Испытание бетона на морозостойкость – общие понятия и допустимые методы

Во многих российских регионах температура в зимой опускается до минусовых отметок. В результате промерзает грунт, строительные конструкции, малые архитектурные формы и инженерные коммуникации, проложенные слишком близко к уровню земли. Избежать пагубных последствий помогает использование материалов, способных противостоять действию низких температур. Испытание бетона на морозостойкость дает возможность определиться с маркой искусственного камня по данному параметру. Допустимые методы указываются в ГОСТ 10060-2012.

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.

Ускоренные методы

Второй способ испытаний описан выше, а вот третий – выглядит несколько иначе. Он выполняется по схеме, предусматривающей и насыщение, и цикл замораживания/оттаивания производить в хлоридно-натриевом водном растворе. В этом случае потребуется морозильная камера, поддерживающая температуру -50 градусов, и достаточный запас раствора хлорида натрия, так как он будет полностью меняться через каждые 20 циклов размораживания/оттаивания.

Существуют и другие характерные отличия третьего метода испытания бетона на морозостойкость от первых двух способов. Они оговариваются в нормативной и технологической документации.