Среди основных свойств бетонов, влияющих на длительность срока их эксплуатации без изменения структуры, можно выделить два основных:
- Прочность бетона на сжатие: проектная (марочная).
- Стойкость: к замораживанию/оттаиванию, к воздействию высоких температур, к воздействию влаги.
Различие видов бетонов и их свойств позволяет подобрать материал с необходимыми механическими параметрами и стойкостью к физико-химическим воздействиям. Классификация на марки и классы бетона дает представление обо всех необходимых характеристиках, таких прочность, степень морозоустойчивости, водонепроницаемости, жаро- и термостойкости.
Марочная прочность бетона и классы прочности
Прочность бетона – это показатель предела сопротивляемости материала к внешнему механическому воздействию на сжатие (измеряется в кгс/см²). То есть, можно сказать, что этот параметр дает представление о механических свойствах бетона, его устойчивости к нагрузкам. Именно эта характеристика и положена в основу классификации бетона. Бетон марки М15 обладает наименьшей прочностью, а М800, соответственно, наибольшей.
Такая маркировка позволяет максимально точно учесть прочностные свойства бетона, и подобрать его в соответствии с предполагаемыми нагрузками.
Так, для предварительно-напряженных конструкций необходим раствор с маркировкой не ниже М300, а для обычных железобетонных панелей или блоков, не испытывающих большой нагрузки — М200-М250. Марки М100-М150 используются при заливке монолитных фундаментов. Бетонный раствор М15—М50 применяется при изготовлении ограждающих и теплоизоляционных конструкций.
Существует и другая классификация – по классам прочности на сжатие бетона: от В1 до В22. Эти две системы классификации учитывают один параметр – прочность на сжатие. Отличие класса от марки бетона в том, что для марок (М) берется усредненное значение по прочности на сжатие, а для классов (В) – гарантированное. Средняя прочность бетона на сжатие – это средний показатель прочности проверяемых образцов, а гарантированное означает, что бетон имеет прочность не менее заявленной. При разработке проектной документации в спецификации указывается класс (В), хотя, в силу привычки, более распространенной является классификация по маркам. Ниже приведено примерное соотношение класса и марки бетона.
Таблица марок и классов бетона и их соотношения:
Набор прочности и критическая прочность бетона
Критическая прочность – параметр крайне важный при заливке бетонного раствора в условиях низких температур. Дело в том, что проектная прочность бетона появляется только на 28 день вызревания, при условии соблюдения технологии твердения, а соответственно и температурного режима (не ниже + 30°С). При более низкой температуре срок твердения бетона увеличивается, а при отрицательной прекращается.
При температуре ниже 0°С останавливается набор прочности бетона, в силу прекращения гидратации – связывания молекул воды и клинкерных составляющих цемента, образующих цементный камень. Если температура опускается ниже — 3°С начинаются фазовые превращения воды, что приводит к разрушениям структуры невызревшего бетона и потери прочности. Как показали проведенные опыты, образцы, набравшие критическую прочность, то есть вызревшие до определенного состояния, после замерзания и оттаивания не подвергаются разрушению и в дальнейшем продолжают набирать прочность, а образцы, замороженные на раннем сроке твердения, характеризуются потерей прочности до 50%.
Для растворов разных марок необходимо и различное время для вызревания до критической прочности бетона. На этой странице можно посмотреть таблицу, где указано, какую прочность от проектной должен набрать бетон до замораживания. Однако можно сказать, что недопустимо замораживание в первой фазе – фазе схватывания (первые сутки) и в первые 5-7 дней твердения бетона при нормальном температурном режиме. За первую неделю бетон набирает до 60-70% марочной прочности, после чего замораживание бетона только приостановит процесс вызревания и после оттаивания он возобновится.
Таблица критической прочности для различных марок:
Повышение температуры ускоряет процесс созревания бетона, но необходимо помнить о том, что нагрев свыше 90°С недопустим. При температуре твердения бетона 75-85°С в атмосфере насыщенного пара твердение до 60-70% марочной прочности происходит в течение 12 часов. Прогрев до такой температуры без насыщения паром приводит к высыханию, что также останавливает вызревание (гидратацию). Необходимо помнить, что гидратация невозможна без молекул воды и уход за бетоном заключается, в том числе, и в постоянном увлажнении в процессе набора прочности. В графике твердения бетона можно посмотреть взаимосвязь температурного режима и сроков вызревания бетона (дано для бетона марки М400), но нужно учитывать, что если в раствор вводятся специальные добавки (модификаторы — ускорители твердения), то время набора прочности бетона может быть значительно меньше.
График набора прочности бетона:
Стойкость бетона к внешним воздействиям
Коррозия бетона
Коррозия бетона (разрушение цементного камня) происходит вследствие многих факторов:
- влияния окружающей среды,
- механических воздействий,
- проникновения воды,
- изменения температур (замораживание/оттаивание, нагрев/резкое охлаждение).
Нарушение структуры цементного камня сопровождается понижением его сцепления с армирующими элементами, повышением водопроницаемости и, как результат, снижением прочности. Для повышения коррозийной стойкости бетона рекомендуются такие меры:
- использование специальных кислотостойких, глиноземистых или пуццолановых цементов;
- введение в смеси гидрофобизирующих, жаростойких или морозостойких добавок;
- увеличение плотности бетона. Большое влияние на стойкость бетона, кроме состава смеси и соотношения компонентов, оказывает технология приготовления и доставки, укладки и последующего ухода. Виброперемешивание смеси увеличивают активность цемента и позволяют получить тесто с макрооднородной структурой, а транспортировка в миксерах – избежать его расслоения при доставке на объект. Эффект от виброуплотнения при укладке теста объясняется вытеснением пузырьков воздуха: в неуплотненной смеси он может достигать 45%. Удаление воздуха обеспечивает защиту бетона от коррозии, увеличение прочности, морозо-, жаростойкости, а также снижает водопроницаемость бетона.
Морозостойкость бетона
Воздействие на бетон поочередного замораживания/оттаивания приводит к его растрескиванию. Объясняется это тем, что в замороженном состоянии влага, находящаяся в порах материала, превращается в лед, а значит, увеличивается в объеме (до 10%). Это приводит к повышенному внутреннему напряжению бетона, а в результате и к его растрескиванию и разрушению.
Морозостойкость бетона тем ниже, чем больше доступ к проникновению влаги: объем пор, в которых может накапливаться вода (макропористость) и уровень капиллярной пористости.
Повышение морозостойкости бетона происходит за счет уменьшения показателей макро и микропористости, а также введением гидрофобных воздухововлекающих добавок. С их помощью в бетоне образуются резервные поры, не заполняемые водой в обычных условиях. При замерзании воды, уже попавшей внутрь бетона, часть ее перемещается в эти поры, тем самым снимая внутреннее давление. Использование глиноземистых цементов также увеличивает морозостойкость материала.
Так как при возведении объектов предъявляются различные требования к свойствам бетона по морозоустойчивости, производится бетон с классом устойчивости к циклам замораживания/оттаивания от F25 до F1000. Для гидротехнических сооружений необходима марка бетона по морозостойкости от F200, а для возводимых в зонах с суровым климатом – от F800 (спецификация производится, исходя из среднесуточной температуры для данного региона).
Водонепроницаемость бетона
Разрушение бетона под воздействием жидких сред происходит не только при отрицательных температурах. Влага имеет свойство вымывать легкорастворимые компоненты из любого вещества, а один из компонентов, при затворении бетонного теста, гашеная известь (гидрат окиси кальция) – водорастворимое вещество. Его вымывание приводит к нарушению структуры и разрушению бетонных блоков и фундаментов. Кроме того, находящиеся в воде кислотные компоненты также оказывают неблагоприятное влияние на состояние материала. На сегодняшний день существуют различные способы защиты бетона от разрушения вследствие воздействия влаги.
Избежать негативного влияния воды можно использованием пуццоланового или сульфатостойкого портландцемента, введением в раствор гидрофобных добавок в бетон для водонепроницаемости, а также применением специальных пленкообразующих покрытий, препятствующих проникновению влаги и уплотняющих добавок. По параметру водонепроницаемости бетон подразделяется на классы (марки). Существуют марки бетона по водонепроницаемости (характеризуется односторонним гидростатическим давлением, измеряется в кгс/см²) от W2 до W20.
Устойчивость к воздействию высоких температур
Если возводимые бетонные сооружения или отдельные изделия будут эксплуатироваться при постоянных высоких температурах, то необходимо выбирать жаростойкий бетон соответствующего класса, так как обычный под воздействием жара теряет прочность и дает усадку вследствие потери цеолитной, абсорбционной и кристаллизационной воды. Это приводит к растрескиванию, частичному, а затем и полному разрушению бетона. Жаростойкий бетон обозначается BR и подразделяется в соответствии с предельно допустимой температурой применения на классы от И3 до И18 (или U3-U18).
Для класса И3 предельно допустимая температура составляет +300°С, а для И18 — +1800°С.
Кроме того существует подразделение на марки по термостойкости:
- для водных теплосмен — Т(1)5, Т(1)10, Т(1)15, Т(1)20, Т(1)30, Т(1)40;
- для воздушных теплосмен — Т(2)10, Т(2)15, Т(2)20, Т(2)25.
Последний параметр обозначает способность выдерживать смены температур без деформаций и снижения прочности.
