Строительство и ремонт

 Высокопрочный бетон

Быт. Хозяйство. Техника

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 отрицательных 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 водонасыщения бетона в основном зависит от его строения. В свое время СВ. 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. В. 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 RT и верхняя

условная граница появления микротрещин RX- Поэтому в бетоне, напряжения в котором находятся в зоне между параметрическими точками R® и R?, 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 Rl, а другие не загружали. После цикличного замораживания и оттаивания образцов установлено, что призмы, последовательно загруженные до возникновения в них границы

Rr, 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 R°r, морозостойкость выше (см. рис. 15), чем эталонных (ненагруженных), и в несколько раз меньше при загружении образцов до напряжений, близких  к Rl.

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.