Воздухововлекающая добавка создаёт в бетоне миллиарды мельчайших замкнутых пузырьков воздуха — обычно 4–6% объёма — и именно они спасают бетон от разрушения при замораживании. Эти пузырьки работают как разгрузочные камеры для расширяющегося льда. Без правильной системы воздушных пор высокую марку по морозостойкости (F200 и выше) в условиях Дальнего Востока получить практически невозможно, какой бы плотной ни была смесь.
Почему мороз рвёт бетон
В порах затвердевшего бетона всегда есть вода. При замерзании она увеличивается в объёме примерно на 9%. Если поры заполнены и закрыты, растущий лёд создаёт гидравлическое давление, которое выдавливает незамёрзшую воду по капиллярам. Сопротивление капилляров этому потоку рождает напряжение, превышающее прочность бетона на растяжение, — структура трескается изнутри. За зиму в Хабаровске десятки переходов через ноль, и каждый цикл повторяет удар. Накопление микроповреждений приводит к шелушению поверхности и потере прочности. Связь морозостойкости и плотности подробно разобрана в статье «Морозостойкость F и водонепроницаемость W».
Как пузырьки снимают давление
Вовлечённые пузырьки — это пустые, не заполненные водой камеры рядом с капиллярами. Когда лёд начинает расти и выдавливать воду, ей есть куда уйти — в ближайший пузырёк, прежде чем давление достигнет опасного. Ключевой параметр — не процент воздуха сам по себе, а расстояние между пузырьками (фактор расстояния): вода должна успеть «добежать» до пустоты раньше, чем разорвётся бетон. Безопасный фактор расстояния — менее 0,2–0,25 мм. Поэтому пузырьки должны быть мелкими и густо рассеянными по всему объёму, а не редкими крупными кавернами.
Химия добавки
Воздухововлекающие добавки — это поверхностно-активные вещества (ПАВ): соли смоляных кислот (абиетаты), синтетические сульфонаты, эфиры. Их молекулы имеют гидрофильный и гидрофобный концы. При перемешивании они:
- стабилизируют пузырьки воздуха, захваченные при замесе, не давая им слиться и всплыть;
- задают мелкий размер пузырьков (10–300 мкм);
- удерживают их равномерно распределёнными в цементном тесте.
Без ПАВ воздух, попавший при замешивании, либо выходит, либо образует редкие крупные пустоты, не дающие защиты. Общая логика работы добавок — в материале «Добавки в бетон».
От чего «уходит» воздух
Вовлечённый воздух — характеристика непостоянная: между заводом и опалубкой его процент меняется, и не в лучшую сторону. Что влияет:
- Перемешивание и время в пути. Долгая езда в барабане миксера частично «выбивает» пузырьки — к объекту воздуха меньше, чем на заводе. Поэтому смесь дозируют с поправкой на потери в пути.
- Перекачка бетононасосом. Резкие перепады давления в магистрали и удар на выходе схлопывают часть пузырьков — после насоса воздух нередко падает на 1–2%. Для перекачиваемого морозостойкого бетона это закладывают заранее.
- Температура смеси. В горячей смеси воздуха вовлекается меньше и держится он хуже.
- Тонкие добавки и зольность. Микронаполнители и зола-унос «съедают» часть ПАВ, снижая воздухововлечение.
- Чрезмерное вибрирование. Затянутое уплотнение выгоняет мелкие защитные пузырьки.
Вывод: процент воздуха проверяют там, где смесь укладывают, а не только на заводе. Если бетон едет далеко или идёт через насос — это учитывают в подборе. Как принимать смесь на объекте — в материале «Как принять бетон на объекте».
Совместимость с пластификаторами
Морозостойкий бетон почти всегда содержит и воздухововлекающую добавку, и пластификатор — а они влияют друг на друга. Суперпластификаторы-поликарбоксилаты особенно капризны: одни марки усиливают воздухововлечение, другие, наоборот, гасят пузырьки или укрупняют их, портя систему пор. Поэтому пару «воздухововлекающая + пластификатор» подбирают совместно, на пробных замесах, а не складывают два «хороших по отдельности» продукта. Как работают современные пластификаторы — в материале «Суперпластификаторы-поликарбоксилаты».
Отдельная тонкость — порядок и точность дозирования: воздухововлекающие добавки вводят в очень малых количествах, и ошибка в десятые доли заметно меняет процент воздуха. Поэтому это всегда заводское дозирование с проверкой, а не «долить на объекте».
Сколько воздуха и какова цена
Норма вовлечённого воздуха зависит от крупности заполнителя: чем мельче щебень, тем больше нужно воздуха (выше удельная поверхность капилляров).
| Наибольшая крупность заполнителя, мм | Рекомендуемый объём воздуха, % |
|---|---|
| 10 | 5–7 |
| 20 | 4–6 |
| 40 | 3,5–5 |
Плата за морозостойкость — прочность: каждый процент воздуха снижает прочность на сжатие примерно на 3–5%. Это закладывают в подбор состава: немного уменьшают В/Ц, и марка сохраняется. Выигрыш по долговечности при этом несопоставимо больше потери прочности. Связь прочности и состава — в статье «Класс прочности B и марка М».
Есть и приятный побочный эффект: миллиарды мельчайших пузырьков работают как смазка и заметно улучшают удобоукладываемость и связность смеси. Воздухововлечённый бетон легче укладывается, меньше расслаивается и меньше водоотделяет. Поэтому небольшое воздухововлечение иногда вводят и ради реологии, а не только морозостойкости — но тогда строго контролируют процент, чтобы не «съесть» прочность. Как воздух влияет на поведение смеси — в материале «Удобоукладываемость и реология бетонной смеси».
Вовлечённый воздух против «дырок» от плохого уплотнения
Важно не путать два разных воздуха. Вовлечённый — это система мелких равномерных замкнутых пор, защита от мороза. А вот крупные неравномерные пустоты от недовибрирования или расслоения — это дефекты: они снижают прочность и плотность, но не защищают от циклов замораживания, потому что не образуют правильной системы с малым фактором расстояния. Поэтому морозостойкий бетон требует и добавки, и качественного уплотнения. Как избежать каверн — в статьях «Дефекты бетонирования: раковины и каверны» и «Виброуплотнение бетона». Здесь есть тонкость: чрезмерное вибрирование «выгоняет» часть вовлечённого воздуха, поэтому режим уплотнения для воздухововлечённого бетона выдерживают аккуратно.
Контроль на производстве
Объём вовлечённого воздуха — нормируемая характеристика, его проверяют на свежей смеси прибором (по методу сжатия воздуха в поромере) при каждом подборе и в производстве. Сам по себе процент не гарантирует морозостойкость — параметры пор (размер, фактор расстояния) подтверждают петрографическим анализом и прямыми испытаниями на морозостойкость по циклам замораживания-оттаивания.
Марку по морозостойкости F определяют по ГОСТ 10060: образцы насыщают водой и подвергают многократным циклам замораживания и оттаивания, после чего сравнивают прочность (или потерю массы) с контрольными. Марка F150 означает, что бетон выдержал соответствующее число циклов без недопустимого падения прочности. Есть базовый и ускоренный методы (в растворе соли цикл жёстче), и для дорожного бетона под реагенты применяют именно солевой режим. Таким образом, процент воздуха — это входной параметр на свежей смеси, а сама марка F — результат прямого циклического испытания затвердевшего бетона. Связь марок F и W и их физику смотрите в материале «Морозостойкость и водонепроницаемость».
Наша аккредитованная лаборатория контролирует и воздух в смеси, и марку по морозостойкости — это часть паспорта качества партии.
ДВ: почему без воздуха никак
Климат Хабаровска — это резкие перепады, влажность, многократный переход через ноль. Для уличных конструкций (отмостки, площадки, наружные стены, опоры) и заглублённых элементов требуются марки F150–F300, а на верхних значениях диапазона воздухововлечение обязательно: одной плотностью такую морозостойкость не вытянуть. Для дорожного и аэродромного бетона, подверженного ещё и противогололёдным солям, требования к воздуху самые жёсткие.
Особенно коварен механизм солевого шелушения: антигололёдные реагенты не только усиливают насыщение водой, но и создают на поверхности перепад концентраций, из-за которого верхний слой замерзает послойно и отшелушивается чешуйками. Обычной плотности тут мало — нужна именно система воздушных пор, поэтому дорожный бетон под реагенты испытывают в солевом режиме по циклам и закладывают повышенный воздух. Заглублённые элементы в зоне сезонного промерзания тоже требуют связки морозостойкости и водонепроницаемости — об этом материал «Гидротехнический бетон и водонепроницаемость». Подобрать марку F под вашу задачу и посчитать объём поможет калькулятор, а точный состав согласуем по телефону.
Совет технолога
Если конструкция стоит на улице или контактирует с грунтовой водой — закладывайте морозостойкий бетон с вовлечённым воздухом, а не просто «марку повыше». Спрашивайте в паспорте не только класс B, но и марку F и фактический объём воздуха. Не экономьте на уплотнении, но и не перевибрируйте — иначе выгоните защитный воздух. И помните: воздухововлечение и плотность работают вместе — добавка задаёт поры, низкое В/Ц снижает капиллярное водопоглощение. Мы готовим морозостойкие составы с 2007 года под дальневосточный климат, с паспортом на каждую партию.
Нужен морозостойкий бетон F150–F300 в Хабаровске? Подберём состав с воздухововлечением под улицу и грунт, привезём с паспортом и подтверждённой маркой F, от 1 м³. Оставьте заявку или смотрите цены в прайсе.
