ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА

Прочность и деформативность затвердевшего бетона за­висит в основном от его водонасыщения, разницы темпера­тур и количества циклов замораживания и оттаивания. С увеличением водонасыщения сверх предельной величины замерзающая в порах вода кристаллизуется. Из-за ано­мального расширения воды при переходе в лед и особенно из-за невозможности ее отжатия в свободные объемы пор в бетоне появляется избыточное внутреннее давление. Та­кое давление может создавать предельные растягивающие напряжения в стенках пор и приводить к существенным изменениям структуры бетона, снижающим его прочност­ные свойства.

Снижение прочности бетона после его оттаивания на­блюдается лишь при его водонасыщении выше определенной величины, которая, в свою очередь, имеет закономерную связь со степенью понижения отрицательной температуры. В. М. Москвин, М. М. Капкин и Л. Н. Антонов предлагают называть наименьшую величину водонасыщения объема пор бетона, при которой обнаруживается относительное снижение его прочности в замороженном состоянии и аб­солютное снижение прочности оттаявшего после замора­живания бетона, критическим водонасыщением. Предпо­лагается, что эта величина может быть достигнута не толь­ко при водонасыщении бетона перед замораживанием, но и в результате перераспределения поровой воды в замер­зающем бетоне в виде пара жидкости по законам миграции.

Согласно данным тех же авторов влияние степени водонасыщения на прочность бетона при его замораживании и оттаивании можно проследить на рис. 72, из которого видно, что с увеличением водонасыщения прочность ох­лажденных до —40 и —60° С образцов возрастает лишь до определенной величины и затем относительно снижается. Максимальное значение прочности является функцией ко­личества содержащейся в порах бетона воды и степени
понижения температуры. После оттаивания прочность бетона существенно уменьшается.

Прозвучивание призм, водонасыщенных и заморо­женных до температуры — 10 и —30° С, также свидетель­ствует о наличии деструктивных изменений в бетоне этих призм.

Н. Н. Губонин, В. М. Каган и Б. И. Пинус также от­мечают, что длительное действие переменных отрицатель-

§ 160

Ных температур приводит к постепенному снижению проч­ности бетона. По данным этих авторов, за время действия только отрицательных температур в течение зимнего пе­риода снижение прочности бетона марки 300 составило около 10%, а у бетона марок 500—700—5%. Отмечается, что бетоны, имеющие большую прочность и меньшую влаж­ность перед замораживанием, лучше сопротивляются дли­тельному действию переменных отрицательных темпе­ратур.

Возможность водонасьицения бетона в основном зави­сит от его строения. В свое время С. В. Шестоперов [107] выдвинул гипотезу о так называемом «направленном струк - турообразовании». Морозостойкость бетона он связывает с возникновением воздушных «буферных» пространств в капиллярах цементного камня, являющихся результатом контрактации.

В. 6. Стольников также считает, что основной путь проникания воды в бетон зависит от системы капилляров. Поэтому следует улучшать структуру бетона за счет умень­шения общей пористости и формирования в нем закрытой пористости вместо открытой.

О. Я. Берг [12] отмечает, что в процессе разрушения бетона при его замораживании и оттаивании существен­ную роль играет граница микроразрушения і?? и верхняя условная граница появления микротрещин R1. Поэтому в бетоне, напряжения в котором находятся в зоне между параметрическими точками R? и Rт, структура нарушается и морозостойкость снижается.

С целью проверки этого положения в ЦНИИС [66] были проведены специальные опыты. Призмы-близнецы из бе­тона марки 600 размером 10x10x40 см были разделены на две группы: одни призмы загружали до напряжений R?, а другие не загружали. После цикличного замораживания и оттаивания образцов установлено, что призмы, после­довательно загруженные до возникновения в них границы Rl, начиная примерно со 100 циклов замораживания, раз­рушались более интенсивно, чем незагруженные. Это сви­детельствует о том, что микротрещины, возникшие при предварительном нагружении, способствовали при циклич­ном замораживании и оттаивании более интенсивному раз­рушению бетона.

Позднее А. А. Гончаров и Ф. М. Иванов, изучая морозо­стойкость бетонов, пришли к выводу, что в образцах, на­груженных до напряжений морозостойкость выше (см. рис. 15), чем эталонных (ненагруженных), и в несколько раз меньше при загружении образцов до напряжений, близ­ких к Rt

В. М. Москвин и А. М. Подвальный также отмечают существенное изменение морозостойкости бетона под влия­нием силовых воздействий от внешней нагрузки.

Высокопрочные бетоны, изготовленные по оптималь­ной технологии, как правило, имеют более равномерную структуру, минимальную пористость и вследствие этого пониженную водопроницаемость. При работе таких бетонов под нагрузкой, R? и R? возникают при больших напря­жениях, чем в обычных бетонах и особенно низкомарочных. В связи с этим высокопрочные бетоны имеют повышенную морозостойкость.

Как и в обычных бетонах, в которых поры образу­ются при избыточном количестве воды в цементном тесте, в высокопрочных бетонах можно создавать искусственные замкнутые поры путем вовлечения воздуха в процессе пе­ремешивания бетонной смеси. Для этого в бетонную смесь добавляют органические структурообразующие добавки в виде смолы, нейтрализованной воздухововлекающей СНВ. В последнее время получили распространение комплекс­ные добавки, содержащие кроме СНВ и ССБ стабилизиру­ющий компонент ДК [25] и кремнийорганические соеди­нения ГКЖ-94. Применение ГКЖ-94 способствует вовле­чению воздуха в бетонную смесь и образованию замкнутых пор очень малого диаметра.

Искусственное образование такого вида пор увеличивает долговечность бетона при многократном замораживании и оттаивании. Применение как первой, так и второй добавки значительно повышает водонепроницаемость и морозо­стойкость бетонов и в то же время не снижает их проч­ности [25].

Бетоны с добавкой СНВ и ГКЖ-94 были использованы при возведении сооружений в зоне Баренцева моря [59] и конструкций Красноярской ГЭС [50]. Довольно длитель­ный срок службы этих конструкций свидетельствует об их повышенной морозостойкости. Поскольку такие добавки не снижают прочностных и деформативных свойств высоко­прочных бетонов, их следует применять в конструкциях, возводимых в суровых климатических условиях.