Властивості бетонів, що впливають на їх експлуатаційні характеристики

Серед основних властивостей бетонів, що впливають на тривалість терміну їх експлуатації без зміни структури, можна виділити два основних:

• Міцність бетону на стиск: проектна (марочна).
• Стійкість: до заморожування / відтавання, до впливу високих температур, до впливу вологи.

Різниця видів бетонів і їх властивостей дозволяє підібрати матеріал з необхідними механічними параметрами і стійкістю до фізико-хімічних впливів. Класифікація на марки і класи бетону дає уявлення про всі необхідні характеристики, таких міцність, ступінь морозостійкості, водонепроникності, жаро- і термостійкості.

Маркова міцність бетону і класи міцності

Міцність бетону - це показник межі опірності матеріалу до зовнішнього механічного впливу на стиск (вимірюється в кгс / см²). Тобто, можна сказати, що цей параметр дає уявлення про механічні властивості бетону, його стійкості до навантажень. Саме ця характеристика і покладена в основу класифікації бетону. Бетон марки М15 має найменшу міцність, а М800, відповідно, найбільшою.

Таке маркування дозволяє максимально точно врахувати властивості міцності бетону, і підібрати його відповідно до передбачуваними навантаженнями.

Так, для попередньо-напружених конструкцій необхідний розчин з маркуванням не нижче М300, а для звичайних залізобетонних панелей або блоків, які не зазнають великого навантаження - М200-М250. Марки М100-М150 використовуються при заливці монолітних фундаментів. Бетонний розчин М15-М50 застосовується при виготовленні огороджувальних і теплоізоляційних конструкцій.

Існує й інша класифікація - за класами міцності на стиск бетону: від В1 до В22. Ці дві системи класифікації враховують один параметр - міцність на стиск. Відмінність класу від марки бетону в тому, що для марок (М) береться усереднене значення по міцності на стиск, а для класів (В) - гарантоване. Середня міцність бетону на стиск - це середній показник міцності перевіряються зразків, а гарантоване означає, що бетон має міцність не менше заявленої. При розробці проектної документації в специфікації вказується клас (В), хоча, в силу звички, більш поширеною є класифікація за марками. Нижче наведено зразкову співвідношення класу і марки бетону.

Таблиця марок і класів бетону і їх співвідношення:

Набір міцності і межа міцності бетону

Найбільша межа міцності - параметр вкрай важливий при заливці бетонного розчину в умовах низьких температур. Справа в тому, що проектна міцність бетону з'являється тільки на 28 день визрівання, за умови дотримання технології твердіння, а відповідно і температурного режиму (не нижче + 30 ° С). При більш низькій температурі термін твердіння бетону збільшується, а при негативній припиняється.

При температурі нижче 0 ° С зупиняється набір міцності бетону, в силу припинення гідратації - зв'язування молекул води і клінкерних складових цементу, утворюють цементний камінь. Якщо температура опускається нижче - 3 ° С починаються фазові перетворення води, що призводить до руйнувань структури невизревшіх бетону і втрати міцності. Як показали проведені досліди, зразки, які набрали критичну міцність, тобто визріли до певного стану, після замерзання і відтавання не піддаються руйнуванню і надалі продовжують набирати міцність, а зразки, заморожені на ранньому терміні твердіння, характеризуються втратою міцності до 50%.

Для розчинів різних марок необхідно і різний час для визрівання до критичної міцності бетону. На цій сторінці можна подивитися таблицю, де вказано, яку міцність від проектної повинен набрати бетон до заморожування. Однак можна сказати, що неприпустимо заморожування в першій фазі - фазі схоплювання (перша доба) і в перші 5-7 днів твердіння бетону при нормальному температурному режимі. За перший тиждень бетон набирає до 60-70% марочної міцності, після чого заморожування бетону тільки призупинить процес визрівання і після відтавання він відновиться.

Таблиця критичної міцності для різних марок:

Підвищення температури прискорює процес дозрівання бетону, але необхідно пам'ятати про те, що нагрів понад 90 ° С неприпустимий. При температурі твердіння бетону 75-85 ° С в атмосфері насиченої пари твердіння до 60-70% марочної міцності відбувається протягом 12 годин. Прогрів до такої температури без насичення парою призводить до висихання, що також зупиняє визрівання (гідратацію). Необхідно пам'ятати, що гідратація неможлива без молекул води і догляд за бетоном полягає, в тому числі, і в постійному зволоженні в процесі набору міцності. У графіку твердіння бетону можна подивитися взаємозв'язок температурного режиму і термінів визрівання бетону (дано для бетону марки М400), але потрібно враховувати, що якщо в розчин вводяться спеціальні добавки (модифікатори - прискорювачі твердіння), то час набору міцності бетону може бути значно менше.

Графік набору міцності бетону:

Стійкість бетону до зовнішніх впливів

корозія бетону

Корозія бетону (руйнування цементного каменю) відбувається внаслідок багатьох чинників:

• впливу навколишнього середовища,
• механічних впливів,
• проникнення води,
• зміни температур (заморожування / відтавання, нагрів / різке охолодження).

Порушення структури цементного каменю супроводжується зниженням його зчеплення з армуючими елементами, підвищенням водопроникності і, як результат, зниженням міцності. Для підвищення корозійної стійкості бетону рекомендуються такі заходи:

• використання спеціальних кислотостійких, глиноземистих або пуцоланових цементів;
• введення в суміші гидрофобизирующих, жаростійких або морозостійких добавок;
• збільшення щільності бетону. Великий вплив на стійкість бетону, крім складу суміші і співвідношення компонентів, надає технологія приготування і доставки, укладання та подальшого догляду. Виброперемешивания суміші збільшують активність цементу і дозволяють отримати тісто з макрооднородной структурою, а транспортування в міксерах - уникнути його розшарування при доставці на об'єкт. Ефект від віброущільнення при укладанні тесту пояснюється витісненням бульбашок повітря: в неущільненому суміші він може досягати 45%. Видалення повітря забезпечує захист бетону від корозії, збільшення міцності, морозо-, жаростійкості, а також знижує водопроникність бетону.

морозостійкість бетону

Вплив на бетон почергового заморожування / відтавання призводить до його розтріскування. Пояснюється це тим, що в замороженому стані волога, що знаходиться в порах матеріалу, перетворюється на лід, а значить, збільшується в об'ємі (до 10%). Це призводить до підвищеного внутрішнього напруження бетону, а в результаті і до його розтріскування і руйнування.

Морозостійкість бетону тим нижче, чим більше доступ до проникнення вологи: обсяг пір, в яких може накопичуватися вода (макропористістю) і рівень капілярної пористості.

Підвищення морозостійкості бетону відбувається за рахунок зменшення показників макро і мікропористості, а також введенням гідрофобних воздухововлекающих добавок. З їх допомогою в бетоні утворюються резервні пори, не заповнюються водою в звичайних умовах. При замерзанні води, вже потрапила всередину бетону, частина її переміщається в ці пори, тим самим знімаючи внутрішній тиск. Використання глиноземистих цементів також збільшує морозостійкість матеріалу.

Так як при зведенні об'єктів пред'являються різні вимоги до властивостей бетону по морозостійкості, проводиться бетон з класом стійкості до циклів заморожування / відтавання від F25 до F1000. Для гідротехнічних споруд необхідна марка бетону по морозостійкості від F200, а для споруджуваних в зонах з суворим кліматом - від F800 (специфікація проводиться, виходячи з середньодобової температури для даного регіону).

водонепроникність бетону

Руйнування бетону під впливом рідких середовищ відбувається не тільки при негативних температурах. Волога має властивість вимивати легкорозчинні компоненти з будь-якої речовини, а один з компонентів, при замішуванні бетонного тіста, гашене вапно (гідрат окису кальцію) - водорозчинне речовина. Його вимивання призводить до порушення структури і руйнування бетонних блоків і фундаментів. Крім того, що знаходяться у воді кислотні компоненти також надають несприятливий вплив на стан матеріалу. На сьогоднішній день існують різні способи захисту бетону від руйнування внаслідок впливу вологи.

Уникнути негативного впливу води можна використанням пуццоланового або сульфатостойкого портландцементу, введенням в розчин гідрофобних добавок в бетон для водонепроникності, а також застосуванням спеціальних плівкоутворюючих покриттів, що перешкоджають проникненню вологи і ущільнюючих добавок. За параметром водонепроникності бетон підрозділяється на класи (марки). Існують марки бетону по водонепроникності (характеризується одностороннім гідростатичним тиском, вимірюється в кгс / см²) від W2 до W20.

Стійкість до впливу високих температур

Якщо зводяться бетонні споруди або окремі вироби будуть експлуатуватися при постійних високих температурах, то необхідно вибирати жаростійкий бетон відповідного класу, так як звичайний під впливом спека втрачає міцність і дає усадку внаслідок втрати цеолітної, абсорбційної і кристалізаційної води. Це призводить до розтріскування, часткового, а потім і повного руйнування бетону. Жаростійкий бетон позначається BR і підрозділяється відповідно до гранично допустимою температурою застосування на класи від И3 до та18 (або U3-U18).

Для класу И3 гранично допустима температура становить + 300 ° С, а для та18 - +1800 ° С.

Крім того існує підрозділ на марки по термостійкості:

• для водних теплозмін - Т (1) 5, Т (1) 10, Т (1) 15, Т (1) 20, Т (1) 30, Т (1) 40;
• для повітряних теплозмін - Т (2) 10, Т (2) 15, Т (2) 20, Т (2) 25.

Останній параметр позначає здатність витримувати зміни температур без деформацій і зниження міцності.