 (М350). На практике приобретение этого сорта позволяет себе не каждый владелец будущего дома, что приводит к необходимости усиления водостойкости искусственным путем. Также следует помнить, что применение бетона с высокой маркой водонепроницаемости не означает отказа от защиты от грунтовой влаги или осадков, исключение делается лишь при ведении строительства на сухих участках с низким УГВ.

Еще одним учитываемым фактором является вид работ. На практике смеси W2 и W4 довольно востребованы при подготовке подушки под ленточный фундамент или участков под столбчатый. При обустройстве армируемых железом конструкций рекомендуемый минимум составляет W6. При сооружении основания помимо выбора марки важно исключить все риски проникновения воды. Эта разновидность заливается единым монолитом, без дефектов, на участках сопряжения предусматривается защита швов.

Способы улучшения водонепроницаемости бетона

Условно все мероприятия по защите искусственного камня от влаги разделяют на первичные (контроль за составом и этапами гидратации, обработка грунтами глубокого проникновения и другие процессы, влияющие непосредственно на структуру материала) и вторичные, направленные на создание барьера между поверхностью фундамента или наружных стен и внешней средой. Максимальный эффект достигается при соблюдении их в комплексе, включая стадии приготовления бетонной смеси, ее укладки и уплотнения, обеспечения нужных условий схватывания и гидроизоляцию. Свои нюансы есть в каждом случае.

На этапе замеса важно придерживаться правильного соотношения В/Ц. Вода является обязательным условием гидратации цемента, но в химические реакции вступает только 60 % от ее общей доли. На практике это означает, что чем меньше будет жидкости в растворе, тем выше его качество (но не ниже установленного нормами минимума). Избыток приводит к образованию крупных пор, проникновение в них воды – лишь вопрос времени. Низкое В/Ц соотношение уменьшает подвижность бетона, что также чревато ухудшением его структуры и водонепроницаемости.

Правильным решением является использование точных заданных пропорций воды и цемента и ввод специальных добавок при высоких требованиях к подвижности (при обычных достаточно уплотнения).

Вещества, снижающие водопотребность строительных составов, имеют разную химическую основу. К ним относят водорастворимые сульфаты алюминия и железа, смеси натриевых солей, кремнийорганические соединения, поликарбоксилатные эфиры и смолы. Критерием эффективности добавок служит степень снижения водопотребности, большинство из них позволяют уменьшить ее как минимум вдвое. Но их ввод требует осторожности из-за побочных действий и влияния на рабочие характеристики.

Большинство строителей для обеспечения хорошей водостойкости бетона выбирают превентивные меры, а именно – качественное уплотнение и уход. На этапе приготовления обязательно задействуются бетоносмесители, раствор не перемешивают слишком долго и расходуют незамедлительно, без разбавления водой и повторного включения оборудования. Выгонку воздуха проводят при заливке слоя не более 20 см с помощью вибраторов или подручных средств. После этого монолит фундамента или стяжка накрываются пленкой и поливается водой в течение первых 5-7 дней. Нужная водостойкость достигается при создании искусственной среды – с влажностью воздуха от 60 % и выше и температурой около 20 °C (но не ниже +5).

При необходимости повышения водонепроницаемости уже эксплуатируемого или затвердевшего основания выбирается обработка гидроизоляционными составами проникающего или пленочного типа. При их подборе учитывается скорость высыхания, способ нанесения, устойчивость к вымыванию, стоимость и степень усиления защиты. Лучшие результаты достигаются при использовании многокомпонентных полимерных грунтовок и пенетрирующих составов, усиливающих водонепроницаемость фундаментов здания и наружных стен в несколько раз.

Морозостойкость бетона: маркировка, повышение показателей

Морозостойкость бетона позволяет материалу сохранять эксплуатационные характеристики после повторного замораживания с последующим оттаиванием и не утрачивать физико-химических свойств.

Такое качество должно быть у смесей, которые применяют при возведении фундамента, укреплении тяжелых конструкций и др. Низкий показатель снижает несущие способности, ускоряет износ поверхности.

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.

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.

Для определения морозостойкости бетона обращают внимание на внешний вид и состояние раствора:

• 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.

Можно определить данный показатель ускоренным методом. Для этого образец помещают на 1 сутки в раствор сульфата натрия. После этого его просушивают в течение 4 часов при +100°С. Повторяют манипуляцию 5 раз, трещин на образце быть не должно. На этом испытание бетона на морозостойкость считается законченным.

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

Повышение морозоустойчивости бетона

Учитывая, что на большинстве территорий России климат суровый, вопрос, как повысить морозостойкость бетона, является злободневным. На данный показатель влияют:

• количество и размеры пор в структуре;
• состав цемента;
• прочность на растяжение.

Зная, от чего зависит устойчивость к морозу, повысить качество можно с помощью нескольких методов:

1. Уменьшения количества влаги в смеси, использования незагрязненных наполнителей или специальных добавок.
2. Уменьшения макропористости. Это требует создания условий для быстрого затвердевания раствора и использования добавок, уменьшающих потребность в количестве влаги.
3. Применения заморозки смеси в позднем возрасте.
4. Изоляции для предотвращения воздействия негативных условий (с помощью красок и пропиток, повышающих срок эксплуатации изделий из бетона).
5. Применения химических присадок (растворы соляной, угольной, азотной кислот). Они способствуют увеличению числа мелких пор, в которые вода попасть не может.

Работа со структурой

Чтобы увеличить значение морозостойкости, можно повлиять на структуру. Для достижения эффекта пользуются несколькими способами:

1. Замораживают конструкцию после полного отвердевания на четвертой неделе. Это приводит к тому, что уменьшается количество пор в результате исчезновения пузырьков воздуха.
2. Тщательно утрамбовывают раствор в процессе укладки. Рабочая масса при этом уплотняется, избавляясь от воздуха.
3. Сокращают количество воды при замешивании раствора. Чтобы получить нужный эффект, необходимо использовать заполнители, в которых отсутствуют загрязнения и пыль.

При соблюдении технологии приготовления и укладки раствора он обязательно уплотняется: воздушные пузырьки и поры в тяжелом бетоне отсутствуют. С помощью несложных способов удается получить наибольшую устойчивость материала к замораживанию и последующему оттаиванию.

Гидроизоляция

С целью повышения устойчивости бетона к морозу гидроизоляцию не используют. Однако защита конструкции от доступа воды повышает устойчивость материала к перепадам температур. Материал в сухом виде легче переносит сильные морозы, его эксплуатационные свойства страдают меньше.

Вода является главным разрушителем бетона в результате замораживания: превратившись в лед, она изнутри нарушает структуру. Удалив источник влаги, можно предотвратить дальнейшее разрушение конструкции.

Гидроизоляция выполняется несколькими способами:

1. Наиболее простой считается рулонная. На поверхности (вертикальные или горизонтальные) настилают полотна, произведенные на основе битума. Все швы обрабатывают горелкой или мастикой.
2. Проникающая — позволяет укрепить поверхность конструкции и уплотнить ее для предупреждения проникновения воды.
3. Обмазочную нередко используют вместе с рулонной, т. к. в качестве самостоятельного метода защиты она не является долговечной.

Присадки

Класс бетона по морозостойкости можно существенно увеличить за счет применения пластифицирующих добавок. Назначение у них разное:

1. Специальные, повышающие морозоустойчивость. Их принцип действия основан на изменении структуры пор до наименьших
2. Комплексные используют с целью улучшения сразу нескольких свойств продукта: водонепроницаемости, плотности, устойчивости к перепадам температур.
3. Для предотвращения попадания в структуру материала воды и разрушительного воздействия на конструкцию применяют гидрофобизаторы.

Для повышения класса бетона по данному показателю используют следующие присадки:

1. Ускоряющие процесс затвердевания, способствующие быстрому уплотнению структуры (нитрат натрия, нитрат кальция). Влияют на время, которое требуется раствору для схватывания. Позволяют ускорить возведение конструкций за счет снижения времени затвердевания.
2. Замедляющие отвердевание, позволяющие воздушным пузырькам выйти (мочевина).
3. Универсальные (суперпластификатор С3, состоящий из смеси солей натрия и полиметиленнафталинсульфокислот). Влияют на подвижность бетона, оказывая воздействие на водонепроницаемость и прочность. Уменьшают расход цемента.
4. Модификаторы — способны существенно повышать показатели прочности. Одновременно увеличивают устойчивость к коррозии и действию низких температур.
5. Комплексные добавки, повышающие прочность, плотность, морозостойкость (лигносульфаты). Вместе с тем оказывают влияние на несколько эксплуатационных характеристик: могут снижать расход воды, увеличивать устойчивость к коррозии и морозу, замедлять процесс затвердевания.

Присадки с наличием хлорида уменьшают устойчивость арматуры к действию коррозии, но добавки, в основе которых имеется нитрит натрия, задерживают этот процесс.

Сопротивление замораживанию и оттаиванию нормальных и высокопрочных бетонов, изготовленных из летучей золы и микрокремнезема

Это исследование основано на определении сопротивления замораживанию-оттаиванию воздухововлекающих и не воздухововлекающих смесей бетона нормальной прочности (NC) и высокой прочности. прочный бетон (HSC), произведенный из летучей золы и микрокремнезема в соответствии с масштабированием поверхности. Процедура позволяет нам измерить количество отложений на единицу площади поверхности из-за ряда четко определенных циклов замораживания и оттаивания в присутствии противообледенительной соли.Потеря веса, образование отложений на поверхности, поглощение влаги и внутреннее повреждение измеряли после 0 и после каждого 4-го цикла замораживания-оттаивания.
Результаты испытаний показали, что сопротивление замораживанию-оттаиванию напрямую зависит от прочности бетона на сжатие. Пары кремнезема значительно снизили сопротивление бетона нормальной прочности против замораживания-оттаивания без пластификатора. Покрытие поверхности кварцевого бетона без добавок было на 22% выше, чем у стандартного нормального бетона.

1. Введение

Бетон — один из наиболее широко используемых строительных материалов для различных конструкций, таких как здания, дома, плотины, дороги и мосты. Характеристики бетона обычно основываются на конструкции смеси, свойствах материала в смеси, условиях отверждения и условиях окружающей среды в течение срока службы конструкции. Важнейшей проблемой прочности бетона в условиях холодного климата является эффект замораживания-оттаивания. В частности, дамбы, поверхности настилов мостов и бетонные дорожные покрытия с широко открытыми поверхностями подвержены риску заморозков в холодном климате.Это условие может вызвать замерзание воды внутри капиллярной пористой структуры бетона с 9% -ным объемным расширением. Растрескивание и скалывание бетона — наиболее частые повреждения, вызываемые расширением матрицы цементного теста под действием циклов замораживания-оттаивания [1].

Было предложено несколько теорий для объяснения этого типа повреждений, таких как гидравлическое давление [2], осмотическое давление [3] и модель микроледяной линзы [4], которые являются наиболее важными. Ущерб от мороза в основном изучается в лабораторных условиях с помощью ускоренных циклов замораживания-оттаивания.Степень повреждений, вызванных повторяющимися циклами замораживания-оттаивания, колеблется от скалывания поверхности до полного разрушения по мере образования слоев льда, начиная с открытой поверхности бетона и простираясь внутрь под поверхностью. Тем не менее, повреждение из-за воздействия мороза может быть уменьшено либо за счет уменьшения объема капиллярных пор в бетоне за счет использования более низкого отношения воды к цементу, либо за счет применения подходящей добавки [5]. Jin et al. [6] пришел к выводу, что фрактальная размерность распределения воздушных пустот по размеру имеет более значительное влияние на сопротивление замораживанию-оттаиванию бетона, чем расстояние между воздушными пустотами.Воздушные пустоты в бетоне можно уменьшить, используя мелкие пуццолановые добавки, такие как микрокремнезем, летучая зола и измельченный гранулированный доменный шлак. Меньший размер капиллярных пор в бетоне, содержащем микрокремнезем, снижает общее количество замерзающей воды. Однако количество углерода, содержащегося в микрокремнеземе и летучей золе, может вызвать проблемы со стабилизацией воздушных пустот в бетонах с воздухововлекающими добавками [7]. Исследователи исследовали морозостойкость бетонов, содержащих разную долю кремнезема по массе цемента.Результаты этих исследований показали, что используемые бетоны на основе кварцевого стекла имеют более высокую морозостойкость, чем традиционные бетонные смеси. Также водоцементное соотношение смесей от 0,35 до 0,45 оказывает положительное влияние на образование отложений на поверхности образцов, подвергнутых циклам замораживания-оттаивания [8–10].

Летучая зола — еще одна широко используемая минеральная добавка для бетона. Тем не менее, эта добавка может оказывать негативное воздействие на затвердевшие бетоны с воздухововлекающими добавками при воздействии замораживания-оттаивания [11–13], как это происходит с дымом кварца.В качестве основного качественного параметра летучей золы, определяющего морозостойкость бетона с минеральной добавкой, указано количество потерь при прокаливании. Исследователи изучали влияние потерь на возгорание и содержание летучей золы на снижение прочности после замораживания и оттаивания. Полученные результаты однозначно подтверждают отрицательное влияние высоких потерь на возгорание в золе на морозостойкость бетона с их добавкой [14]. Некоторые исследователи также доказали, что зола-унос не сильно влияет на устойчивость бетона к замерзанию и оттаиванию [15, 16].Кроме того, холодные погодные условия ограничивают процентное содержание летучей золы, которая может использоваться в бетоне из-за потенциального замедления схватывания и медленного развития прочности, особенно при воздействии высоких уровней противообледенительной соли [17, 18]. Целью данного исследования является определение влияния летучей золы и микрокремнезема на морозостойкость бетонов различной прочности и содержания воздуха. Капиллярное отсасывание антиобледенительного раствора и метод замораживания-оттаивания (CDF) (тест) используются для определения поверхностного отложения образцов [5].

2. Материалы и методы

2.1. Материалы

Сырье бетонных смесей поступало из разных источников. Цемент типа CEM I 42.5R был получен на цементном заводе CIMSA в Эскишехире (Турция) в соответствии с нормами TS EN 197-1 [19]. Летучая зола и микрокремнезем использовались в качестве минерала для дополнительного вяжущего материала. Летучая зола, использованная в данном исследовании, поступала с Ятаганской ТЭЦ в районе Муглы. Использование летучей золы в бетоне делает его менее проницаемым, чем обычный бетон.Еще одна минеральная добавка кремнеземная пыль была получена на заводе ETI Electrometallurgy в Анталии. Пары кремнезема — это промышленные отходы, которые можно использовать в качестве минеральной добавки для производства высококачественного бетона. Средняя крупность микрокремнезема (~ 200000 см ² / г) примерно в 100 раз выше, чем тонкость обычного портландцемента. Эта более высокая крупность помогает заполнить микропоры в затвердевшем бетоне. Это делает бетон непроницаемым, но мы знаем, что микрокремнезем увеличивает пластическую усадку и потребность бетона в воде.Пластическая усадка вызывает микротрещины и снижает долговечность [20]. Химический состав этих связующих приведен в Таблице 1.

Заполнитель — это гранулированный материал, такой как песок, гравий, щебень, доменный шлак и легкие, которые обычно занимают от 60 до 75% объема бетона.В данном исследовании щебень был поставлен бетонным заводом Cimsa в регионе Эскишехир, Турция. Агрегатные свойства существенно влияют на удобоукладываемость пластичного бетона, а также на долговечность, прочность, термические свойства и плотность затвердевшего бетона. По этой причине для адекватной градации бетонных смесей использовались три типа заполнителей (0–5, 5–15 и 15–22 мм). Воздухововлекающий агент и суперпластификатор, используемые в бетонных смесях, были получены от SIKA Turkey, названного Sika AER и Sikament RCM 310 соответственно.Бетонные смеси изготавливались на водопроводной воде Эскишехир.

2.2. Метод

Были изготовлены образцы бетона: нормальный бетон (NC), высокопрочный бетон (HSC), кварцевый бетон (SFC) и бетон из летучей золы (FAC). Кроме того, эти бетоны были изготовлены с воздухововлекающими добавками, чтобы определить влияние воздухововлекающих материалов на эффект замораживания-оттаивания. Перед бетонным смешанным дизайном градация и физические свойства заполнителей определяются с помощью ситового анализа, испытаний на удельный вес и водопоглощение.Использовались микрокремнезем и летучая зола с заменой цемента в минерально-бетонных смесях 15% по весу. Использование микрокремнезема более 15% может увеличить потребность бетонной смеси в воде. По этой причине оптимальное соотношение минеральных добавок было выбрано 15%. Состав смеси безвоздушных бетонов можно увидеть в Таблице 2. Суперпластификатор используется только в смеси HSC для 1,5% от массы цемента. Воздухововлекающий агент использовался в количестве 0,15% от веса цемента в образцах воздухововлекающего бетона.

Стойкость к замораживанию-оттаиванию образцов бетона, определенная в соответствии с методом капиллярного всасывания, внутренних повреждений и замораживания-оттаивания (CIF) (испытание).Тест CIF основан на тесте CDF, в котором были определены точные данные для масштабирования, которые дополняют этот тест [21, 22]. В этом методе высокая скорость замораживания более выражена при внутреннем повреждении, чем при масштабировании, и при масштабном повреждении; низкая скорость замораживания более разрушительна по сравнению с высокой скоростью замораживания [23]. Процедура испытания состоит из трех этапов: сухое хранение, предварительное насыщение капиллярным отсосом и циклы замораживания-оттаивания. Процедура испытания начинается сразу после периода отверждения [5].Для теста требуется четыре куба диаметром 150 мм. В течение первых суток после заливки кубики хранятся в формах и защищаются от высыхания полиэтиленовым листом. Через 24 ч кубики вынимают из форм и помещают в водяную баню с температурой () ° C. По истечении периода отверждения образцы необходимо герметизировать на их боковых поверхностях. Герметизация алюминиевой фольгой с бутилкаучуком; бутилкаучук плотно наклеивается на боковые поверхности с нахлестом 20 мм. Необходимо обеспечить прочное соединение.

После сухого хранения образцы помещают в контейнеры для испытаний на распорки высотой 5 или 10 мм так, чтобы испытуемая поверхность находилась внизу. Тестирование замораживания-оттаивания — это циклическая атака. Образцы подвергаются циклу замораживания-оттаивания в термостате с контролируемой температурой (рис. 1).

Температура охлаждающей и нагревательной бани регулируется с помощью соответствующего устройства. Для этого используется автоматическая испытательная машина Schleibinger CDF / CIF для замораживания-оттаивания, чтобы применять соответствующие температурные циклы.Типичное изменение температуры 12-часового цикла замораживания-оттаивания показано на рисунке 2. Температурный цикл отслеживается в контрольной точке. Допускается постоянный временной сдвиг между тестовыми контейнерами. Параметры повреждения измеряются при температуре выше 15 ° C (заштрихованная область на рисунке 2). Машина производит замораживание и оттаивание в течение 14 дней (28 циклов). Ультразвуковая водяная баня используется для получения герметичного материала с поверхности бетонных образцов, которые подвергаются циклам замораживания-оттаивания.

Механические свойства бетонных образцов определяют с помощью прибора для испытания на одноосное сострадание на образцах кубической формы 150 мм. Поверхностная твердость бетонных образцов определяется с помощью испытательной установки Schmidt Hammer. Качество образцов затвердевшего бетона также контролируется с помощью ультразвуковой импульсной машины для измерения скорости. Этот тест может дать представление о жесткости, компактности и внутреннем повреждении материала из-за передачи ультразвуковых волн внутри твердого материала.

3. Экспериментальное исследование

3.1. Испытание на прочность при сжатии

Прочность на сжатие является основным важным свойством для определения качества бетона. Прочностная способность бетона в основном зависит от свойств ингредиентов смеси, водоцементного отношения, пористости и условий твердения. Изготовленные как воздухововлекающие, так и не воздухововлекающие смеси бетонные смеси высокой и нормальной прочности были подвергнуты испытанию на прочность при сжатии в возрасте 3, 7 и 28 дней.Результаты испытаний на прочность на сжатие представлены на рисунке 3.

Результаты испытаний на прочность в раннем возрасте за 3 дня показали, что образец HSC достиг значения прочности на сжатие 69 МПа с эффектом более низкого водоцементного отношения (0,3), более высокого цемента и Дозировка микрокремнезема с пластификатором в смеси. Показатель прочности за 28 суток с воздухововлекающим агентом HSC снизился со 120 МПа до 88,90 МПа. На значения серийной прочности бетона NC, SFC и FAC также влияет воздухововлечение внутри бетона.Значения прочности использованных образцов кремнезема без пластификатора ниже, чем у образцов FAC, использованных в зольной пыли. Несмотря на это, при использовании большого количества микрокремнезема, смесь HSC с более низким водоцементным соотношением и пластификатором (Таблица 2) показала самую высокую прочность на сжатие. Эта разница вызвана поглощением воды из свежей бетонной смеси более мелкими частицами микрокремнезема в непластифицирующем агенте, используемом в смеси SFC. Снижение прочности можно объяснить снижением технологичности и неправильным уплотнением свежей смеси SFC с более высокой пористостью.Однако сферические частицы летучей золы повысили удобоукладываемость и компактность образцов FAC без какого-либо пластификатора.

3.2. Испытание молотком Шмидта

Испытание молотком Шмидта включает в себя удар по бетону на месте с помощью штифта с пружинным приводом с определенной энергией, а затем измеряется отскок. Отскок зависит от твердости поверхности бетона и измеряется испытательным оборудованием. Ссылаясь на некоторые таблицы преобразования, результат испытания на отскок можно использовать для определения прочности бетона на сжатие.Результаты испытаний образцов бетона молотком Шмидта приведены на рисунке 4.

Согласно результатам испытаний твердость поверхности образцов бетона увеличивалась по мере старения образцов. Числа отскока показали такое же поведение по сравнению с результатами испытаний на прочность на сжатие. Образец HSC достиг 47 подборов за 28 дней. Однако при использовании воздухововлекающего агента в бетоне для каждой смеси наблюдалось небольшое снижение. Самые низкие значения были получены для смесей SFC в раннем возрасте.

3.3. Ультразвуковой тест на скорость импульса

Ультразвуковые методы обычно используются для анализа пористой структуры и механической прочности бетона, а также для обнаружения внутренних дефектов (пустот, трещин, расслоений и т. Д.) [24]. Механическое поведение и определение внутренних повреждений после испытания на замораживание-оттаивание были определены с помощью этой процедуры испытания. Результаты испытаний образцов бетона перед испытанием на замораживание-оттаивание можно увидеть на Рисунке 5. Результаты испытаний показали, что SF более эффективен для смеси HSC с более низким соотношением в / ц и пластификатором.Хорошо известно, что микрокремнезем начинает способствовать развитию прочности уже через 3 дня после смешивания, тогда как летучей золе требуется более 14–150 дней, чтобы внести какой-либо значительный вклад в развитие прочности [25]. Однако смесь SFC не содержит пластифицирующего агента. Таким образом, неправильное уплотнение и захваченный воздух вызвали увеличение пористости с уменьшением значений скорости ультразвукового импульса для этого типа образца. Воздухововлечение во всех образцах бетона влияет на снижение скорости ультразвуковых импульсов.Этот факт зависит от повышенного содержания воздуха в этих смесях, что также привело к увеличению пористости.

3.4. Тесты на замораживание и оттаивание

Измерения выполняются в начале теста на замораживание-оттаивание (0 циклов замораживания-оттаивания) и после каждого 4-го или, по крайней мере, каждого 6-го цикла замораживания-оттаивания и, кроме того, в соответствии с согласованным критерием. Накипь на поверхности, поглощение влаги и внутренние повреждения следует определять в соответствии с процедурой испытания. Каждые 4 цикла образцы подвергаются обработке в ультразвуковой ванне для удаления неплотно приставшего накипи с испытательной поверхности.Раствор ванны также фильтруется фильтровальной бумагой для сбора отложений. После определения окалины на поверхности образец для испытаний кладут на стальную пластину для сбора дополнительного окалины. В этом методе также учитываются свойства поглощения влаги и внутреннего повреждения [22]. Последовательность шагов теста показана на рисунке 6.

3.4.1. Результаты масштабирования поверхности

Раствор, содержащий накипь, фильтруют. Масса фильтра, содержащего высушенный накипь, равна 0.Точность 01 г. Масса пустого фильтра определяется до фильтрации с такой же точностью. Затем определяется масса материала с отложениями: Общее количество материала с отложениями, относящееся к испытательной поверхности после th цикла, должно быть вычислено для каждого интервала измерения и каждого образца: где — общая масса материала с отложениями, относящегося к испытательной поверхности после каждый интервал измерения, г / м ² . — масса измеряемого материала на каждом интервале измерения в граммах с точностью до 0.01 г. — площадь испытательной поверхности, м ² . Он рассчитывается исходя из линейных размеров.

Отложения с поверхности образца после 28 циклов замораживания-оттаивания в 3% растворе NaCl для различных типов бетонов можно увидеть на Рисунке 7. Согласно результатам испытаний CDF, наименьшее масштабирование поверхности было получено на образце HSC. Этот результат можно объяснить более высокой прочностью на сжатие, более низким соотношением вода / цемент и содержанием микрокремнезема с пластификатором.Хорошо известно, что бетон содержит различные типы пустот. Повреждение от замораживания-оттаивания происходит при замерзании воды внутри капиллярных пор бетона. Вода внутри пор геля не оказывает значительного влияния на это повреждение, поскольку вода в порах геля может замерзнуть при температуре ниже -75 ° C. Капиллярные поры в смеси HSC заполнены очень мелкими частицами микрочастиц кремнезема, поэтому диаметр и количество капиллярных пор уменьшаются. Несмотря на это, смесь SFC с более высоким водоцементным отношением и без пластификатора вызвала снижение морозостойкости.Это явление может зависеть от увеличения пористости образцов под действием снижения обрабатываемости.

Образец обычного бетона, использованный в зольной пыли, показал лучшие характеристики, чем другие обычные бетонные смеси. Влияние летучей золы на морозостойкость бетона было изучено Michta. Для достижения устойчивости бетона из золы-уноса к солям, стойкости к замерзанию и борьбе с обледенением, требуется не только воздухововлечение, но и соответствующее минимальное значение воды / связующего = 0,38. Однако бетоны с w / b = 0.45 показали отсутствие морозостойкости с помощью антиобледенения [14]. В соответствии с рисунком 7 у использованной летучей золы (FAC) безвоздушные и воздухововлекающие результаты масштабирования поверхности образцов бетона ниже, чем у нормальных образцов бетона, на 12% и 12,5% соответственно. Отношение вода / связующее в приготовленной смеси FAC составляло 0,40 и показало аналогичные результаты масштабирования с упомянутым исследованием.

Пустые воздушные пустоты, образованные воздухововлекающей добавкой, образуют резервуар для воды, чтобы выйти из нее при замерзании, тем самым снижая разрушающие напряжения [7].Благоприятный эффект воздухововлечения в образце NC можно ясно увидеть на рисунке 8. Воздухововлекающий агент снизил образование отложений на поверхности смесей NC, FAC и SFC на 15, 16 и 11% соответственно.

(а) До
(б) После
(а) До
(б) После

3.4.2. Результаты поглощения влаги

После удаления отложений с испытательной поверхности образцы помещают вертикально на впитывающую поверхность (лабораторное полотенце), чтобы вода стекала с испытательной поверхности.Относительное увеличение массы каждого образца после th цикла рассчитывается следующим образом: где — поглощение влаги массой каждого образца после th цикла, и — масса всего взвешенного материала в каждом интервале измерения, в граммах с точностью до 0,01 г. — контрольная масса каждого образца без герметизирующей массы после предварительного хранения, г. — масса каждого образца, включая уплотнительную массу, до начала повторного насыщения, в граммах. — масса каждого образца в каждом интервале, г.

Результаты поглощения влаги приведены на Рисунке 9.Результаты испытаний показали поведение, аналогичное результатам испытаний на масштабирование поверхности. Увеличение капиллярных пор привело к увеличению значений влагопоглощения образцов SFC. Этот эффект можно объяснить отсутствием адекватного уплотнения смесей SFC без пластификатора. Уменьшенная пористость HSC с более низким соотношением вода / цемент и микрокремнезем привели к снижению поглощения влаги этими образцами.

3.4.3. Внутреннее повреждение

Внутреннее повреждение — это ухудшение внутренней структуры бетона, которое приводит к изменению свойств бетона.Внутреннее повреждение бетонных образцов определяли по методике RILEM TC 176 [22]. Динамический модуль упругости был рассчитан в соответствии с определением времени прохождения ультразвуком. Как определено в методе CIF, критерий повреждения ниже 80%. Система измерения времени прохождения ультразвука на образце бетона показана на рисунке 10.

Относительный динамический модуль упругости (

.

Как действуют воздухововлекающие добавки? ПАВ при производстве бетона

Например, введение в бетонную смесь яичного порошка или бычьей крови ускорило связывание цемента и повысило прочность готового бетона. В Древнем Риме вулканический пепел также был популярной добавкой к бетону.

В настоящее время цементный бетон (так называемый «искусственный камень») создается путем смешивания цемента, подходящего заполнителя и воды.Контакт цемента с водой вызывает гидратацию, в результате чего выделяется тепло. Это приводит к связыванию бетонной смеси, в которой присутствуют плотно упакованные продукты гидратации, такие как гидратированные силикаты кальция и гидратированные алюминаты кальция.

Что влияет на прочность бетона?

Параметры готового бетона и элементов из бетона зависят от многих факторов. Что касается его прочности, очень важны тип используемого цемента, тип и качество заполнителя, а также соотношение воды / цемента (вода / цемент).Также крайне важно правильно подобрать добавки и добавки , влияющие на удобоукладываемость, водонепроницаемость и морозостойкость готового бетона. Перепады температур в осенне-зимний период приводят к тому, что структура элементов из бетона может быть ослаблена в результате многократного замерзания и оттаивания воды, находящейся в его порах. Сопровождающее эти явления изменение объема воды вызывает трещины в бетонных элементах, что может привести к серьезным повреждениям.Наиболее эффективными способами повышения стойкости бетона к повторяющимся циклам замораживания и оттаивания являются надлежащий уход , а также обеспечение надлежащего воздухововлечения . Здесь особенно важны количество, форма и размер пор в его структуре.

Добавки воздухововлекающие для бетона

Последний из упомянутых методов — правильная аэрация бетона — основан прежде всего на использовании современных химических добавок . Это продукты, которые в небольших количествах добавляют в бетонные смеси.Основная группа ингредиентов, используемых при их производстве, — это поверхностно-активные вещества. Введение подходящих поверхностно-активных веществ в бетонную смесь приводит к образованию мелких и стабильных пузырьков воздуха. Когда свежая смесь начинает затвердевать, пузырьки в ней минерализуются и становятся ее неотъемлемой частью. Таким образом, внутри бетонной конструкции создается дополнительное пространство, внутри которого расширяется ледяная вода. Это предотвращает повышение внутреннего давления, которое вызывает образование трещин при низких температурах. Равномерное распределение пор с воздухом по всему объему бетона повышает его морозостойкость. Наличие пузырьков воздуха в бетонной смеси также улучшает ее удобоукладываемость. Пузырьки действуют как подшипники, которые увеличивают пластичность без изменения соотношения воды / цемента (вода / цемент). Пузырьки воздуха также уменьшают трение, возникающее на этапе подачи бетона.

При производстве воздухововлекающих добавок можно использовать анионных и амфотерных поверхностно-активных веществ , а также неионных поверхностно-активных веществ .Среди анионных добавок наиболее важными являются лаурилсульфатов, и солей лаурилового эфира сульфата. Использование солей алкилбензолсульфоната , например натриевая соль в форме ABSNa также обеспечивает высокую производительность при образовании мелких и стабильных пузырьков воздуха. В свою очередь, введение в бетонную смесь этоксилированных спиртов с дополнительными смачивающими свойствами позволит стабилизировать образующиеся пузырьки. Амфотерные добавки, в том числе амидобетаины , представляют собой так называемые вспомогательные поверхностно-активные вещества , которые поддерживают воздухововлечение бетона, а также стабилизируют долговечность пузырьков воздуха.

Изобретение бетона в древности создало много новых возможностей для архитектуры, благодаря которым были созданы такие здания, как Пантеон и Колизей, которые сохранились до наших дней. Сегодня знания об этом строительном материале намного шире, а постоянная оптимизация технологии производства бетона и разработка новых видов добавок позволяют создавать с его помощью все более прочные и более сложные формы и элементы. Более того, развитие строительной индустрии благодаря разработке облицовочного бетона позволяет не только создавать прочные конструктивные элементы, но и придает новостройкам оригинальный внешний вид и интересный дизайн.

.

Использование вторичной кристаллизации и золы-уноса в гидроизоляционных материалах для повышения устойчивости бетона к агрессивным газам и жидкостям

В этом документе описывается использование гидроизоляционной стяжки на основе цемента и гидроизоляционного покрытия, в котором 10% первоначального количества цемента было заменено на зола-унос и 2% добавки для кристаллизации добавлялись от веса цемента в качестве средства защиты бетона от агрессивных сред. Модифицированные материалы были нанесены на подстилающий бетон и подверглись испытаниям физико-механических свойств после воздействия агрессивных сред на срок до 18 месяцев.Результаты анализа показали, что после нанесения гидроизоляционных материалов в нижележащем бетоне наблюдается достаточное развитие кристаллов для повышения его прочности. Таким образом, можно функционально и эффективно использовать летучую золу в полимерцементных системах в качестве замены цемента вместе с добавкой для кристаллизации.

1. Введение

Бетон, вероятно, является наиболее часто используемым строительным материалом из-за его универсальности [1].К сожалению, долговечность не является внутренним свойством бетона, и в некоторых случаях бетон нуждается в защите от агрессивной окружающей среды. Агрессивная среда может быть вызвана химическими и физическими атаками [2, 3]. Бетон — это многокомпонентный композит, содержащий цементный герметик, в котором значительно больше пор и капилляров, чем в плотных заполнителях. По этой причине он гораздо более подвержен физическому и химическому разложению. Основным фактором, который вносит основной вклад в процессы деградации, является вода.Он может быть в жидкой форме, в виде пара или любых растворенных веществ. Он может за счет диффузии, капиллярности и ионного обмена проникать в бетон через систему открытых и взаимосвязанных капиллярных пор и мешать цементному герметику. Мехта и Монтейро [4] и Кумар и Бхаттачарджи [5] обнаружили, что диаметр капиллярных пор составляет от 10 нм до сотен микрон. Капиллярный поток определяется следующим образом: где Q : объемный расход (м ³ · с ⁻¹ ), π : число Людольфа (3.1415…), p _t : давление воздуха в капилляре (Па), t : время (с), η : динамическая вязкость (Па · с), r : радиус капилляр (м) и л : длина капилляра (м).

Из уравнения (1) очевидно, что радиус капилляра в четвертой степени является критическим фактором потока, и поэтому целесообразно уменьшить диаметр капилляра, чтобы замедлить скорость деградации. Воздействие на цементный герметик агрессивных газов, выделяемых промышленными процессами, двигателями внутреннего сгорания, живыми организмами и т. Д., обусловлено влажностью наряду с наиболее распространенными агрессивными газами, такими как CO ₂ , SO ₂ , NO ₂ , HCl, H ₂ S, HF, NH ₃ и Cl ₂ .

При разбавлении кислых газообразных эксгалянтов водой образуются разбавленные растворы неорганических кислот, которые вступают в реакцию с компонентами цементного герметика, особенно с Ca (OH) ₂ [6]. Продукты коррозии цементного теста занимают больший объем, тем самым нарушая когезию затвердевшего цементного теста, что приводит к снижению pH и растрескиванию.Эти трещины, следовательно, способствуют ускоренной коррозии стальной арматуры из-за более быстрого снижения pH [7, 8].

Основными факторами, которые имеют наибольшее влияние на оценку агрессивных газовых сред, являются следующие: (i) Концентрация газа в воздухе (ii) Относительная влажность воздуха (iii) Температура (iv) Активность более агрессивных агентов при том же time

Агрессивные воды содержат растворенные кислые газы и различные соли в различных концентрациях. Эммонс и Эммонс [9] заявили, что в зависимости от природы продуктов коррозии различают три типа деградации: Тип I: разложение, связанное с действием водной среды с низким содержанием солей и преимущественно нейтральной реакцией Тип II: разложение под воздействием очень агрессивных сред, таких как кислоты, щелочи, некоторые соли, такие как хлорид натрия или магния Тип III: разложение из-за проникновения жидкой среды в поры, которые образуют нерастворимое кристаллическое соединение большего объема с поровой жидкостью или цементом герметик

Брумфилд [10] упоминает, что одним из вариантов защиты от коррозионных сред является покрытие бетона, которое может уменьшить или предотвратить попадание воды и агрессивных веществ в его структуру.Такая отделка обычно используется для защиты бетона от вредного воздействия этих агрессивных веществ. Один из таких широко используемых методов называется вторичной защитой. При проектировании самой вторичной защиты необходимо учитывать степень агрессивности окружающей среды, тип основания и правильный выбор материала для защиты. Одной из подгрупп гидроизоляции и обработки поверхностей являются полимерцементные гидроизоляционные покрытия и стяжки. Они представляют собой проверенную, доступную и экологически приемлемую альтернативу традиционной гидроизоляции на основе асфальта или полимеров.Гибкие полимерные цементирующие герметики существуют в виде двухкомпонентных систем с жидким полимерным компонентом, в основном на основе стирол-акрилатной дисперсии, цементного связующего и подходящего сухого наполнителя. Альтернативно, эти системы составлены на основе полимерных редиспергируемых порошков, которые позволяют формировать однокомпонентные системы, которые только смешиваются с водой перед обработкой [11].

Стяжки и выравнивающие составы, часто на основе этиленвинилацетата, используются для выравнивания и выравнивания обычных бетонных оснований (монолиты и сборные конструкции), цементных стяжек или переполняемых растворов для восстановления железобетона.Эти ремонтные растворы на цементной основе представляют собой очень подходящее и экономичное решение для защиты бетона, поскольку они имеют очень похожие свойства, что и бетон, что обеспечивает их взаимную совместимость; кроме того, такие материалы частично проницаемы для водяного пара, что позволяет высыхать бетону. Непроницаемые полимерные покрытия задерживают влагу в пористой цементной основе, вызывая дополнительные повреждения бетона в циклах замерзания и оттаивания. Цель состоит в том, чтобы получить достаточно гладкую и ровную поверхность с функцией гидроизоляции, которая послужит окончательной обработкой или подходящей основой под систему покрытия.Современные технологии позволяют использовать выравнивающие и разглаживающие стяжки, которые можно наносить слоями от менее 1 мм до 5 мм. В то же время возможно изготовление материала с гидроизоляционной функцией даже с очень малой толщиной нанесенного слоя с помощью подходящих составов и использования герметизирующих материалов.

Вяжущие и полимерные компоненты этих материалов увеличивают их стоимость, и по этой причине предпринимаются попытки найти способы снижения содержания вяжущего.Одна из этих попыток — частичная замена цемента отходами или вторичным сырьем, например, порошковой летучей золой или шлаком. Включение такого вторичного сырья дает дополнительное преимущество в виде снижения воздействия на окружающую среду, связанного с проблемами размещения отходов и производства CO ₂ во время обжига клинкера. Использование летучей золы в качестве частичной замены цемента также способствует увеличению долговечности цементных композитов, поскольку летучая зола способна к пуццолановой реакции с гидроксидом кальция, что приводит к дополнительным гидратам силиката кальция (CSH) и гидратам силиката кальция и алюминия. (НАЛИЧНЫЕ).Они дополнительно вызывают измельчение и снижение проницаемости пористой структуры цементной матрицы, поскольку пуццолановая реакция протекает медленнее, чем гидратация цемента, как показано в исследованиях Moffatt et al. [12] и Feng et al. [13].

Еще одним эффективным средством защиты и повышения долговечности цементных композитов являются поверхностные покрытия [14]. Pan et al. [15] описали множество преимуществ и недостатков различных видов обработки поверхности бетона. Разработка новых гидроизоляционных материалов также приводит к использованию специальных кристаллизационных добавок для усиления защитной функции.В основном это порошкообразные вещества на основе тонкоизмельченного цемента, обработанного мелкодисперсного кварцевого песка и активного химического вещества. Обычные покрытия и стяжки выполняют только функцию защиты поверхности, а примеси кристаллизации проникают через систему пор в бетонную конструкцию, где она герметизируется. Принцип действия — каталитическая химическая реакция, обусловленная достаточной относительной влажностью. Это приводит к дополнительному процессу кристаллизации еще негидратированных клинкерных минералов в системе пор бетона, в результате чего практически все капиллярно-активные поры бетона заполняются игольчатыми кристаллами.Таким образом, введенное активное химическое вещество является не источником кристаллов, а просто катализатором, который способствует росту кристаллов в порах бетона из необработанных минералов клинкера, присутствующих в цементном герметике. Во время процесса гидратации временно образуется Ca (OH) ₂ , за которым следует процесс каталитической кристаллизации и рост образовавшихся кристаллов непосредственно в пористой структуре бетона. Вероятно, это накопленный процесс, сопровождающийся образованием 3CaO · 2SiO ₂ · 3H ₂ O вместе с образованием 3CaO · Al ₂ O ₃ · Ca (OH) ₂ · 12H ₂ О.В этой химической реакции образуются разветвленные игольчатые кристаллы. Активные вещества проникают в поры с влагой на расстояние до десяти сантиметров от источника и катализируют реакции образования кристаллов в системе пор цементного герметика [16, 17]. Согласно данным рентгеновской флуоресцентной спектроскопии (XRF), игольчатые кристаллы (рис. 1), вероятно, содержат кальций или кремний [18].

Скорость и глубина роста кристаллов через трещины и систему пор в бетоне зависят от многих факторов, таких как степень обработки бетона, наличие достаточного объема поровой воды, тип цемента, пропорция бетона, структура пор и температура бетона [19–24].Общий процесс действия был описан Roig-Flores et al. [25], где агент кристаллизации, M _x R _x , реагирует с трехкальциевым силикатом и водой с образованием сгустков, блокирующих поры. Это представлено следующим уравнением:

Исследования вторичной кристаллизации в цементных композитах ранее были связаны с герметизацией пористых структур и трещин. Преимущества использования кристаллических добавок хорошо продемонстрированы в ранее опубликованных исследованиях [25–30]: однако улучшение свойств бетона остается важной задачей даже сегодня [19].Повышение долговечности цементных композитов помогает продлить их срок службы, тем самым снижая затраты на ремонт, связанный с повреждением бетонных конструкций из-за влаги [31]. В этом исследовании уделяется внимание использованию кристаллизационной добавки в цементно-полимерных гидроизоляционных материалах, наносимых на поверхность бетона, таких как покрытия и стяжка, обладающих воздухопроницаемостью, способностью к заживлению трещин, хорошей совместимостью с бетоном и химической стойкостью. Чтобы снизить общие затраты на кристаллические добавки и полимерные соединения, летучая зола считается экологически чистой частичной заменой цемента с положительным влиянием на долговечность из-за пуццолановой реакции.

2. Материалы и методы

2.1. Материалы

Чтобы уменьшить проницаемость бетонной поверхности для воды, газообразных и жидких агрессивных сред, на поверхность бетона были разработаны и применены два изоляционных материала. Изоляционные материалы применялись как покрытие (CT) и стяжка (SC). В обоих материалах использовалась кристаллизационная добавка (Xypex Admix), а в качестве вторичного сырья использовалась летучая зола.

Тонкий слой покрытия, копирующий поверхность бетона, наносится на бетон с помощью кисти или валика, а стяжка, компенсирующая неровности бетона, наносится стальным шпателем.Использовались образцы бетона (кубики 150 мм) эталонного бетона C 45/55. Эталонный бетон был испытан в соответствии с EN 1542 [32] и EN 12390-3 [33] и показал прочность на сжатие 52 МПа и предел прочности на разрыв 3,2 МПа. Состав эталонного бетона (REF) приведен в таблице 1. Образцы выдерживали в течение 28 дней при температуре окружающей среды 21 ± 3 ° C и относительной влажности 60 ± 10% с последующим нанесением эпоксидного покрытия по бокам и погружением. в воде 48 часов. Затем поверхность без эпоксидной смолы протирали ковриком и на влажную поверхность образцов бетона наносили изолирующую стяжку или покрытие (рис. 2) с помощью кисти (покрытие) и стального шпателя (стяжка).После нанесения образцы покрывали полиэтиленовой пленкой. Через 72 часа пластиковая пленка была удалена, и образцы были отверждены в течение еще 28 дней в среде с относительной влажностью 60 ± 10% и температурой 21 ± 3 ° C, что привело к началу испытания или к воздействие агрессивных сред. Это хранение позволило активным веществам проникнуть в пористую структуру нижележащего бетона и, таким образом, способствовало образованию вторичных продуктов кристаллизации, уменьшая диаметр пор в бетоне.

В качестве гидроизоляционного материала с кристаллизационной добавкой — полимерцементное покрытие (СТ) с 10% заменой цемента летучей золой и добавлением 2% кристаллизационной добавки от веса цемента был развит.Вторым испытанным материалом была стяжка (SC) с 10% заменой цемента летучей золой и добавлением 2% кристаллизационной добавки по весу цемента. Состав обоих материалов показан в таблицах 2 и 3. Состав смеси обоих гидроизоляционных материалов был основан на общих знаниях поведения отдельных компонентов и продуктов, используемых в промышленности. Средняя толщина покрытия рассчитана на 1,5–2 мм относительно максимального размера зерна песка. Стяжка была уложена проектной толщиной 3–5 мм.