Стойкость бетона при циклических колебаниях низких температур
В практике строительства в зимних условиях изредка конструкции, забетонированные осенью, замерзают в водонасыщенном состоянии и в дальнейшем претерпевают колебания температуры без перехода через С. Такие условия эксплуатации, наиболее характерные для районов Сибири и Крайнего Севера, могут оказать разрушающее воздействие на бетон, особенно с начальной прочностью. В некоторых работах. отмечалось снижение прочности при воздействии циклических отрицательных температур в естественных условиях эксплуатации, по в основном в возрасте более (1. мес.
В НИИЖБ исследовали стойкость бетона разного возраста с прочностью 60— 100% марочной с добавками и без добавок при колебаний температур п интервале (—20) — (—50)°С в течение 30— 40 циклов. Для испытаний изготовили образцы-кубы с ребром 10 ом из бетона нормального твердения (ВЩ = 0,52) на срсднеалюмннптнюм воскресенском и высокоалюмннатном норильском портландцементе марки М400 в возрасте 4 и 28 сут. Добавками служили комплексные сочетания воздухововлекающей добавки СНВ с пластифицирующей СДБ и противоморозной NaN02 — 0.01% СНВ + +0,25% СДБ и 0,01% СПВ+7% NaN02
До начала испытаний образцы 4- и 28-суточного возраста насыщали пресной водой соответственно в течение 2-1 и 96 ч (время насыщения входило в возраст бетона). После этого их замораживали в климатической камере НЕМА по режиму: выдерживание при —50°С, подъем температуры до —20СС, выдерживание при —20°С, снижение температуры до —50°С (2 ч каждый период). Температуру фиксировали электрическим потенциометром ЭПГ1-9 с помощью термопар, заложенных при бетонировании; она составляла от 45—50 до 15—20°С.
Циклические колебания температур в интервале (—20) — (—5Ci)°C, как показали результаты эксперимента, оказали разрушающее воздействие на бетон в водовасыщнном состоянии как без добавок, так и с добавками. ia что укаладывает снижение прочности с 7 до 25% для разных составов после 30 К) наклон испытаний. Однако введение добавки СПВ+СДБ позволило значительно ослабит, деструктивные процессы. Так, уменьшение прочности бетона даже i високоалюмниатпом норильском цемий с добавкой СНВ+СДБ после 40 цикл составило всего 7%, что в 3—4 р; меньше, чем в бетонах без добавок и с CFffi+iVaiVCz.
Наиболее сильное разрушающее в. действие циклические колебания шгзщ температур оказывают на менее зрелй бетон раннего возраста, несмотря на прочностные показатели, достигну тыс бетоном в возрасте 4 сут (25 МПа), Степень водонасыщения таких бетоно после 24-часового выдерживания в вбЦ составила всего 0,3—0,6%, что в.2—3 ра. за меньше 4-суточного водонасыщеню бетонов в возрасте 28 сут. Следовательно, опасность разрушения бетонов равного возраста с высокой естественно влажностью от циклических колебаний отрицательных температур следует учитывать даже при небольшом водонасыщении, которое может возникнуть npj продолжительных осенних дождях.
Развитие деструктивных процессов пр циклических колебаниях низких температур и основном происходит в результате различия коэффициентов линейной расширения компонентов бетона, а так же миграции п перераспределения в бетоне. Преобладающим фактор разрушения, по-видимому, является ш грация влаги из «тонких» пор, температура замерзания которых ниже —2CfC в более крупные благодаря более свободной энергии льда +. Подтверждением этого предположения служат затухающий характер снижения нрочносш бетона в процессе испытаний и больше снижение прочности бетона при введении противоморозной добавки NaNOs понижающей температуру замерзания жидкой фазы в бетоне. По-видимому противоморозные добавки, слособствуют уменьшению льдистости бетона, создай более благоприятные условия для ми грации незамерзающей влаги в бстоГО
При эксплуатации бетонных монстру цнн в зоне неременного уровня или ел» сезонного промерзания в вечномерзлВ Грунтах усилению деструктивных про нсссов способствует также повьакегВ пенсии полонаевпценпя бетона при вй грации влаги пз зоны с более высоко температурой Т>].
Значительное влияние на стойкойсть бетонов при циклических колебаниях темпертур оказызнает, что подтверждается увслИ ином снижения прочности бетонов ВСЕ исследованных состанон на Норильске ш-мепто на 5—10% но ср.шпешно СЩ тоном на среднеалюминатном цементу перехода через 0СС сменяются перечиним замораживанием ш оттаиванием весенний период, поэтому для приближении лабораторных испытаний к ра- f(,re бетона и натурных условиях часть, прошедших 30 циклоп испытанийй при —(20—5Ю)°С, испытали на водостойкость по ускоренной методике р, температуре ЖС по ГОСТ 3O0GO Все ооотавы испытывала на водостойкость до 30 циклов (Мрз 200), поскольку, не имея аналогичных опыт- данных, трудно было предположить какой степгаш циклические колебания отрицательных температур влияют на долговечность бетона.
Результаты этих экспериментов и уточнили полученные данные п0 изменению прочности бетона на сжатие. Так, по прочности бетона без добавок 4- и 28-суточпого возраста (Rem 79 и 100% марочной) трудно было судить в каком случае произошло больше необратимых нарушений в структуре бетона. Испытания на морозостойкость показали, что бетон IB возра СТе 4 и 28 сут после 30 циклов имел коэффициенты морозостойкости Кмрз, близкие к 0,35 .н 0,39, тогда как морозостойкость бетона нормального твердения без добавок в возрасте 28 сут. I оказалась почти в 3 раза выше, чем в а возрасте 4 сут. Эти данные убедительно, что, несмотря на величине потерь прочности структуре происходит в бетоне с большим водонасыщением и меньшим объемом «топких» пор.
Введение добавки СНВ+СДБ при воздухововлечении 2,8% повысило и дальнейшую морозостойкость бетона. Это заметнее проявилось у 4-суточното бетона (начальная прочность до испытаний на циклические колебания отрицательных температур 70% марочной) с более низкой степенью водонасыщення и меньшим объемом «тонких» пор, т. е. отмечалась та же закономерность, что п у бстана баз добавок.
Комплексные добавки CHB+NaNO;- способствовали иовышешно морозостойкости по сравнению с бетоном без добавок, в основном бетона в возрасте 28 сут. В то же Время бетон с такой добавкой, подвергнутый предварительному циклнческому 30-кратному замораживанию, почти в. 2 раза снизил морозостойкость по сравнению с таким же составом нормального твердения. Увеличение количества незамерзающей влаги в бетоне даже при наличии плотной тонкопористой структуры и водонасыщении, в 2—3 раза меньшем максимального, вызывает усиление деструктивных процессов, (наиболее чувствительной характеристикой которых является морозостойкость бетона.
Выводы
Экспериментами установлено, что циклические колебания температур в интервале (—20)—(—50)°С вызывают снижение прочности до 25% и морозостойкости бетона в 1,5—2 раза и зависимости от степени водонасыщения, минералогического состава цемента, вида п количества химических добавок.
Проведенные исследования показали, необходимость учета циклических отрицательных температур без перехода 4CJ рез 0°С при назначении марки бетона по морозостойкости
Введение комплексных добавок CIIB-f +СДБ и GHB-MSIaN02 повышает морозостойкость бетона, подвергавшегося циклическому воздействию отрицательных температур.