Степень морозостойкости бетона устанавливается путем лабораторных испытаний образцов материала. Показателем морозостойкости служит количество циклов "замораживание-оттаивание" до потери образцами определенной массы или прочности.

Для бетонов, используемых в условиях низких температур наружного воздуха, морозостойкость является одним из важнейших свойств, обеспечивающих долговечность конструкций. В строительстве недопустимо пренебрегать показателем устойчивости материала к морозам. Из-за недостаточной морозостойкости увеличивается износ объекта и снижается его несущая способность.

Что такое морозостойкость бетона

Определение морозостойкости продукта подразумевает оценку максимального количества циклов заморозки-оттаивания, при которых характеристики бетона остаются в пределах нормы, и не наблюдаются разрушения в виде сколов, трещин или шелушения рёбер.

Цель лабораторных испытаний бетонной смеси — продемонстрировать «поведение» продукта в природных условиях. Результаты испытаний должны подтверждать ожидаемую реакцию на воздействие внешних факторов. Однако в некоторых случаях достоверность результатов может теряться. В частности, в лабораторных условиях бетон может терять прочность, тогда как в естественной среде этого не происходит. Испытания на морозостойкость бетона (ГОСТ 10060.1-95, ГОСТ 10060.2-95, ГОСТ 10060.3-95, ГОСТ 10060.4-95) подробно описаны в соответствующих документах.

Определение морозостойкости бетона

Морозостойкость бетона определяется в соответствии с ГОСТ 10060-2012 следующими методами:

• Базовый метод.
• Ускоренный метод при многократном замораживании и оттаивании.
• Ускоренные методы при однократном замораживании — дилатометрический и структурно-механический.
• Ультразвуковой метод (по ГОСТ 26134).

Базовый метод является самым трудоёмким. В этом случае бетонные образцы в форме куба размером 100-200 мм насыщают водой по определённому режиму в течение четырёх суток. Затем их помещают в морозильную камеру, где подвергают попеременному замораживанию и оттаиванию (при температуре плюс и минус 18±2 °С) в течение 2-5 часов. Количество циклов испытаний в течение суток должно быть не менее одного. Если после определённого количества циклов прочность на сжатие уменьшилась не более чем на 5%, то марка бетона по морозостойкости принимается как соответствующая требуемой.

Испытания бетона на морозостойкость проводят по нескольким параметрам: по температуре замораживания, размеру контрольного образца, степени насыщенности водой и длительности циклов. Лабораторные условия отличаются от естественных методами высушивания материала. В искусственно созданной среде образец пропитывается водой, а реальные объекты подвергаются сушке на солнце на протяжении всего тёплого периода года.

Способы повышения морозостойкости бетона

Лёд занимает объем, примерно на 10% больший, нежели вода, что и приводит к разрушению бетона на морозе. Морозостойкость бетона напрямую зависит от количества воды в растворе, точнее от водоцементного соотношения. Чем больше цемента в составе, тем выше марка бетона по прочности. Следовательно, вместе с прочностью увеличивается и морозостойкость.

Морозостойкость бетона также определяется его структурой, в частности, количеством макропор. Чем меньше пор, тем меньше мест для скопления воды, что напрямую влияет на долговечность материала. Таким образом, качество укладки бетона играет ключевую роль.

Пустоты и свободная вода внутри бетона способствуют снижению его морозостойкости и быстрому разрушению. Поэтому на повышение морозостойкости бетона влияют такие параметры, как плотность и водонепроницаемость. Использование активных минеральных добавок для связывания портландита в нерастворимые соединения с параллельным уплотнением структуры повышает морозостойкость бетона. Модификация гидратных фаз цементного камня при совместном введении микрокремнезёма и поликарбоксилатного пластификатора способствует формированию гелеобразных низкоосновных гидратных фаз, более устойчивых к циклическим температурным воздействиям. Это позволяет достигать морозостойкости бетона до F2500 без специального воздухововлечения.

Марки и классы бетона по морозоустойчивости

В редакциях ГОСТ морозостойкость бетона обозначается буквой F (от английского "frost" — мороз) и цифрой от 25 до 1000, которая указывает на количество циклов замерзания-оттаивания, которое способен выдержать бетон. По этому параметру различают 11 марок бетонной смеси. Например, согласно ГОСТ и СНИП, морозостойкость бетона F50 означает, что смесь выдержит около 50 циклов замораживания и оттаивания, а морозостойкость F200 — более 200 циклов.

В дополнение к маркировке стройматериала применяется таблица классов морозоустойчивости бетона. Класс бетона по морозостойкости соответствует параметрам бетонной смеси и учитывает состав, входящие в неё ингредиенты для повышения морозоустойчивости, а также условия затвердения и эксплуатации. Существует четыре класса данного материала, которые охватывают все аспекты, влияющие на морозостойкость.

Низкая морозостойкость снижает несущую способность конструкции и приводит к быстрому поверхностному износу. Низкие температуры вызывают расширение воды в порах материала: чем больше объём пор, доступных для воды, тем ниже морозостойкость. Бетоны М100 и М150 обычно относятся к классу морозостойкости F50, тогда как бетоны М300 и М350 — к классу F200 и выше.

Морозостойкость материала увеличивается с введением различных цементных смесей, а также газообразующих, воздухововлекающих, пластифицирующих или других добавок, снижающих макропористость. Максимальной морозоустойчивостью обладают плотные материалы с качественным гранитным щебнем.