Работа 16. Определение морозостойкости цементного камня

Работа 16. Определение морозостойкости цементного камня

Цель работы: оценить морозостойкость цементного камня.

Общие положения

Во время эксплуатации портландцемент и изделия на его основе могут подвергать­ся многократному попеременному замораживанию и оттаиванию. При замерзании вода увеличивается в объеме примерно на 9 %. Напряжения, возникающие в результате того, что замерзающая вода начинает оказывать избыточное давление на стенки пор и микротрещин, являются основной причиной разрушения бетонных конструкций. Цикличность попеременного замерзания и оттаивания строительных объектов приво­дит к постепенному разупрочнению их структуры и разрушению. Долговечность бетонов в усло­виях низких температур, попеременного замора­живания и оттаивания определяется таким свой­ством, как морозостойкость.

Морозостойкость бетона – способность бетона в водонасыщенном или насыщенном раствором соли состоянии выдерживать многократное замораживание и оттаивание без внешних признаков разрушения (трещин, сколов, шелушения ребер образцов), снижения прочности, изменения массы (Δm<2%) и других технических характеристик.

Морозостойкость, как и коррозионная стойкость, в значительной степени определяется характеристикой поровой структуры цементного камня, при этом наличие открытых пор способствует снижению морозостойкости. Очень тонкое измельчение цемента также отрицательно сказывается на морозостойкости бетонных изделий. Повышение морозостойкости изделий на основе портландцемента достигается наличием в структуре цементного камня равномер­но распределенных мелких сферических пор, в которые при замерзании выдавливается лед.

Существенно влияет на морозостойкость минера­логический состав цемента. Наибольшей моро­зостойкостью обладают алитовые цементы, имею­щие низкое содержание С₃А, и сульфатостой­кие цементы. Содержание С₃А в цементе не дол­жно превышать 8 %, а дозировка гипса — строго соответствовать содержанию алюминатов.

Морозостойкость бетона од­ного и того же состава зависит от наличия растворенных в воде солей, скорости замораживания, условий и длительности предварительного твер­дения (в морской воде она значительно ниже, чем в пресной). Бетоны на рядовых портландцементах без специальных мер по повышению морозостойко­сти выдерживают 5–100 циклов попеременного замораживания и оттаивания (табл. 32).

В настоящее время оценку морозостойкости бетонов проводят в соответствии с ГОСТ 10060-2012.

В соответствии с ГОСТ 10060-2012 маркой бетона по морозостойкости является показатель, соответствующий числу циклов замораживания и оттаивания образцов, определенному при испытании базовыми методами, при которых характеристики бетона сохраняются в нормируемых пределах и отсутствуют внешние признаки разрушения (трещины, сколы, шелушение ребер образцов) (табл. 33). Определяют марки бетона по морозостойкости F1 и F2.

Марку бетона по морозостойкости F₁ определяют для всех видов бетона, кроме бетона дорожных и аэродромных покрытий, а также бетонов, эксплуатируемых при воздействии минерализованной воды, путем испытаний бетона в водонасыщенном состоянии.

Марку бетона по морозостойкости F₂ определяют для бетона дорожных и аэродромных покрытий и бетонов, эксплуатируемых при воздействии минерализованной воды, путем испытаний бетона насыщенного 5 % водным раствором хлорида натрия.

В соответствии с ГОСТ 10060-2012 различают базовые и ускоренные методы определения морозостойкости при многократном замораживании и оттаивании:

- базовые методы: 

·                   первый – для всех видов бетонов, кроме бетонов дорожных и аэродромных покрытий и конструкций, эксплуатирующихся в условиях воздействия минерализованной воды,

·                   второй – для бетонов дорожных и аэродромных покрытий и конструкций, эксплуатирующихся в условиях воздействия минерализованной воды;

- ускоренные методы:

·                   второй – для всех видов бетонов, кроме бетонов дорожных и аэродромных покрытий и конструкций, эксплуатирующихся в условиях воздействия минерализованной воды, легких бетонов марок по средней плотности менее D1500,

·                   третий – для всех видов бетонов, кроме легких бетонов марок по средней плотности менее D1500.

Условия испытаний для определения морозостойкости бетонов в зависимости от используемого метода и вида бетонов принимают по табл. 32.

Методика выполнения работы

Данная работа направлена на оценку максимального числа циклов замораживания и оттаивания образцов-балочек, при котором характеристики образцов остаются в нормированных пределах, а также отсутствуют трещины, сколы, шелушение ребер образцов.

Методика выполнения работы основана на ускоренном (третьем) методе определения морозостойкости цементного камня при многократном замораживании и оттаивании в соответствии с табл. 32.

Формуют образцы определенных составов, после 28 сут нормального твердения образцы разделяют на две серии: основные (предназначены для замораживания и оттаивания) и контрольные (предназначены для определения прочности на сжатие).

Контрольные образцы хранят в воздушно-влажных условиях.

Основные образцы высушивают в сушильном шкафу 2 ч при температуре 100–110 °С. В дальнейшем образцы насыщают 5 % раствором NaCl: балочки ставят вертикально в емкость, наливают раствор таким образом, чтобы балочки были покрыты раствором наполовину - насыщение проводят в течение 30 мин, далее раствор доливают так, чтобы балочки были полностью покрыты раствором, и насыщение проводят еще в течение 30 мин. После насыщения основные образцы помещают в морозильную камеру и выдерживают в ней в течение 1,5 ч при температуре -18 °С, затем образцы помещают в 5 % раствор NaCl при комнатной температуре и выдерживают в растворе в течение 1,5 ч. Выполняют 19, 27 или 35 циклов замораживания-оттаивания, что соответствует марке бетона по морозостойкости соответственно F₁600, F₁800 и F₁1000 (табл. 33).

После выполнения циклов замораживания-оттаивания и контрольные и основные образцы сушат в  сушильном шкафу 2 ч при температуре 100–110 °С. В дальнейшем проводят определение прочности при сжатии у основных и контрольных образцов.

По результатам испытаний образцов проводят статистическую обработку данных (тема 3, работа 18).

При определении прочности на изгиб следует обратить внимание, в каких единицах отображаются показания прибора:

-       если показания приведены в «кг∙с», пересчет прочности в МПа проводится следующим образом: [МПа]= [кг∙с]:10;

-       если показания приведены в «кН», пересчет прочности в МПа проводится следующим образом: [МПа]= [кН]∙10.

-       Значения R_сж определяют с точностью до 0,1 МПа

Таблица 32.

 Условия испытаний для определения морозостойкости бетонов

Таблица 33. 

Соотношение между числом циклов испытаний и маркой бетона по морозостойкости

Определение коэффициента морозостойкости (К_s, %) проводят по формуле:

,

(66)

где  Rсж осн – прочность на сжатие образцов-балочек основной серии;         Rсж контр – прочность на сжатие образцов-балочек контрольной серии.

В соответствии с ГОСТ 10060-2012 марку бетона по морозостойкости устанавливают по числу циклов замораживания и оттаивания, при котором коэффициент морозостойкости серии образцов превышает 90 %, при этом среднее значение уменьшения массы соответствует менее 2%, на образцах отсутствуют трещины, сколы, шелушение ребер.

Материалы и оборудование

Образцы-балочки; эксикатор; водопроводная вода; раствор  NaCl –5%; разрывная машина.

Форма записи результатов

Вид исследуемого цемента –

Вид  и концентрация добавки –

Дата формования –

Дата испытаний –

Результаты определения морозостойкости образцов-балочек записывают в табл. 34.

Таблица 34. 

Определение морозостойкости портландцемента

Условия хранения	Rсж, МПа			Rсж±ΔR	ε	Кs
Воздушно-влажная среда (основные)	Rсж 1	…	Rсж n
Раствор NaCl (контрольные)	Rсж 1	…	Rсж n

Выводы: