Морозостойкость и морозная деградация бетона и железобетонных изделий

Свойство бетона в намокшем состоянии выдерживать многочисленные циклы замораживания и оттаивания, называется его морозостойкостью.

Специальными опытами установлено:

• При быстром охлаждении бетонных образцов, предельно насыщенных водой, происходит активное образование кристаллов льда, и в течение всего цикла замораживания при температуре минус 18 С° в твердое состояние перейдет подавляющая масса свободной (химически не связанной) воды.
• По мере понижения температуры, замерзание воды (образование кристаллов льда) происходит вначале в крупных порах и капиллярах, заполненных жидкой фазой, а затем, затвердевание воды происходит в более мелких порах.

Здесь, главной причиной морозной деградации ЖБК, является давление замерзающей воды на стенки микротрещин и пор. Твердая и пористая структура бетона препятствует расширению воды, поэтому в нем возникают очень высокие напряжения.

Важно понять, что понижение температуры любой ЖБК при его охлаждении начинается с поверхности. В начальный период, в открытых порах, выходящих на поверхность бетона, начинают возникать ледяные пробки, которые блокируют выход жидкости из бетона и вытесняют ее при определенном давлении к более нагретой поверхности изделия. Давление от увеличения объема льда на стенки пор и на свободную жидкость приводят к первым разрушениям структуры бетона. Затем объем повреждений структуры будет нарастать за счет движения жидкости и ее давления на стенки капилляров.

После оттаивания бетона свойства его структуры восстановятся, но микроразрушения и пластические деформации будут накапливаться по мере повторения циклов замораживания и оттаивания. Поэтому на практике часто наблюдается быстрое разрушение поверхностных слоев бетона под действием знакопеременных температур и снижение его прочности.

В начале, разрушаются выступающие грани, потом поверхностные слои, и наконец, разрушение проникает в глубинные структуры бетона. Влияние на скорость разрушения бетона, также в некоторой степени оказывают напряжения, возникающие из-за различий коэффициентов температурного расширения компонентов бетона, применяемых в производстве ЖБИ.

Величина показателя морозостойкости бетона определяется методом чередования циклов его замораживания и последующего оттаивания. Такие параметры испытаний, как температура замораживания, продолжительность цикла, размеры образца, условия водонасыщения, заметно влияют на значение показателей морозостойкости бетона.

Процесс разрушения бетона ускоряется, если применять экстремальные методы испытаний: снижение температуры замораживания, замораживание в воде, в растворах кислот и солей.

Показатель морозостойкости бетона определяется количеством циклов, при котором масса образца не уменьшается более, чем на 5%, а прочность образца снижается на величину не более 25%. Именно в количестве циклов определяется вид бетона по морозостойкости. Конкретное значение показателя морозоустойчивости назначается в зависимости от того, в каких условиях будет эксплуатироваться конструкция.

Морозостойкость бетона зависит от его внутренней структуры, в основном от характера пористости, поскольку этот признак определяет объем льда и его распределение в теле бетона. От характера пористости зависит величина возникающих напряжений в теле бетона и скорость протекания процессов ослабления его структуры.

Микропоры бетона оказывают незначительное влияние на его морозостойкость, поскольку связанная в них вода обычно никогда не переходит в состояние льда даже при чрезвычайно низких температурах. На морозостойкость бетона большее влияние оказывает объем макропор и их строение