Що таке морозостійкість бетону і як її підвищити?

Морозостійкість бетону – це одна з найважливіших характеристик для будівництва у широтах, де спостерігаються часті та значні перепади температур. Якщо ще точніше, то морозостійкість бетону – це здатність проходити кілька циклів заморозки та відтавання без значних пошкоджень та деформації внутрішньої структури бетонної конструкції. При цьому повинен дотримуватися поріг втрати міцності до 5%. Тобто, якщо бетон після заморожування та розморожування втрачає більше 5% міцності, це вважається порушенням технології.

Для позначення характеристики морозостійкості використовується символ f і чисельне позначення від 50 до 1000, яке прямо вказує на кількість допустимих циклів заморозки та відтавання без втрати міцності. Наприклад, морозостійкість f50 – це показник, що вказує на те, що бетон може пройти 50 циклів заморозки без явної втрати міцності. Є й більш стійкі бетони, мають морозостійкість f150, 200, 300 тощо.

У рамках цього матеріалу поговоримо про таку властивість бетону, як морозостійкість. Розповімо, як визначити морозостійкість бетону. Детально зупинимося на класах бетону з урахуванням цієї характеристики, а також доступних сьогодні способів її підвищення. Про все по порядку.

Від чого залежить рівень морозостійкості?

Основний параметр, що впливає на властивості морозостійкості – пористість бетону. Чим більше порожнеч у міжзерновому просторі, тим вища ймовірність руйнування матеріалу після заморозки. Суть у тому, що вода, потрапляючи всередину бетонної конструкції, переходить в інший агрегатний стан (замерзає), розширюючись приблизно на 10-12%, що руйнує внутрішню структуру. Водночас знижується клас морозостійкості бетону.

Ще один менш очевидний параметр, що впливає на стійкість до частих перепадів температур – водонепроникність (позначається символом «W»). Чим вищий цей параметр, тим менше вологи потрапляє всередину конструкції як на стадії висихання, так і під час подальшої експлуатації. Відповідно, чим менше вологи, тим нижче ймовірність промерзання бетону та порушення цілісності внутрішньої структури. Наприклад, бетон з морозостійкістю f50, має середню (дрібну) пористість та усереднені показники водонепроникності. Якщо ж оцінюється морозостійкість, наприклад, f300, то пористість буде ще нижче, а водонепроникність вище.

Методи визначення (вимірювання) морозостійкості

Щоб визначити кількість циклів, яку може витримати бетон, розробили спеціальні тести, що відповідають чинному державному стандарту якості (ДСТУ). Визначення морозостійкості бетону відбувається у лабораторних умовах у звичайному чи прискореному режимі. Особливості звичайного методу визначення:

1. Спеціально для лабораторних випробувань вирізують кубик бетону (розмір від 50 мм до 250 мм), який висихав за певної температури відповідно до технологічного регламенту не менше 28 днів.
2. Досліджуваний кубик бетону тестують на міцність за допомогою спеціального преса.
3. Після цього зразок заморожують і розморожують при температурах від -18 °С до +18 °С доти, доки його міцність не знизиться більше, ніж на 5%.

Максимальне число циклів, зафіксоване під час дослідження, і буде основою маркування бетону. Якщо зразок витримав 75 і більше циклів, то морозостійкість f75 якщо більше 100, то - f100 тощо. Цей спосіб вважається більш надійним і достовірним, але часу він займає значно більше. Цей метод тестування практикується для визначення класу морозостійкості при розробці нових рецептур виробництва бетону або контролю якості продукції окремо взятого виробника.

Прискорене тестування проводиться з допомогою спеціальних сполук, наприклад, водного розчину хлориду натрію NaCl (5%). Клас бетону по морозостійкості визначається за таким же принципом, але циклічність заморожування та відтавання спеціально прискорюють за допомогою різних хімічних речовин.

Варто зауважити, що значення циклічності, отримані в лабораторних умовах, практично завжди відрізняються від реальних показників під час експлуатації бетону. Найчастіше бетон витримує більше циклів, ніж зазначено на маркуванні. Тобто якщо марка морозостійкості f100, то бетонна конструкція витримає 110 і більше циклів.

Як визначити клас морозостійкості самостійно? Є кілька факторів, якими можна приблизно обчислити кількість циклів, передбачених виробником, але результати цих досліджень не можуть використовуватися в проектній документації. За якими критеріями визначається морозостійкість f50, f100 та тощо:

1. Візуально. Низька стійкість до перепадів температур позначиться на цілісності бетону, що візуально виглядатиме, як дрібні та середні тріщини, розшаровування, лущення або бурі плями.
2. Підвищене водопоглинання. На око досить складно визначити відсоток поглинання бетоном води, але морозостійкість f 100, наприклад, не допускає показник водопоглинання вище 5%. Простіше кажучи, матеріал не повинен вбирати воду.
3. Деформація структури після висихання на сонці. Ще одна характерна ознака зниження характеристики морозостійкості – утворення дрібних та середніх тріщин при висиханні на сонці. Якщо бетон спочатку мав морозостійкість f200, то після появи тріщин показник цієї характеристики можна знижувати або зовсім скасувати.

Ще раз повторимо, що самостійне тестування не буде достовірним, а його результати не можуть бути використані в проектній документації. 

Класи бетону за морозостійкістю

Існує таке поняття, як марка бетону за морозостійкістю. І йдеться саме про марку бетону, яка в свою чергу визначає його клас та частково властивості водонепроникності.

Наприклад:

• марка морозостійкості f50 – це бетон марки М100-150 з класом міцності B7,5, B10 та B12,5 відповідно та класом водонепроникності W2;
• клас f100 визначається марками бетону М200-250, класом міцності B15-B20 та водонепроникністю W4;
• марка М300-350 із міцністю B22,5-B25 та водонепроникністю W6-W8 свідчить про те, що це бетон f200;
• якщо використовується марка бетону М400-М600 з показниками міцності від B30 до B45 і класом водонепроникності W8, W10 або W18, то клас морозостійкості бетону f300.

Сподіваємося, що викладений матеріал щодо класів морозостійкості не надто складний для розуміння з технічного погляду. І якщо вас хтось запитає: «Морозостійкість f50 – що це таке», – ви зможете пояснити методи визначення класу стійкості бетону до перепадів температур та принципи присвоєння значення циклічності.

Що стосується галузі застосування бетону в залежності від його класу морозостійкості, то загальна картина виглядає так:

1. Бетон із класом до f50 використовується переважно для внутрішніх робіт, де перепади температури не такі значні, як на вулиці.
2. Матеріал з класом морозостійкості f100 широко застосовується в помірних кліматичних зонах. Завдяки зниженій пористості та підвищеній водонепроникності він ідеально підходить як для внутрішніх, так і для зовнішніх будівельних робіт.
3. Морозостійкість бетону f150-f300 необхідна в холодних кліматичних зонах із більш суворими температурними умовами.
4. Все, що вище f300, застосовують при будівництві об'єктів особливого призначення в особливо складних температурних умовах.

Як видно, марка морозостійкості бетону відіграє важливу роль на стадії планування та розробки проектної документації.

Добавки в бетон для підвищення морозостійкості (поліпропіленова фібра MicroArm та PoliArm)

Останнім часом все частіше почали використовувати спеціальні добавки підвищення морозостійкості бетону. Є кілька причин:

• здешевлення будівництва;
• можливість підвищити морозостійкість бетону відразу на кілька десятків пунктів (підвищується марка морозостійкості бетону);
• поліпропіленова фібра додатково знижує пористість та підвищує водонепроникність;
• разом зі збільшенням класу бетону за морозостійкістю підвищуються й інші основні та другорядні характеристики (міцність на розтяг при вигині, ударна та втомна міцність, менша усадка, стійкість до різних речовин і зовнішніх факторів тощо).

Як збільшити морозостійкість бетону? Використовуйте фіброволокно MicroArm або PoliArm. Розглянемо технічні характеристики кожного виду фібри.

Фіброволокно MicroArm – дуже тонкі та надміцні екструдовані мікроволокна, які виробляють із первинного поліпропілену. Довжина волокон варіюється від 2 до 18 мм. В одному кілограмі близько 500 млн. мікроволокон, що створюють міцну матричну структуру всередині бетонної суміші, роблячи бетон більш морозостійким. Основні характеристики та результати випробувань:

1. При випробуванні фібробетону (з MicroArm) на морозостійкість залишкова міцність на стиск зросла майже до 36 МПа.
2. Також значно зріс показник водонепроникності із 2W (стандартний показник бетону) до 6W.
3. Ще фібра значно знижує пористість, усадку і розшарування бетону, що прямо впливає на властивості морозостійкості.
4. Окрім цього, підвищується міцність на розтяг при вигині (до 43 кгс/м² – на 35%).
5. Підвищуються й інші показники на кшталт стійкості бетону до агресивних середовищ, звукоізоляційні властивості тощо.

Згідно з результатами досліджень бетону з додаванням фіброволокна MicroArm, можна зробити зразковий розрахунок зростання морозостійкості. Якщо скласти всі значення, то вийде, що фібробетон має морозостійкість на 30% вище ніж звичайний бетон без фібри.

Фіброволокно PoliArm – це структурне поліпропіленове макроволокно, призначене для об'ємного армування бетонних конструкцій та об'єктів. Довжина волокна від 25 до 55 мм. Має менші показники морозостійкості ніж MicroArm. Однак цей вид фібри значною мірою знижує водопоглинання з 7% (звичайний бетон) до 4%, що, звичайно ж, впливає на характеристики морозостійкості. Також PoliArm запобігає розшаровуванню бетонної суміші.

Фіброволокно – універсальна армуюча добавка, яка одночасно підвищує всі характеристики бетону, включаючи морозостійкість. Фібру можна застосовувати в будь-якому виді будівництва як основну добавку, або як додатковий армуючий матеріал.

Тепер ви знаєте, що таке морозостійкість бетону, як вона вимірюється, і якими методами цей показник можна підвищити. З повним списком технічних характеристик та результатами досліджень фіброволокна можна ознайомитись у розділі «Продукція» на сайті компанії TM FIBER.