Эффективность искусственных воздушных пор бетона

Если для бетонов обычных составов морозостойкость редко превышает 200 циклов, то при искусственном воздухововлечении она достигает 1000-2000 циклов.

Можно отметить, что при этом происходит существенное изменение структуры цементного камня: количество воздушных пор в его 1 см³ достигает 250 тысяч.

К достоинствам искусственных воздушных пор относится и то, что уже по их объему, а еще более точно по объему и размерам можно оперативно прогнозировать морозостойкость бетона.

Объем воздуха является простейшим критерием. При его использовании учитывается, является ли воздух естественным или воздушная фаза сформировалась в присутствии воздухововлекающей добавки. В последнем случае, при уверенности в качестве добавки, можно с высокой степенью вероятности предполагать малые размеры воздушных пор и их высокую эффективность.

Вообще объем воздуха или воздушных пор было бы корректней относить не к объему бетона, как это делается, а к объему цементного камня, который они защищают. Иногда это учитывают косвенным образом, нормируя большее содержание воздуха для бетонов с меньшей крупностью заполнителей т. е. с большим объемом цементного камня.

Следует отметить достоинства этого критерия: определение производится просто и быстро уже на бетонной смеси, что позволяет оперативно корректировать технологию. Применяются два способа определения объема воздуха. Простейшим из них является сопоставление фактической плотности бетонной смеси с теоретической, рассчитанной по уравнению абсолютных объемов (этим способом определяется и коэффициент уплотнения бетонной смеси). Метод считается не вполне корректным из-за неточности определения теоретической плотности смеси.

Для объема вовлеченного воздуха метод можно модифицировать, если сравнивать фактические плотности бетонных смесей: без и с воздухововлекающей добавкой. Именно разность плотностей дает количество дополнительно вовлекаемого воздуха, которое и нужно стабилизировать. Разумеется, более корректным является метод давления, стандартизированный ГОСТ 10181.

Недостатком критерия является невозможность оценить размеры воздушных пузырьков. Хотя в присутствии воздухововлекающей добавки они достаточно малы, их размеры могут колебаться в зависимости от ряда факторов: вида добавки, В/Ц смеси, времени вибрации и т. д. Поэтому более надежны критерии, учитывающие размеры воздушных пор.

Параметры воздушных пор определяются на шлифах бетона под микроскопом. Самый простой из применяемых критериев: содержание воздушных микропор (до 0,3 мм). Он учитывает действительно «работающие» поры, но не дифференцирует их эффект внутри широкого интервала 0,01-0,3 мм. Этого недостатка лишен фактор расстояния Т. Пауэрса, получивший наибольшее распространение.

Для расчета фактора расстояния используется представление об идеализированной системе воздушных пор. Объем и количество пор в ней те же, что и в реальной системе, но они одинаковы по размеру и расположены на равном расстоянии друг от друга. Каждая пора находится в центре куба из цементного камня.

В основе определения параметров воздушных пор лежит линейный метод, согласно которому распределение компонента на плоскости вдоль произвольно рассмотренных линий равно его содержанию в материале. Метод используется в геологии для определения состава горных пород, возможно и определение состава бетона. Используются шлифы, а иногда и срезы бетона. Они просматриваются вдоль ряда линий под микроскопом. Для определения параметров воздушных пор измеряются длины их хорд, попавших на эти линии, и подсчитывается их количество.

Определение параметров воздушных пор является достаточно сложным. В то же время оно может быть проведено в короткие сроки. Для изготовления шлифов и их анализа достаточно 3—4 суток с момента приготовления образцов. Само определение требует измерительного микроскопа, лучше стереоскопического, с увеличением 40—60. В простейшем случае достаточно срезов бетона и измерительной лупы. Может быть использована поверхность кернов. И хотя метод гораздо более трудоемок, чем определение объема воздуха в бетонной смеси, он не идет ни в какое сравнение по длительности со стандартным определением морозостойкости бетона.

Использование фактора расстояния во многих странах облегчается тем, что в них ограничиваются понятием «морозостойкий бетон» (без разделения на марки). Считается, что для получения такого бетона фактор расстояния не должен превышать 0,2—0,25 мм. К сожалению, эти данные трудно привязать к российским маркам по морозостойкости. Результаты значительных исследований морозостойкости бетона с вовлеченным воздухом, включающие определение фактора расстояния, изложены в работе. Они показывают, что при факторе расстояния 0,18-0,23 мм бетоны имели морозостойкость порядка 500-1000 циклов. Фактор расстояния для высокоморозостойких бетонов не должен превышать 0,2 мм.

Сильное влияние искусственных воздушных пор на морозостойкость бетона ослабляет влияние на нее других факторов, но не отменяет их полностью. Из них наибольшее значение придается В/Ц. Поэтому, как правило, его нормируют одновременно с объемом вовлеченного воздуха. При этом В/Ц обычно находится на уровне 0,55—0,45, понижаясь при повышении требований к морозостойкости бетона.