Н. Н. ЯНБЫХ, канд. техн. наук (СоюздорНИИ), Морозостойкость бетонов с воздухововлекающими и газообразующими добавками

Важнейшим свойством дорожного цен ментного бетона является морозостойкость, определяющая в значительной степени долговечность дорожных покрытий. С целью разработки способов повышения долговечности бетонных покрытий, подверженных в процессе эксплуатации многократному замораживанию и оттаиванию в присутствии хлористых солей, применяемых для борьбы с гололедом, в СоюздорНИИ исследовали морозостойкость бетона с добавками поверхностно-активных веществ и кремний- органических соединений. Испытания проводили по ускоренной методике замораживанием и оттаиванием образцов при частичном погружении в жидкую агрессивную среду — 5%-ные растворы NaCl, СаС12 и MgCl2. Для сравнения эксперименты проводили в пресной воде и по ГОСТу. Образцы замораживали при температуре —10 и —20°С. Учитывая значительную неустойчивость морозостойкости и низкую однородность бетона по этому свойству, исследования осуществляли несколько лет с повторением испытаний, что позволило получить надежные результаты.

Для экспериментов использовали образцы-плиты размером 13X16X4 см. Для приготовления бетонных смесей служил портландцемент Белгородского и Николаевского заводов, гранитный и известняковый щебень и чистый мытый гравий девяти месторождений крупностью 5...20 мм, кварцевый песок с Мк= =2,35. Всего изготовили 55 серий образцов. Составы бетонов — на гранитном щебне 1 : 1,65 : 3,51—1 : 1,73 : 3,51; на известняковом щебне — 1 : 1,76 : 3,34—1 : 1,97 : 3,34; на гравии— 1 : 1,74 : 3,52— 1:1,90:3,80; Ц=330...360 кг/м3, В/Ц на гранитном щебне н гравии составило %4...0,48; на известняковом щебне 0,48... 0,53, О. К.=2...3 см. Прочность бетона в зависимости от количества вовлеченного воздуха (выделенного газа) на сжатие 22,1...46,7 МПа.

Испытания показали, что основным фактором, определяющим морозостойкость бетона, является объем вовлеченного воздуха значительно снижает прочность 1,до 30.... 40%). С точки зрения прочности и долговечности оптимальны составы бетонов с содержанием вовлеченного воздуха 5.5...7% н выделенного газа 2,7..3,6%, имевшие достаточно высокую морозостойкость. Прочность таких бетонов ~В22,5, а с кремнийорганическими добавками— ВЗО. Образцы после 350 циклов замораживания в растворах хлористых солей имели незначительные повреждения — отколы раствора в отдельных местах. Морозостойкость бетонов с содержанием вовлеченного воздуха 4...5%, выделенного газа 2,3...5 50 300...350 циклов. Морозостойкость бетонов с меньшим содержанием вовлеченного воздуха (выделенного газа) 50...250 циклов, а без добавок, Е которых количество пор, заполненных воздухом, находится в пределах 1% —20...40 циклов.

Морозостойкость бетона при —10СС оказалась существенно выше, чем при —20°С (см. рис. 1). При —10С значительным повреждениям подвергалась образцы с содержанием вовлечение воздуха 4,5%. После 120...350 циклов потерн массы составили 6...10%. Образцы с содержанием вовлеченною воздуха >4,5% имели незначительные повреждения, а с содержанием вовлеченного воздуха >5,5% остались практически не поврежденными. Более высокая морозостойкость бетона объясняется переходом в лед меньшего количества воды и созданием в структуре бетона меньших растягивающих напряжений При замораживании в вела (см. рис. 1) оказались существенно повреждены бетоны с содержанием влеченного воздуха <3,5% (добавки Гг-К-П. СНВ) и газа <1% (добавка Г-т-94) и без добавок. Образцы с болид л: содержанием вовлеченного воздуха газа не имели повреждений, если в а считать разрушения растворной зернами щебня в отдельных мессах.

При испытании по стандартнjq методике (см. рис. 1) все образцы в том числе без Добавок, выдержали циклов замораживания — небольшими повреждениями.


Морозостойкость бетонов на известняковом щебне марки 600 при замораживании в растворах хлористых солей ниже, чем на гранитном щебне. Образцы бетона с добавкой 0,02...0,03% абиетиновой смолы с содержанием вовлеченного воздуха 5...6% после 350 циклов испытаний при —20°С имели повреждения. Более низкая морозостойкость бетонов на известняковом щебне объясняется пониженной морозостойкостью известняка, большей водопотребностью бетонов на нем и различием коэффициентов расширения цементного раствора и известняка.

Для дорожного бетона, подвергающегося одновременно воздействию подвижной нагрузки и мороза, в качестве основного показателя, характеризующего изменение прочности бетона при циклическом замораживании и оттаивании, приняли прочность на растяжение при изгибе. Для экспериментов использовали балки размером 10X10X40 см, изготовленные на цементе Николаевского и Белгородского заводов, гранитном и известняковом щебне и гравии крупностью 5...15 и 15...30 мм в соотношении 40 и 60 (% по массе), кварцевый песок с Мк=2,45. Составы бетонов на гранитном щебне 1 : 1,61 : 3,53—1 : 1,81 : 3,53; на известняковом щебне 1 : 1,77:3,41— 1:1,80:3,47; на гравии 1:1,80:3,53; В/Ц на гранитном щебне и гравии 0,4... 0,45, на известняковом щебне — 0,52... 0,55; О. К.=2...3 см, Ц=360 кг/м3.

Испытаниями установлено, что прочность бетона после замораживания зависит, главным образом, от содержания вовлечеииого воздуха (выделенного газа). Прочность бетонов с содержанием вовлеченного воздуха 4,5..6,8% и газа 2.4...3.6% после 200 циклов замораживания образцов снизилась по сравнению с эталонными образцами в среднем на 5%. Однако прочность большинства образцов после замораживания была выше, чем до начала опытов (см, таблицу).

Для исследования морозостойкости бетона в производственных условиях на полигоне СоюздорНИИ изготовили 106 бетонных плит размером 45X90X10 см с содержанием вовлеченного воздуха 2...12%, выделенного газа 1,7...3,3% с добавками СДБ, СНВ, мылонафта, ГКЖ-10, ГКЖ-11 и ГКЖ-94. Для плит использовали портландцемент марки 400 Себряковского и Белгородского заводов, гранитный, известняковый щебень и гравий крупностью 5...25 мм, песок с •Мк=2.1...2,3. Составы бетонов (по массе) на гранитном щебне 1:1,65; : 3,48—1 : 1,80 : 3,54; на известняковом щебне 1 : 1,77 : 3,39—1 : 1,85 : 3,39; на гравии 1:1,75:3,54; Ц = 360 кг/м3; В/Ц=0,40...0,45, О. К.= 1,5...2 см. Прочность бетона в зависимости от количества вовлечеииого воздуха (выделенного газа) на сжатие 17,8...50,8 МПа. Плиты подвергали замораживанию в присутствии хлористых солей. Деструкцию бетона оценивали по десятибалльной шкале, разработанной применительно к шкале Шестоперова. Оценка в баллах характеризует шелушение от глубокого (2...2,5 см) — 1 балл, до полной сохранности поверхности—10 баллов. За 10 лет испытаний плиты подвергли п общей сложности 403 циклам замораживания и оттаивания в присутствии солей-антиобледенителей.

Испытания в природных условиях подтвердили данные лабораторных исследований о возможности получения морозостойких бетонов при введении добавок ПАВ и кремнийорганических соединений. Бетонные плиты с воздухововлекающими добавками с содержанием вовлеченного воздуха 5...12,2%, с газообразующей добавкой ГКЖ-94 с содержанием газа 2,7...3,3% после 10 лет экспериментов полностью сохранились. Плиты с меньшим объемом вовлеченного воздуха (выделенного газа) после 3... 5 зим имели значительные повреждения. Плиты без добавок после первой зимы имели сильные повреждения (рис. 2).



Бетон и железобетон, 1990