(495) / 662-39-51, 662-39-52, 662-39-53
Мы не строим воздушные замки.
Мы строим дороги в небо!
  • 1_mal
  • 2_mal
  • 3_mal
  • 4_mal
  • 5_mal
  • 6_mal
  • 7_mal
  • 8_mal
  • 9_mal

О компании

Публикации

Некоторые особенности оценки морозостойкости дорожного бетона.

В настоящее время разработаны и широко представлены на рынке разнообразные новые, эффективные, «инновационные» бетоны (например, бетоны с высокими эксплуатационными характеристиками, High Performance Concrete, HPC, порошковые, высокопрочные бетоны и пр.), сухие строительные ремонтные смеси и др., предлагаемые, в том числе, для строительства и ремонта цементобетонных покрытий автомобильных дорог и аэродромов и характеризуемые высокой прочностью и долговечностью, высокой морозостойкостью при испытании в условиях совместного действия циклического замораживания и оттаивания и антигололёдных реагентов. Например, характеризуемые маркой F2200-F2400 и более при испытании на морозостойкость по второму базовому или третьему ускоренному методу ГОСТ 10060-2012, в 5% водном растворе хлорида натрия.

При этом, даже поверхностный анализ составов таких бетонов (например, по документам о составе или по паспортам качества) показывает, что, как правило, в них нарушены известные требования, предъявляемые как обязательные к бетону покрытий с целью обеспечить высокую морозостойкость бетона. Чаще всего, в таких бетонах:

- отсутствуют воздухововлекающие или газообразующие добавки и требования к нормируемому объёму вовлечённого воздуха в бетонной смеси (требование ГОСТ 26633-2012);

- используется цемент или комплексное вяжущее с высокой удельной поверхностью (например, величиной более 500м2/кг),

- содержатся различные тонкомолотые минеральные добавки (активные, пуццолановые, микронаполнители и пр.), расширяющие компоненты (например, высокоалюминатные или сульфоалюминатные и пр.), запрещённые в цементе для бетона покрытий (ГОСТ 1078-85, ГОСТ Р 55224-2012).

Бетоны обычных классов по прочности также подвергаются ревизии требований к их составам и свойствам применяемых материалов, предъявляемых с точки зрения обеспечения их высокой морозостойкости. Например, в бетонах классов по прочности на сжатие В30-В40, обосновывается возможность использования:

- недостаточно морозостойкого щебня (чаще всего, известнякового) или щебня с превышением норм вредных компонентов и примесей  (ГОСТ 26633-2012);

- песка и щебня неоптимального зернового состава по ГОСТ 26633-2012 (например, одномерных, прерывистой гранулометрии);

- цемента с минеральными добавками или вспомогательными компонентами (ГОСТ Р 55224-2012);

- одиночных химических добавок суперпластификаторов или гиперпластификаторов без воздухововлекающих или газообразующих добавок (ГОСТ 26633-2012), и т.д.

Если декларируемые данные о высокой морозостойкости бетонов, приготовленных с нарушением известных нормативных требований к материалам и составу бетона покрытий, достоверны, то логично пересмотреть действующие нормы. С другой стороны, возможно испытания бетона, подтверждающие его высокую морозостойкость, были выполнены недостаточно корректно.

         В ряде отечественных ГОСТов при необходимости отступить от действующих требований предлагается предварительно провести обосновывающие исследования (например, ГОСТ 26633-2012, п.3.5.4). Однако методика проведения таких исследований нигде не прописана.

В связи с этим становится актуальным более чётко определить методы испытания и методику проведения обосновывающих исследований с точки зрения гарантированного обеспечения морозостойкости бетона покрытий при отклонении от норм действующих стандартов, аккумулирующих накопленный опыт строительства и эксплуатации покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Морозостойкость является важной характеристикой бетона покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Морозостойкость, наряду с требованиями к прочности бетона на растяжение при изгибе и на сжатие, вместе с самостоятельными требованиями к составу бетона покрытий, к применяемым материалам (ГОСТ 26633-2012) определяет долговечность, срок службы покрытия. При нарушении действующих требований к составу бетона покрытий и технологии работ [1], в бетоне возникают типичные морозные разрушения (рис.1-рис.3).

 

Рис.1. Вид телескопического лотка из бетона М350-М400
на 23 км МКАД после года зимней эксплуатации.

 

Морозостойкость бетона покрытий определяют по результатам испытания вторым базовым ГОСТ 10060-2012, при насыщении образцов бетона в 5% водном растворе хлорида натрия, бетона оснований – первым базовым методом, при насыщении образцов бетона в пресной воде.

В обоих случаях базовые методы испытания бетона на морозостойкость предусматривают замораживание насыщенных образцов в воздушно-сухом состоянии при температуре воздуха минус 200С и их оттаивание в среде насыщения при температуре плюс 200С. Морозостойкость бетона характеризуют его маркой (ГОСТ 10060-2012, п.3.3) и предельным состоянием при испытании на морозостойкость, как свойство материала (ГОСТ 10060-2012, п.3.2, п.3.9).

 

Рис.2. Очаговое шелушение покрытия.

 

Рис.3. Морозное растрескивание бетона.

 

Морозостойкость бетона как марка – это нормируемый в проекте показатель, выбраковочный параметр качества бетона, минимальное количество циклов замораживания и оттаивания образцов-кубов в стандартных условиях базовых методов испытания без нормируемых признаков разрушения.

Важно подчеркнуть, что проектная марка бетона по морозостойкости – это минимальный критерий долговечности дорожного бетона. При определении марки бетона по морозостойкости бетон не обязательно доводить до разрушения, как при испытании на прочность (до разрушения образца) или как при определении морозостойкости бетона как свойства. Соответственно, марка бетона по морозостойкости не связана однозначно со сроком службы покрытия (изделия), характеризующим его предельное состояние. Она не показывает, сколько бетон может выдержать циклов без разрушения, а только, что бетон может выдержать не менее, чем заданное проектом количество циклов. Нельзя утверждать, что бетон, соответствующий марке F2300, прослужит  дольше, и тем более, в два раза дольше, чем бетон марки F2150: например, бетон с маркой F2300 может разрушиться через 400 циклов, как и бетон с маркой F2150, в зависимости от их составов.

Марка бетона по морозостойкости отражает известный факт, отмеченный при проведении длительных натурных исследований бетонов в условиях приливной станции в Баренцевом море (С.В.Шестопёровым, Ф.М.Ивановым, В.С.Гладковым, Л.А.Феднером и др.). Эти испытания  показали, что достаточно морозостойкий бетон, выдержавший один (первый) год испытаний в указанных условиях, далее, как правило, выдерживает ещё несколько лет попеременного замораживания-оттаивания без разрушений, в отличие от неморозостойких бетонов, которые начинали интенсивно (лавинообразно) разрушаться уже после первого года испытаний. Соответственно, введённая у нас в стране в 60-70-ые годы прошлого века марка бетона по морозостойкости являлась некоторым аналогом этого первого года эксплуатации бетона в условиях приливной станции по воздействию на бетон, служила некоторым прогнозным, выбраковочным критерием.

Марку бетона покрытий и оснований по морозостойкости назначают по
СП 34.13330.2012, СП 121.13330.2012 в зависимости от среднемесячной температуры воздуха наиболее холодного месяца (таблица 1) и указывают в проекте. При этом, марку бетона в покрытии назначают для разных климатических зон, на которые разделена РФ, отражающих накопленный опыт строительства и эксплуатации покрытий автомобильных дорог и аэродромов (рис.4).

Проектная марка дорожного бетона по морозостойкости.

Таблица 1.

Назначение дорожного бетона

Минимальные проектные марки бетона по морозостойкости для районов со среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца, °С

От 0 до минус 5

От минус 5 до минус 15

Ниже минус 15

Бетон покрытий, F2

100

150

200

Бетон оснований, F1

25

50

50

Примечание: среднемесячную температуру воздуха наиболее холодно месяца  

                         для районов строительства следует определять по СП 

                         131.13330.2012.

 

Следует отметить, что ГОСТ 10060-2012, действующий в нашей стране,  морозостойкость бетона определяет по изменению прочности бетона с циклами замораживания-оттаивания, в отличие от стандартов Европы и США, по которым морозостойкость бетона оценивают по изменению динамического модуля упругости.

При этом, допустимое снижение модуля упругости бетона после испытания на морозостойкость устанавливается большим, чем нормируемое возможное снижение прочности бетона (ГОСТ 10060-2012, п.А.3.8). Т.е., принятое испытание бетона на морозостойкость в нашей стране по критерию снижению прочности более жёсткое, чем принято за рубежом.

Одновременно, везде оценивают стойкость бетона покрытий против действия циклического замораживания-оттаивания в присутствии антигололёдных реагентов визуально, по шелушению или появлению трещин и сколов на поверхности и рёбрах образцов.

Рис.4. Районирование территории РФ по морозостойкости бетона покрытий по СП 121.13330-2012.

 

При этом, в Европе и США в качестве среды насыщения образцов используют не 5% водный раствор хлорида натрия, как в нашей стране, а пресную воду (для оценки модуля упругости бетона) или 3% водный раствор хлористого кальция (для оценки шелушения). Эти особенности обусловлены, скорее всего, различием в климатических условиях и отражают особенности используемых для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и аэродромах солей-антиобледенителей (для более низкой температуры воздуха в зимний период эксплуатации покрытий доля хлорида натрия в смеси с хлоридом кальция в составе антигололёдных реагентов возрастает).

Эти различия в испытании бетона на морозостойкость, в частности, следует учитывать при использовании зарубежных материалов для строительства и ремонта покрытий в нашей стране.

Морозостойкость бетона как свойство, как предел стойкости – это максимальное количество циклов замораживания и оттаивания образцов-кубов в стандартных условиях испытания без нормируемых признаков разрушения (ГОСТ 10060-2012, п.3.9). Для этого следует довести образцы бетона до разрушения при испытании на морозостойкость, как доводят до разрушения контрольные образцы бетона при испытании на прочность. В этом случае, достигнутые предельные циклы замораживания и оттаивания могут служить мерой его долговечности, а не предварительной, приёмочной характеристикой, как определение марки бетона по морозостойкости.

Как правило, такие сравнительные испытания требуют большего количества циклов, чем для определения только проектной марки бетона по морозостойкости. По данным Союздорнии, снижение прочности и появление других признаков морозного разрушения бетона покрытий (шелушения, отколов, трещин), приготовленном с соблюдением всех действующих сегодня нормативных требований к его составу и материалам, к условиям твердения и пр., наступают, ориентировочно, после 500-700 циклов замораживания и оттаивания по второму базовому методу ГОСТ 10060-2012.

Методически именно такие испытания дорожного бетона можно считать обосновывающими для новых составов бетона с отклонением от нормативных требований к составу и качеству компонентов морозостойких бетонов. Важно, что такие испытания для подтверждения эффективности предлагаемых материалов и технических решений должны быть проведены в сравнении с наилучшими или типичными существующими стандартными составами, материалами и технологиями: новый бетон или материал не должен быть хуже [2].

В настоящее время при испытании бетона покрытий на морозостойкость широкое распространение получил третий ускоренный метод ГОСТ 10060-2012, при замораживании образцов бетона в 5% водном растворе хлорида натрия при температуре минус 500С и оттаивании в этом же растворе при температуре плюс 200С. Третий ускоренный метод испытания бетона на морозостойкость был и в предыдущей редакции ГОСТ 10060-95. Он позволяет существенно сократить сроки испытания. Так, образцы бетона покрытий, выдержавшие испытание через 10, 20 и 37 циклов замораживания-оттаивания по третьему ускоренному методу, соответственно, должны выдержать не менее 150, 200 и 300 циклов по второму базовому методу, т.е., обеспечить достижение марок бетона F2150, F2200, F2300.

Важно отметить, что соотношение между циклами по ускоренному и базовому методу не отражает однозначную или корреляционную связь, а представляет собой «пороговую» оценку: образцы бетона, выдержавшие ускоренное испытание, должны выдержать не менее определённого числа циклов по базовому методу. Т.е.,  испытание по ускоренному методу более жёсткое, чем по базовому. Именно поэтому, ГОСТ 10060-2012 (п.4.3) устанавливает в спорных случаях, как окончательные, использовать результаты испытаний по базовым методам.

Однако, в описании данного ускоренного метода в ГОСТ 10060-2012 неточно, нестрого, неоднозначно указано, где измерять температуру замораживания и оттаивания в климатической или морозильной камере, на воздухе или непосредственно в растворе хлорида натрия, где расположены образцы бетона. Заводы-производители камер устанавливают датчики температуры на воздухе, где температура существенно отличается от температуры в растворе хлорида натрия. Эту разницу в показателях температуры иллюстрирует рис. 5.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5а.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5б.

Рис.5 Температура в камере КРК-400 «ИЛКА» (а) и ТВ-1000 (б)

со временем при испытании по третьему ускоренному методу ГОСТ 10060-2012.

1 – температура воздуха в камере, 2 – в лотках с 5% водным раствором NaCl.

Как видно, если контролировать температуру при испытании на воздухе, можно совершить грубую ошибку. Например, при температуре воздуха в камере минус 500С, температура в 5% водном растворе хлорида натрия достигнет только минус 20-300С, а при оттаивании – плюс 5-100С, а не плюс 200С на воздухе, в зависимости от используемой камеры, её объёма и загрузки образцами. Возможно, именно этим объясняются известные оптимистические результаты испытаний некоторых составов бетона или ремонтных материалов.

Рис.6 иллюстрирует результаты проведения испытаний различных составов бетона на морозостойкость по третьему ускоренному методу ГОСТ 10060-2012, когда осуществляли контроль температуры именно раствора хлорида натрия, а не только воздуха в камере, в сравнении со стандартными составами бетона покрытий, соответствующими современным требованиям ГОСТ 26633-2012. Испытания были проведены в лаборатории ООО «Биотех». При этом, завершением цикла замораживания или оттаивания считали момент достижения требуемой температуры в растворе хлорида натрия, не выдерживали при достигнутой температуре 2,5 часа, что несколько ослабляло требование ГОСТ 10060-2012 (п.6.2.3.1).

Несмотря на это, представленные на рис.6 результаты испытаний бетонов на морозостойкость подтвердили справедливость, необходимость соблюдения всех известных требований к составу бетона покрытий и материалам для его приготовления. Составы бетона с отклонениями от требований к бетону покрытий по ГОСТ 26633-2012 по содержанию вовлечённого воздуха в бетонной смеси, по применению воздухововлекающих добавок или добавок-микронаполнителей типа микрокремнезёма, по использованию сульфоалюминатных цементов и пр. характеризовались маркой по морозостойкости не более F2150.

При этом контрольные стандартные составы бетона выдержали 37 циклов, т.е., обеспечили достижение марки не менее F2300.

Здесь контрольные для сравнения составы бетона – это составы бетона класса Вtb4,0 В30 по прочности, марок П1 (П3) по удобоукладываемости, подобранные для устройства покрытий в а/п «Курумоч», г.Самара, и а/п «Пулково», г.С.Петербург, по ГОСТ 27006-86, ГОСТ 26633-2012.  

Наличие в некоторых из исследованных составов металлической или полимерной фибры, редиспергированных полимерных порошков, использование низких водоцементных отношений (В/Ц=0,30 и ниже) и жёстких бетонных смесей не обеспечило достижение требуемой высокой морозостойкости, при указанном корректном испытании на морозостойкость, при контроле температуры замораживания и оттаивания водного раствора хлорида натрия, а не воздуха.

 

Рис.6. Морозостойкость бетона при испытании по третьему ускоренному методу ГОСТ 10060-95.

 

Можно предложить внести в действующий ГОСТ 10060-2012 дополнение чётко сформулировать требование контролировать температуру не только воздуха в климатической камере, но обязательно и среды замораживания и оттаивания образцов бетона.

Также, предлагается ГОСТ 26633-2012 (п.3.5.4) дополнить методическим указанием проводить обосновывающие исследования при обязательных сравнительных испытаниях предлагаемых к применению составов, материалов и технологий с лучшими или типичными существующими, соответствующими стандартам на бетон покрытий, при доведении образцов до разрушения, при определении морозостойкости бетона как свойства.

Важно также отметить, что внешние признаки морозного разрушения образцов (шелушение поверхности и рёбер, трещины и отколы) имеют самостоятельное значение, не всегда коррелируют с потерей массы (образцы могут шелушиться и одновременно увеличивать массу за счёт дополнительного водопоглощения в условиях микротрещинообразования) или со существенным снижением прочности (рис.7).

 

Рис.7.а) Бетон В15 П3 на известняке марки 600 после 13 циклов по 2 ускоренному методу ГОСТ 10060-2012.

 

Также следует подчеркнуть, что для аэродромных покрытий стойкость бетона против морозного шелушения имеет важное значение для обеспечения безопасной работы авиационных двигателей: при попадании в них отшелушённых частичек бетона, бетонной пыли быстро выходят из строя лопатки турбин.

 

 

Рис.7. б) Вид образцов бетона вибропрессованных лотков после 37 циклов замораживания-оттаивания по 3 ускоренному методу

ГОСТ 10060-2012.

 

В новой, действующей редакции ГОСТ 10060-2012 изменились критерии морозостойкости бетона по сравнению с предыдущей редакцией ГОСТ 10060-95. Теперь прочность бетона при циклическом замораживании-оттаивании оценивают не по изменению средней в серии величины, определённой по ГОСТ 10180-2012 (при расчёте по четырём максимальным значениям из шести), которая должна была быть не менее 0,95 первоначальной, а по минимальной доверительной границе прочности бетона в серии основных образцов, величина которой должна быть больше 0,90 аналогичной величины в серии контрольных образцов. При этом расчёт прочности ведётся по всем образцам в серии, без отбрасывания минимальных значений, как предусмотрено ГОСТ 10180-2012.

По сути, предполагалось, что с циклами замораживания-оттаивания может снижаться не только средняя прочность бетона из-за накопления микроразрушений в его структуре, но также увеличиваться неоднородность бетона, разброс значений прочности в серии и внутрисерийный коэффициент вариации прочности Vi>V0. Здесь индекс i означает количество циклов, после которых образцы испытывают на прочность. Т.е., предполагалось, что новая редакция ГОСТ 10060-2012 будет более жёсткой, чем предыдущая.

Однако, как показали испытания различных составов бетона на морозостойкость, не всегда коэффициент вариации прочности основных образцов Vi, в серии выше, чем контрольных V0, не подвергнутых замораживанию-оттаиванию. При этом, когда V0 превышает  величину Vi, оценка морозостойкости по новой редакции ГОСТ 10060-2012 может оказаться менее строгой, чем по предыдущей редакции ГОСТ 10060-95.

Например, для иллюстрации такой ситуации можно привести фактические результаты испытаний бетона на морозостойкость: при средней прочности контрольных образцов бетона, определённой по ГОСТ 10060-95, ГОСТ 10180-2012 R0=45,0МПа, средняя прочность серии основных образцов через 10 циклов испытания по третьему ускоренному методу составила R10=42,2МПа. Т.е., бетон не выдержал испытание на морозостойкость по предыдущей редакции ГОСТ 10060-95, R10/R0=0,94<0,95.

В то же время, по ГОСТ 10060-2012 фактическая величина внутрисерийного коэффициента вариации прочности контрольных образцов составила V0=4,38%, основных - V10=1,74%, величина 0,9ХminI=34,4МПа, ХminII=39,6Мпа>34,4МПа. Т.е., по новой редакции ГОСТ 10060-2012 бетон выдержал испытание.

В связи с этим, чтобы новая редакция не ослабляла действие старой, рекомендуется ГОСТ 10060-2012, п.5.2.4.3 дополнить, указать, что  при испытании на морозостойкость следует оценивать не только минимальную  доверительную границу прочности бетона в серии, но и величину средней прочности. При этом, средняя в серии прочность основных образцов бетона после заданного количества циклов замораживания-оттаивания должна быть не менее 0,95 величины средней прочности контрольных образцов при испытании по ГОСТ10180-2012.

С учётом высказанных предложений, можно отметить, что действующий ГОСТ 10060-2012 позволяет получить достоверные результаты морозостойкости бетона. В то же время, он требует доработки, улучшений с тем, чтобы получить надёжный и, в то же время, простой и однозначный метод испытаний.

В частности, ГОСТ 10060-2012 рассматривает серию результатов испытания бетона на прочность до и после циклического замораживания и оттаивания как малую статистическую выборку, подчиняющуюся нормальному закону распределения, что не всегда так, что надо доказывать отдельно. Например, в качестве сравнения, для использования статистических коэффициентов нормального распределения при контроле прочности бетона, ГОСТ 18105-2010 требует предварительно объединить серии результатов испытания бетона на прочность по ГОСТ 10180-2012 в партии, уже которые рассматривает как подчиняющиеся нормальному закону распределения и по которым ведёт контроль прочности.  

 

Список  литературы.

1. Шейнин А.М., Эккель С.В. Высокопрочные и высокоморозостойкие бетоны для дорожного строительства. – Строительная техника и технология. – 2004 - №1, с.62-65.

2. Шейнин А.М., Эккель С.В. Об обеспечении морозостойкости бетона конструкций дорожно-транспортного назначения. Строительные материалы. 2005-№8-с.58-61.

 

 

"Тухнологии бетонов" №7-8 2015                                                                                           К.т.н. С.В.Эккель, ЗАО «ИРМАСТ-ХОЛДИНГ».


Назад