Морозостойкость тротуарного камня: методика определения

Морозостойкость – свойство насыщенного водой материала выдерживать попеременное замораживание и оттаивание. Морозостойкость материала оценивается маркой по морозостойкости. За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы испытываемого материала без снижения прочности на сжатие более 15%; после испытания образцы не должны иметь видимых повреждений, например: трещин, выкрашивания (потеря массы не более 5%). Стоит отметить, что для разных изделий контролируемые величины потери прочности и массы при определении морозостойкости отличаются и указываются в соответствующих нормативно-технических документах на испытываемые изделия.

От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды. Марка по морозостойкости устанавливается проектом с учетом вида конструкции, условий ее эксплуатации и климата.

Коротко испытание морозостойкости материала можно описать следующим образом: в лаборатории проводят на образцах установленной формы и размеров (бетонные кубы, кирпич и т.п.), перед испытанием образцы насыщают водой. После этого их замораживают в морозильной камере (рисунок 1) от -15 до -20°С, чтобы вода замерзла в тонких порах. Извлеченные из морозильной камеры образцы (рисунки 2-3) оттаивают в воде с температурой 15-20°С, которая обеспечивает водонасыщенное состояние образцов.

Существуют основные методы испытания материалов, например бетона, на морозостойкость:

1. Базовые методы при многократном замораживании и оттаивании:

первый — для всех видов бетонов, кроме бетонов дорожных и аэродромных покрытий и бетонов конструкций, эксплуатирующихся в условиях воздействия минерализованной воды;

второй — для бетонов дорожных и аэродромных покрытий и для бетонов конструкций, эксплуатирующихся в условиях воздействия минерализованной воды.

2. Ускоренные методы при многократном замораживании и оттаивании:

второй — для всех видов бетонов, кроме бетонов дорожных и аэродромных покрытий и бетонов конструкций, эксплуатирующихся в условиях воздействия минерализованной воды, легких бетонов марок по средней плотности менее D1500;

третий — для всех видов бетонов, кроме легких бетонов марок по средней плотности менее D1500.

Ускоренные методы определения морозостойкости бетонов проводятся при выдерживании образцов в 5-процентном водном растворе хлорида натрия.

Порядок проведения испытания на морозостойкость должен полностью соответствовать ГОСТ 10060-2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости».

Более подробно поговорим о морозостойкости бетонных тротуарных плит.

Морозостойкость бетона должна соответствовать температурному режиму зимы того региона, где будет уложена тротуарная плитка (рисунок 4). Эта характеристика показывает, сколько циклов попеременного замораживания и оттаивания может выдержать материал при полном насыщении водой без потери прочности и внешних повреждений. То есть тротуарная плитка с показателем F200 выдержит 200 таких циклов, а с показателем F150 соответственно 150.

Для определения данной характеристики бетонные изделия проходят испытания в лабораторных условиях согласно ГОСТ 17608-2017 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия». Плитка помещается в морозильные камеры с установленной низкой температурой (от -15 до -20°С), после замораживания образцы подвергают процессу размораживания, фиксируя изменения характеристик материала.

Согласно ГОСТ 17608-2017 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия» плиты подразделяют на группы в зависимости от эксплуатационных нагрузок и воздействий:

• Группа А — Тротуары улиц местного значения, пешеходные и садово-парковые дорожки, газоны, придомовые территории частных строений (без заезда легкового и грузового автотранспорта), эксплуатируемые кровли зданий и сооружений.
• Группа Б — Тротуары магистральных улиц, пешеходные площади и посадочные площадки общественного транспорта, велосипедные дорожки.
• Группа В — Дороги с малоинтенсивным движением (внутриквартальные проезды) и площади, территории стоянок легкого автотранспорта, территории АЗС.
• Группа Г — Зоны высокой нагрузки (порты и доки).

Физические характеристики тротуарной плитки

Основными параметрами качества, на которые в первую очередь необходимо обращать внимание во время выбора, покупки и укладки тротуарной плитки являются:

• прочность материала изделия. Этот параметр характеризует, насколько прочна плитка, и как хорошо изделие будет выдерживать нагрузки и не ломаться. Группа эксплуатационных нагрузок и воздействий определяет требования к прочности изделий.
• водопоглощение материала. У современных изделий данный параметр, как правило, должен быть минимальным. Ведь чем меньше влаги сможет впитать в себя изделие, тем лучше для его эксплуатационных характеристик. А лишняя вода в тротуарной плитке может замерзнуть и существенно повредить внутреннюю структуру.
• истираемость. Показатель истираемости, величина устойчивости поверхности к истиранию при механическом воздействии. Он определяет, сколько времени истирается верхний слой бетона на поверхности плиты, когда на нее действует постоянная нагрузка, например, от проезда транспортных средств или пешеходов. Данное свойство напрямую зависит от способа изготовления, состава бетона и плотности. Требования к истираемости определяются группой эксплуатационных нагрузок и воздействий.
• марка морозостойкости. Этот параметр является одним из самых главных показателей, на который следует обращать внимание при выборе тротуарной плитки. Изделия хорошего качества должны быть рассчитаны на срок около 200-250 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Обычно за зиму происходит приблизительно 5-10 таких циклов. Таким образом можно предположить, что срок эксплуатации плитки, профессионально и качественно уложенной специалистами, равен 30-40 годам.

Требования к вышеописанным параметрам качества изложены в ГОСТ 17608-2017 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия».

Фактическая прочность бетона плит должна соответствовать требуемой по ГОСТ 18105-2018 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности», в зависимости от нормируемой прочности и показателей фактической однородности бетона по прочности.

Морозостойкость как критерий качества тротуарной плитки

Морозостойкость бетонных изделий зависит от его внутренней структуры, в частности, от пористости, поскольку этот признак определяет объем воды (льда) и его распределение в теле бетона. Повышение морозостойкости, в свою очередь, возможно за счет повышения плотности бетона, уменьшения объема макропор и их проницаемость для воды.

Высокая морозостойкость очень важна для северных регионов, где климатические условия (высокая влажность, множественные перепады температур относительно нуля) подвергают испытанию тротуарную плитку ежегодно.

Согласно ГОСТ 17608-2017 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия» марку бетона плит по морозостойкости принимают по проекту строительства, но не ниже F200.

Определение морозостойкости бетона бетонных тротуарных плит выполняют многократным замораживанием образцов в 5-процентном растворе хлорида натрия при температуре минус (50±5)°С и оттаиванием в том же растворе при температуре плюс (20±5)°С.

Морозостойкость бетона в плитах определяют на образцах размерами 100х100 мм и толщиной от 40 до 100 мм, изготовленных специально или выпиленных из изделий после достижения бетоном проектного возраста.

Образцы испытывают сериями по 18 штук в серии, из них 6 штук испытывают с контролем шелушения — количество отделившегося от лицевой поверхности материала (группа 1) и 12 штук с определением прочности бетона при сжатии (группа 2). Испытания выполняют при отработке технологии и всякий раз после изменения материалов, состава бетона, режима тепловой обработки и других изменений в технологии производства плит, но не реже чем через 6 мес.

В течение суток должен выполняться один цикл испытания образцов бетона. Испытания следует вести непрерывно. При вынужденных перерывах в испытании образцы должны храниться в 5-процентном водном растворе хлорида натрия при температуре (20±5)°С.

Контрольные образцы группы 2 в количестве 6 штук через 1-2 ч после извлечения из раствора хлорида натрия и выдерживания на деревянных подкладках в помещении для испытания с температурой воздуха в пределах (20±5)°С и относительной влажностью не менее 55% испытывают на прочность при сжатии согласно ГОСТ 10180. Опорные грани образцов следует выбирать таким образом, чтобы сжимающая сила при испытании совпадала с направлением сжимающей силы, действующей на изделие при эксплуатации.

Образцы группы 1 и основные образцы группы 2 лицевой поверхностью вверх помещают в емкости для замораживания и оттаивания, заливают 5-процентным водным раствором хлорида натрия температурой (20±5)°С так, чтобы слой раствора над верхней поверхностью образцов был равен (20±2) мм, и устанавливают в морозильную камеру. Емкости закрывают крышками. Допускается емкости закрывать пластиковыми листами или полиэтиленовой пленкой. Расстояние между емкостями и между емкостями и стенками камеры должно быть не менее 50 мм.

По заданному режиму выполняют замораживание и оттаивание образцов. Температурный режим испытаний приведен в таблице 1. Указанное в таблице время уточняют в зависимости от загрузки и технических характеристик морозильной камеры, измеряя температуру в растворе хлорида натрия вблизи образца в емкости, установленной в середине камеры. Загрузка камеры не должна превышать 50% ее полезного объема.

Таблица 1 – «Температурный режим испытания образцов»

Оценку состояния образцов (количество отделившегося от лицевой поверхности образцов материала и прочность бетона при сжатии) в зависимости от проектной морозостойкости выполняют после 20 или 37 циклов замораживания и оттаивания. При появлении в процессе испытаний образцов трещин и/или сколов испытания прекращают. По окончании испытания образцы извлекают из раствора и осматривают, фиксируя возникшие в процессе испытаний дефекты (шелушение, трещины, сколы).

Образцы группы 1 выдерживают при комнатной температуре в течение 2-3 ч, затем снимают ленту и с лицевой поверхности образцов собирают материал, потерявший сцепление с бетоном, обрабатывая лицевую поверхность капроновой щеткой. Отделившийся материал в стеклянных или фарфоровых чашках помещают в сушильную камеру, высушивают при температуре (110±5)°С до постоянной массы и взвешивают с точностью не менее ±0,1 г.

Основные образцы группы 2 через 1-2 ч после извлечения из раствора хлорида натрия и выдерживания на деревянных подкладках испытывают на прочность при сжатии.

Сравнительные характеристики тротуарной плитки

Основные сравнительные характеристики тротуарной плитки представлены в таблице 2.

Таблица 2 – «Сравнительные характеристики тротуарной плитки»

Автор: Максим Подгорнов, специалист по дорожному строительству

Изображение для статьи взято с сайта https://tverigrad.ru/