О температурных границах применения бетонов с противоморозными добавками
В «Руководстве по применению бетонов с противоморозными добавками» указывается, что бетоны с максимальными добавками хлористых солей (3,0% NaCi+4,5% СаСЬ), нитрита натрия (8—10%) или поташа (12—45%) допускается применять при температурах бетона соответственно не ниже —15, —15 и —25°С. При введении меньших количеств солей бетон должен выдерживаться при более высоких температурах.
Однако некоторые исследователи рекомендуют применять бетоны с противоморозными добавками при более низких температурах, по существу допуская их замораживание уже сразу после укладки. Отмечается, что кратковременные понижения температуры оказывают даже положительное влияние на процесс твердения бетона в дальнейшем.
Учитывая это в НИИ/КБ под руководством проф. С. А. Миронова изучалось влияние замораживания на свойства бетонов с противоморозными добавками различного состава (табл. 1). До замораживания бетонные образцы выдерживались при расчетных температурах, а затем охлаждались, причем в некоторых случаях ниже эвтектической температуры замерзания растворов солей. Продолжительность выдерживания на морозе составляла 28 сут. Часть образцов затем выдерживалась в течение такого же срока в стандартных условиях.
Прочностные показатели образцов, представленные на рис. 1, свидетельствуют о том, что бетон, подвергнутый замораживанию в течение 3—7 сут., как сразу после укладки, так и с некоторой начальной прочностью через 28 сут. пребывания на морозе показывает прочность, равную 86—93% R2S. После дополнительного 28-суточного выдерживания в стандартных условиях прочность его составила 102—111% прочности эталонов. И только прочность образцов, постоянно хранившихся при — 15°С даже после выдерживания в стандартных условиях составила всего 68—71% R28. Присутствие добавки ССБ, как показали специально выполненные исследования, практически не влияет на прочностные показатели бетона.
Однако прочность образцов из бетона составов 1 и 2 (на двух портландцементах каждый), выдержанных в течение первых 7 сут. при —50°С, а затем при —24°С через 28 сут. твердения на морозе составила 6—28% от прочности эталонов. После дополнительного 28-суточного хранения в стандартных условиях она увеличилась только до 48—62%.
Таким образом замораживание свежеуложенного бетона может привести к различному эффекту, по-видимому, в зависимости от состава бетона, поскольку температура замораживания существенно не влияет на его прочность в последующем.
В то же время из данных, представленных на рис. 2, следует, что независимо от температуры охлаждения, после месячного выдерживания в стандартных условиях бетон набирает 100%-ную прочность, если до замораживания его прочность равнялась 30—50 кГ/см2. Исключение составляет только бетон состава 5. Характеризуясь высоким значением В/Ц, а в связи с этим и низкой температурой замерзания жидкой фазы, он даже после выдерживания при расчетной температуре едва достигает марочной прочности.
Сравнивая водопоглощение образцов, хранившихся 28 сут. на морозе (рис. 3), необходимо отметить, что резкое увеличение открытой пористости бетонов, рекомендуемых составов [1], определяющей плотность и морозостойкость бетона, прекращается при наборе ими до замораживания прочности 50 кГ/см2. При достижении бетонами составов 8 и 9 прочности соответственно 100 и 150 кГ/см2, т. е. около 50% их марки, последующее замораживание не приводит к увеличению пористости.
Из рис. 3 виден различный характер изменения водопоглощения бетона в зависимости от его состава и прочности до замораживания. У бетонов с В/Ц = 0,72 и менее (составы 6, 8 и 9) происходит уменьшение водопоглощения по мере увеличения прочности до замораживания. При больших значениях В/Ц (составы 5 и 7) пористость образцов, наоборот, увеличивается по мере повышения прочности до замораживания.
При замораживании свежеуложенного бетона с большими В/Ц происходит самоуплотнение вследствие температурного сжатия материалов, миграции и вымораживания воды, а также сублимации льда. Поэтому прочность, приобретаемая бетоном перед замораживанием, может препятствовать (составы 5 и 7) или способствовать (состав 8) процессу уплотнения. Это и является причиной наблюдаемого в ряде случаев повышения прочности бетона, подвергавшегося замораживанию. Расширение бетонов с низкими В/Ц (составы 6 и 9) в результате образования льда превосходит положительное влияние температурного фактора на формирование структуры, в связи с чем с увеличением времени выдерживания при расчетных температуpax пористость бетона уменьшается. Это положения подтверждаются изменениями объемного веса бетона в сравнении с бетоном нормального хранения, а также данными табл. 2.
Прочностные показатели образцов, хранившихся При переменных температурах (рис. 4), а также их водопоглощение (табл. 3) показывают, что бетон без добавки и с 5%-ной добавкой поташа, замороженный сразу же после укладки, получил значительные нарушения структуры. В результате резко увеличилась нх пористость и уменьшилась прочность. При этом пористость оказалась близкой пли значительно большей пористости эталонов.
При введении 10 и 15% поташа, обеспечившем более низкую температуру замерзания жидкой фазы [3], пористость бетона была меньше, чем у эталона. Поэтому образцы состава 10 стандартного хранения и содержащие 10—15% поташа прошли 110 циклов попеременного замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии без явных признаков разрушения, а -содержащие 5% поташа без добавки, подвергнувшиеся замораживанию, разрушились уже через 40 циклов.
Таким образом, для получения бетона высокого качества его необходимо выдерживать при расчетной температуре до получения проектной или критической прочности, если в последнем случае временное замедление или полное прекращение твердения в период понижения температуры не замедлит темпа строительства. За критическую прочность может быть принята прочность не менее 50 кГ/см2, а для бетонов высокой плотности или морозостойкости — не менее 50% марки.
При замораживании бетона с меньшей прочностью резко ухудшаются его основные строительнотехнические свойства. При этом, как правило, нарушения структуры тем больше, чем меньше прочность бетона до замораживания. Поскольку структурные нарушения происходят в момент перехода воды (жидкой фазы) в лед, (продолжительность замораживания может отразиться только на темпе твердения бетона, ноне на его качестве.
Этот вывод справедлив для всех возможных случаев замораживания бетона, учитывая, что при замерзании растворов нитрита натрия возможны большие нарушения структуры и более интенсивное твердение на морозе при меньшей длительности замораживания.
Минимальную температуру воздуха, при которой можно бетонировать, легко определить расчетом по видоизмененной формуле проф. Б. Г. Скрамтасва и данным интенсивности твердения бетонов при расчетных температурах. Если невозможно выдержать бетон при расчетной температуре, конструкцию необходимо утеплять, т. е. сочетать с выдерживанием по методу термоса, причем требуемая мощность теплоизоляции может быть определена но тому же расчету.
И только при модуле поверхности свыше 12 массивность неутепленной конструкции можно не учитывать. Температуру бетона с небольшой погрешностью можно приравнивать к температуре наружного воздуха.
Выводы
Преждевременное замораживание бетонов с противоморозными добавками приводит к увеличению пористости и снижению морозостойкости.
Для получения бетона высокого качества он должен выдерживаться при расчетных температурах до приобретения прочности не менее 50 кГ/см2, или 50% марки в зависимости от предъявляемых к нему требований.
При отсутствии специальных требовании к интенсивности твердения, плотности и морозостойкости бетон с противоморозными добавками может замораживаться и до приобретения указанной прочности.