BETON MROZOODPORNY

Destrukcja

mrozowa

betonu

powodowana

jest

naprężeniami rozciągającymi powodowanymi:

 wzrostem objętości wody przy jej przechodzeniu w lód,

 dyfuzją - przemieszczaniem się wody w porach betonu.

Zamarzająca woda przechodząc w lód zwiększa swoją

objętość o 9 % (w temperaturze – 20C, - 40C), a w

temperaturze rzędu – 220C o 13%.

Woda zamarzająca w porach działa rozsadzająco.

Wielkość siły działającej na beton zależy od szeregu

czynników:

1. Charakterystyki porowatości.



Rodzaje porów.

W każdym, nawet bardzo starannie zagęszczonym

betonie występują pory i pustki różnego rodzaju.

Mogą to być:

- pory kontrakcyjne o średnicy 10- 4 µm = 10- 7 mm,

- pory żelowe o średnicy 10- 3 µm = 10- 6 mm,

- pory kapilarne, związane z występowaniem wody

zarobowej w mieszance, mają kształty kulek,

soczewek, kanalików, średnica rzędu 5 •10 – 4 do 2

•10 – 2,

- pory powietrzne, pęcherzyki powietrza dostają się

do mieszanki betonowej podczas mieszania w

betoniarce lub z wodą zarobową, wielkość 0,5 – 4,0

mm

- pory sedymentacyjne, powstają w wyniku

osiadania mieszanki np, podczas zagęszczania

pory ośrednicy od 0,01- 0,1 mm,

- pory strukturalne z reguły powodowane są

niedoborem zaczynu lub zaprawy.



Wymiary porów

Tylko niektóre z wyżej podanych porów mają wpływ na destrukcje mrozową betonu.

- pory o średnicy powyżej 0,3 mm, zwłaszcza pory

otwarte nie są szkodliwe, ponieważ woda z nich

wycieka.

- w porach o wymiarach poniżej 10 – 4 woda już nie

zamarza.



Stopień wypełnienia pustek wodą.

Przy nasyceniu betonu wodą do 92 % (nasycenie

krytyczne) mróz nie jest już szkodliwy dla betonu.

2.

Mechanizm destrukcji.



Pęcznienie przy przechodzeniu wody w lód.

Największa

wilgotność

panuje

w

rejonach

przypowierzchniowych elementów betonowych lub

żelbetowych. Woda zamarzająca w porach powoduje

występowanie

naprężeń

rozciągających.

Przy

przekroczeniu przez te naprężenia wytrzymałości

zaczynu czy zaprawy na rozciąganie rozpoczyna się

propagacja mikrozarysowań w sąsiedztwie tych porów.

Po kolejnych cyklach zamrażania i odmrażania wzrasta

nasiąkliwość, nasycenie wodą i propagacja rys w

betonie. Rośnie ilość zarysowań, które stopniowo

zamieniają się w spękania. Na powierzchni beton

łuszczy się, odspajają się luźne jego fragmenty.

 Destrukcja powodowana przemieszczaniem się

wody lub pary w betonie - dyfuzją. Przemieszczanie to

powodowane jest różnicą ciśnień. Woda wędruje w

kierunku obszarów gdzie panują większe ciśnienia – do

strefy

przypowierzchniowej.

Do

tej

strefy

doprowadzana jest woda zwiększająca efekt pęcznienia.

Przemieszczaniu się wody towarzyszy występowanie

ciśnienia hydraulicznego wielkość którego zależy od

oporów przepływu to jest długości drogi pomiędzy

pustką z której wypływa woda a pustką gdzie panuje ł

2

większe ciśnienie. Im droga ta będzie krótsza, tym w betonie panują mniejsze ciśnienia.

Długość drogi przemieszczania się wody można opisać

wg Powersa wzorem

D 

1

Vp



a =

 ,

1 (

4

 )

1 3  

1

2 

L



gdzie:

a - „współczynnik odległości” – połowa drogi pomiędzy

porami,

L - zawartość powietrza [ % ],

D - średnica porów,

Vp - objętość zaczynu cementowego [ C + W %].

O ile według Powersa współczynnik odległości nie

przekracza wielkości akryt = 0,22 - 0,25 mm, czyli odległość pomiędzy porami nie przekracza tej

wielkości, w elemencie nie występuje destrukcja

mrozowa.

Taki stan można uzyskać zwiększając porowatość

betonu stosując domieszki napowietrzające.

Domieszki te działają spieniająco tworząc zamknięte

pęcherzyki powietrza o wielkości 20 – 250 µm (0,02 –

0,25 mm) równomiernie rozłożone w całej masie

betonu.

W czasie twardnienia betonu pęcherzyki ulegają

mineralizacji na swojej powierzchni stając się jakby

trwałym składnikiem powietrza.

Rola wprowadzonych do mieszanki pęcherzyków

powietrza – stwardniałym betonie:

 przerywają ciągłość kapilar zmniejszając przenikanie

wody do betonu a tym samym zmniejszając jego

wilgotność,

3

 zmineralizowane powierzchnie porów nie pozwalają

przenikać wody do pęcherzyków. O ile w sąsiedztwie

poru powstaje lód przemieszcza się on do

pęcherzyka dzięki pewnej elastyczności jego

powierzchni.

 w przypadku dyfuzji ilość pęcherzyków w betonie

powinna być taka aby „współczynnik odległości” nie

przekroczył wielkości podanych przez Powersa.

A.

B.

Przemieszczanie się wody w wyniku dyfuzji.

Odległość przemieszczania i wielkość ciśnienia

hydraulicznego w betonie.

A. - bez domieszki napowietrzającej.

B. - z domieszką napowietrzającą

Mrozoodporność betonu z domieszką napowietrzającą

jest kilkanaście razy większa niż betonu bez domieszki.

Zalecane napowietrzenie - rzędu 3 – 8 %.

4

Ilość powietrza dobiera się na podstawie wielkości

maksymalnego ziarna kruszywa oraz warunków pracy

elementu.

Uziarnienie

0/8

0/16

0/32

0/63

kruszywa

Warunki

% zawartość powietrza

Beton narażony na

bezpośrednie

4,5 - 6,5 3,5 - 5,5 3,0 - 0,5 2,0 - 4,0

działanie czynników

atmosferycznych

Beton narażony na

5,5 - 7,5 4,5 - 6,5 4,0 - 6,0

3,0 -5,0

stały dostęp wody

Przykładowe domieszki napowietrzające:

Rokpol B3A 0,08 - 0,2 % mc.

Abiesod 84 0,02 - 0,3 %

Betonplast N 1,5 - 2,5 %

5