Литые непластифицированные бетоны имеют сравнительно низкую морозостойкость из-за большого объема капиллярных пор, доступных для замерзающей воды. Некоторого повышения морозостойкости литых бетонов достигают введением в их состав бентонитовой глины, способствующей, по мнению авторов работы [32], образованию микропористой структуры цементного камня и переводу большей части свободной воды в сольватное состояние. Этим обеспечивается незамерзание воды в большей части пор при температуре до —20°С. Однако при дальнейшем снижении температуры это преимущество литых бетонов с бентонитом исчезает, и морозостойкость резко снижается.

Принципиально новые возможности повышения морозостойкости литых бетонов за счет снижения водосодержания смеси и соответственно объема капиллярных пор открывают СП. Воспользовавшись известной формулой объема капиллярных пор [17], нетрудно увидеть, что при постоянной степени гидратации (например, ?=0,6) для исследованных составов (см. табл. 16) введение С-3 позволяет уменьшить vкап на 17...20%. Вывод о том, что СП, являясь эффективным средством повышения подвижности бетонных смесей, вместе с тем не повышают морозостойкости бетонов [47], следует конкретизировать. Он может быть справедлив лишь для смесей с одинаковой водопотребностыо, но не равной подвижности. Экспериментально доказано, что снижение водосодержания при введении в литые бетоны С-3 существенно повышает морозостойкость [59].


Как известно [43], существуют два основных технологических способа повышения морозостойкости: 1) увеличение плотности и уменьшение количества замерзающей воды; 2) создание системы условно замкнутых полостей, заполненных воздухом или газом. Возможности первого способа значительно более ограничены, чем второго. Введение, например, воздухововлекающих добавок, как показывает отечественный и зарубежный опыт [4], позволяет увеличить морозостойкость бетона в 3...5 раз и более. СП нафталинового типа имеют слабое воздухововлекающее действие. В опытах [47] введение С-3 в количестве 0,5% в бетонную смесь с начальной осадкой конуса 2 см вызвало вовлечение дополнительно 1,6% воздуха. В связи с этим для обеспечения высокой морозостойкости литых бетонов рекомендованы ПФМ, содержащие воздухововлекающие компоненты: нейтрализованную воздухововлекающую смолу или талловый пековый клей [47]. При содержании воздуха 4,5...5,5% литые бетоны с добавкой ПФМ после 600 циклов замораживания и оттаивания продолжали наращивать прочность, в то время как без добавок имели марку по морозостойкости Мрз 200.


Нами определена морозостойкость бетонов с добавками ПФМ, содержащими замедлители схватывания, главное назначение которых — увеличение жизнеспособности литых пластифицированных бетонных смесей. Как показано в главе 3, воздухововлекающая способность исследованных ПФМ неодинакова. Наибольшей воздухововлекающей способностью обладают гидрофобизующие добавки типа КО СЖК, меньшей — гидрофилизующие добавки, (СДБ), а затем сахаросодержащпе ПАВ. Неорганические соли — электролиты — не обладают поверхностной активностью и практически не сказываются на воздухововлечении.

Рис. 35. Изменение скорости ультразвука в процессе испытания бетонов на морозостойкость
Рис. 35. Изменение скорости ультразвука в процессе испытания бетонов на морозостойкость
Испытания бетонов на морозостойкость проводили по ГОСТ 10060—76 (ускоренный метод, температура — 50°С). Кинетику изменения прочности бетонов по мере циклического замораживания и оттаивания определяли по изменению скорости прохождения ультразвука на приборе УК-10П (табл. 28 и рис. 35). Анализ показывает, что введение в бетоны ПФМ, содержащих композиции СП и ПАВ — замедлители схватывания, приводит к заметному увеличению морозостойкости по сравнению с бетонами, содержащими добавку лишь одного СП. При этом повышение морозостойкости определенным образом коррелируется с дополнительным воздухововлечением. Вместе с тем строгой пропорциональности здесь не обнаружено, что, по-видимому, связано с особенностями модифицирования добавками ПФМ пористой структуры бетонов.

Рис. 36. Зависимости параметра Fк
Рис. 36. Зависимости параметра Fк
где vэ — объем воздуха, эмульгированного добавкой ПАВ; vкап — объем капиллярных пор.

Отношение (vк+vэ)/vкап считают модифицированным компенсационным фактором [24, 27, 28]. Объем эмульгированного воздуха можно находить по разности' объемов суммарного вовлечения воздуха, определенного стандартным компрессионным методом, и защемленного воздуха, установленного по экспериментальным графическим зависимостям (рис. 36) [23].

Объем контракционных и капиллярных пор удобно находить по формулам Г. И. Горчакова [17]. При этом объем собственно капиллярных пор, образованных избыточно испаряемой водой, целесообразно суммировать с объемом пор, образованных в результате недоуплотнения:



где Ку — коэффициент уплотнения бетонной смеси.

В табл. 28 наряду с экспериментальными приведены расчетные значения морозостойкости, определенные по уравнению показательной функции [23]:



При расчете модифицированного компенсационного фактора значения степени гидратации принимали по данным, полученным ранее при исследовании гидратации цементного камня с добавками ПФМ. Эти данные показали, что к возрасту 28 сут степень гидратации цементов с исследованными композиционными добавками выравнивается и применительно к использованному среднеалюминатному портландцементу Здолбуновского ЦШК может быть принята ?=0,6.

Обработка экспериментальных данных показала, что при одних и тех же заполнителях значения коэффициента К (5.16) оказываются различными в зависимости от вида ПФМ: для бетонов без добавок, а также с добавками С-З, C-3+Na3PO4 и C-3+Na2B4O7 K=150; С-З+СДБ и С-З+КО СЖК К= 170; С-З+КП, С-З+МС и С-З+ИСС К=185. Это, по-видимому, можно объяснить особенностями воздушно-поровой и кристаллизационной структуры, формируемой в бетонах различной природы. При сравнительно невысоком общем воздухововлечении бетоны с сахаросодержащими ПФМ показали достаточно высокую морозостойкость, что подтверждается экспериментальными данными и других авторов [49]. В целом анализ экспериментальных и расчетных данных табл. 28 показывает их достаточно удовлетворительную сходимость.

При возможности экспериментального определения структурных параметров для прогнозирования морозостойкости бетонов с добавками различных классов эффективно использовать критерий [30]



где Пи — открытая пористость; Пр — условно-замкнутая пористость бетона; Ft и F-10°С — объемное содержание льда при температуре испытания на морозостойкость и при —10°С.

Опыты [30] с бетонами, содержащими разные индивидуальные и комплексные добавки, показали, что между морозостойкостью образцов, определенной по ГОСТ 10060—76, и критерием КМ имеется четко выраженная линейная зависимость.