Классы экспозиции и особые свойства бетона

Конструкции из бетона должны воспринимать возникающие нагрузки и оказывать им сопротивление на протяжении многих десятилетий. Основание для этого требования
составляет определение долговечности бетона. Она предусматривает надлежащую конструкцию из соответствующих материалов, размеры, выбор строительного материала и производства строительных работ. Стандарты устанавливают необходимые свойства бетонной смеси, ее состав и методы определения соответствия для бетона, железобетона и предварительно напряженного бетона.

1. Общая информация

В Германии долговечность бетонных конструкций является законным требованием, определяемым законом о строительной продукции и строительными правилами. Это означает, что устойчивость, пригодность к использованию и долговечность являются равнозначными критериями. Конструкция является долговечной, если в течение предусмотренного срока эксплуатации она выполняется свои функции в отношении несущей способности и пригодности к использованию без существенных потерь эксплуатационных свойств при соответствующих затратах на обслуживание. Требования к бетону должны быть установлены в соответствии с DIN EN 206-1 с учетом проектного срока эксплуатации не менее 50 лет при предполагаемых условиях облуживания для обычных высотных зданий.

2. Классы экспозиции

При планировании строительных элементов или сооружений для определения долговечности необходимо учитывать воздействия, связанные и несвязанные с нагрузкой. При этом необходимо определить ожидаемое влияние окружающей среды. В DIN 1045 с помощью классов экспозиции определены требования к бетону в зависимости от возможных видов влияния. Каждому классу экспозиции соответствует определенный состав бетонной смеси, класс прочности на сжатие, расчетные значения ширины трещин, толщина слоя бетонной смеси, покрывающего арматуру, и
продолжительность выдерживания.
Для определения долговечности используются в целом семь классов экспозиции, в каждом из которых выделяют дополнительно до 4-х классов. Различается влияние на арматуру в бетоне (XC, XD, XS: коррозия арматуры), а также на сам бетон (XF, XA, XM: разрушение бетона).
Класс экспозиции X0 (риск разрушения отсутствует) действует только для бетона без арматуры или металлических элементов, встроенных во внутреннее пространство или в бетон, для которого отсутствует риск образования коррозии или разрушения. Этот класс экспозиции может иметь, например, неармированный фундамент.

Возможные воздействия на арматуру в бетоне определяются следующими классами экспозиции:
◊ Класс экспозиции XC (карбонизация) Нагрузка вследствие карбонизации
Класс экспозиции XD (предотвращение обледенения)
Нагрузка вследствие воздействия хлористых соединений из размораживающих веществ
◊ Класс экспозиции XS (морская вода)
Нагрузка вследствие воздействия хлористых соединений из морской воды или морского воздуха, содержащего соль Возможные воздействия на бетон определяются следующими классами экспозиции:
◊ Класс экспозиции XF (замораживание)
Нагрузка вследствие воздействия мороза с / без воздействия размораживающих веществ
◊ Класс экспозиции XA (химическое воздействие)
Нагрузка вследствие химического воздействия
◊ Класс экспозиции ХМ (механическое истирание)

	Нагрузка вследствие изнашивания Рис. 1: Пример одновременного использования бетона различных классов экспозиции в жилом помещении
	Рис. 2: Пример одновременного использования бетона различных классов экспозиции в высотных зданиях и инженерных сооружениях в соответствии со стандартом.

В таблицах 1 и 2 представлен обзор различных классов экспозиции. Задачей составителя технических характеристик является определение классов экспозиции в соответствии с ожидаемыми воздействиями на строительную конструкцию. Классы экспозиции устанавливаются для соответствующей бетонной поверхности. Для одной и той же конструкции могут быть определены несколько классов экспозиции. На рисунках 1 и 2 приведены примеры одновременного соответствия нескольким классам экспозиции армированных конструкций из области жилищного строительства и строительства высотных и инженерных сооружений.
В то время как, например, в жилом здании армированная внутренняя стена в соответствии с таблицей 1 может иметь класс экспозиции XC1, то наружная стена, подверженная атмосферному воздействию, имеет два класса экспозиции (XC4, XF1). Другие примеры соответствия отдельных бетонных конструкций из различных областей строительства бетонных сооружений приведены в строительном каталоге.
В технических характеристиках каждого класса экспозиции (XC, XD, XF и т.д.) приведены только важные виды разрушения. Если, например, с одной стороны стена подвергается воздействию в соответствии с классом экспозиции XC3, а с другой стороны характеристиках указывается только параметры, объясняющие наиболее сильное воздействие, то есть в данном случае XC4.

Так как в стандарте DIN 1045-2 в таблице F.3.1 «Области применения цемента» приведены виды цемента, которые могут использоваться для классов разрушения XC2, XD2 или XS2, но не для классов XC1, XD1 или XS1, то производитель бетона должен знать параметры, соответствующие обоим классам экспозиции, чтобы исключить применение цемента, не подходящего для данного использования согласно стандарту. Поэтому в трех случаях, описанных ниже, в технических характеристиках необходимо указывать два класса разрушения, вытекающие из одного класса экспозиции:
1. решающий: XC2, далее ему соответствует XC1
2. решающий: XD2, далее ему соответствует XD1
3. решающий: XS2, далее ему соответствует XS1

Таблица 1: Классы экспозиции (вследствие воздействия окружающей среды) по отношению к коррозии арматуры

Обозначение класса экспозиции	Описание окружающей среды	Примеры соответствия классов экспозиции (информац.)	Класс минимальной прочности на сжатие f_ck
Отсутствие риска образования коррозии арматуры или разрушения бетона. Конструкции без арматуры или встроенных металлических элементов в окружающей среде, не разрушающей бетон
X0	все условия окружающей среды, кроме XF, XA, XM	фундаменты без арматуры, без замерзания внутренние элементы без арматуры	C12/15 Х) C8/10
Коррозия арматуры в результате карбонизации Бетон, содержащий арматуру или другие встроенные металлические элементы и подверженный воздействию воздуха и влажности
XC1	сухая или постоянно влажная	конструкции во внутренних помещениях с обычной влажностью воздуха (включая кухню, ванную комнату и прачечную в жилых строениях) бетон, постоянно погружаемый в воду	C16/20
XC2	влажная, реже сухая	элементы резервуаров для воды элементы фундамента	C16/20
XC3	умеренная влажность	строительные элементы, часто подверженные продолжительному влиянию наружного воздуха, например, открытые помещения, внутренние помещения с высокой влажностью воздуха например, в производственных кухнях, ванных комнатах, прачечных, во влажных помещениях в закрытых бассейнах и в животноводческих помещениях	C20/25
XC4	попеременно влажная и сухая	наружные строительные элементы, подверженные непосредственному воздействию дождя	C25/30
Коррозия арматуры в результате воздействия хлоридов не из морской воды Бетон, содержащий арматуру или другие встроенные металлические элементы и подверженный воздействию воды, содержащей хлориды, включая размораживающие соли, за исключением морской воды
XD1	умеренная влажность	элементы дорог, расположенные в зонах образования тумана, возникающего при разбрызгивании жидкости индивидуальные гаражи	C30/37 C25/30 LP одновременно возможно, например, при XF2
XD2	влажная, реже сухая	соляные ванны строительные элементы, подверженные влиянию промышленных сточных вод, содержащих хлорид	C35/45 2) C30/37 LP одновременно возможно, например при XF2, необходимо при XF4
XD3	попеременно влажная и сухая	элементы мостов, подверженные частому влиянию водных брызг с содержанием хлорида дорожные покрытия; автомобильные парковки	C35/45 C30/37 LP одновременно возможно, например при XF2, необходимо при XF4
Коррозия арматуры в результате воздействия хлоридов из морской воды Бетон, содержащий арматуру или другие встроенные металлические элементы и подверженный воздействию морской воды, содержащей хлориды, или соленому морскому воздуху
XS1	соленый воздух, отсутствие непосредственного контакта с морской водой	наружные строительные элементы, расположенные у берега	C30/37 C25/30 LP одновременно возможно, например при XF1, XF2 или XF3
XS2	под водой	элементы портовых сооружений, постоянно погруженные под воду	C35/45 2) C30/37 LP одновременно возможно, например при XF3, необходимо при XF4
XS3	морской прилив, водные брызги и туман, возникающий при разбрызгивании жидкости	причальные стенки портовых сооружений	C35/45 C30/37 LP одновременно возможно, например при XF3, необходимо при XF4

1) При использовании бетона для несущих конструкций в соответствии со стандартом
2) При использовании медленно или очень медленно твердеющего бетона (г < 0,30) класс прочности ниже. В данном случае для классификации по прочности на сжатие прочность должна определяться на образцах возрастом 28 дней
3) Выполнение только с соблюдением дополнительных мер (например, нанесение покрытия, закрывающего трещины.

В отношении долговечности с определением решающих классов экспозиции для конструкции связан состав бетонной смеси, который должен удовлетворять
определенным требованиям. Они характеризуются преимущественно
максимально допустимым водоцементным отношением, который подразумевает необходимый минимальный предел прочности на сжатие обычного и тяжелого бетона. Если на основании статических требований отсутствует высокий класс прочности на сжатие, составитель технических характеристик при определении класса предельной прочности на сжатие должен придерживаться остальных требований. Класс предельной прочности на сжатие наружных стен из железобетона в жилом здании (XC4, XF1) в соответствии с требованием к долговечности составляет, например, fck ≥ C25/30

3. Требования к содержанию мелкодисперсной взвеси

Для придания бетону закрытой структуры и для его удобоукладываемости важно содержание достаточного количества мелкодисперсной взвеси (зерна размером < 0,125 мм). Последствием низкого содержания мелкодисперсной взвеси может стать выделение влаги из бетона, называемое

Таблица 2: Классы экспозиции (вследствие воздействия окружающей среды) по отношению к воздействию на бетон.

Обозначение класса экспозиции	Описание окружающей среды	Примеры соответствия классов экспозиции (информац.)	Класс минимальной прочности на сжатие f_ck
Разрушение бетона под воздействием мороза и без размораживающих веществ Увлажненный бетон, подверженный значительному переменному воздействию замерзанию/оттаиванию
XF1	умеренное насыщение водой, без размораживающих солей	наружные строительные элементы	C25/30
XF2	умеренное насыщение водой, с размораживающими солями	строительные элементы, расположенные в зонах образования водных брызг и тумана, возникающего при разбрызгивании жидкости или, если не относится к XF4 строительные элементы, расположенные в зонах образования тумана, возникающего при разбрызгивании морской воды	C35/451) C25/30 LP
XF3	высокое насыщение водой, без размораживающих солей	открытые резервуары для воды строительные элементы в зонах водообмена пресной воды	C35/451) C25/30 LP
XF4	высокое насыщение водой, с размораживающими солями	элементы дорог, обрабатываемые размораживающими средствами в большинстве случаев горизонтальные элементы дорог, обрабатываемые размораживающими средствами, в зонах образования водных брызг, защитные бетонные ограждения стенка отстойника, на которую при вращении опирается подвижная ферма ²⁾ элементы гидротехнического строительства в зонах водообмена	C30/37 LP
Разрушение бетона под воздействием агрессивной химической среды Бетон, подверженный воздействию натуральных грунтов или грунтовых вод согласно таблице 6 или морской воды или сточных вод
XA1	слабая химическая разрушающая среда	емкости очистных установок емкости для жидкого навоза	C25/30
XA2	умеренная химическая разрушающая среда и морские сооружения	бетонные конструкции, соприкасающиеся с морской водой элементы бетонных конструкций	C35/451) C30/37 LP LP одновременно возможно, при XF
XA3	сильная химическая разрушающая среда	канализационные сооружения для промышленных вод с химическими разрушающими сточными водами кормовые столы в сельском хозяйстве охлаждающая башня с трубой для дымового газа	C35/45 C30/37 LP возможно, z. B. bei gleichzeitig XF2 oder XF3, erforderlich bei XF4
Разрушение бетона в результате износа
XM1	умеренная подверженность износу	несущие или усиленные промышленные полы с нагрузкой, оказываемой пневматическими шинами автотранспорта	C30/37 C25/30 LP одновременно
			возможно, например при XF2 или XF3, необходимо при XF4
XM2	сильная подверженность износу	несущие или усиленные промышленные полы с нагрузкой, оказываемой пневматическими шинами или сплошными шинами вилочного погрузчика	C35/45 C30/37 LP одновременно возможно, например при XF2 или XF3, необходимо при XF4 C30/37 с поверхностной обработкой
XM3	очень сильная подверженность износу	несущие или усиленные промышленные полы с нагрузкой, оказываемой погрузчиками с бандажными шинами или шинами из эластомера поверхности, подвергаемые частой нагрузке от гусеничных транспортных средств гидротехнические сооружения в, например, водобойные колодцы	C35/45 твердые заполнители согласно DIN 1100 [9] C30/37 LP одновременно возможно, например при XF2 или XF3, необходимо при XF4 твердые заполнители согласно DIN 1100

¹⁾ При использовании медленно или очень медленно твердеющего бетона (r < 0,30) класс прочности ниже. В данном случае для классификации по прочности на сжатие прочность
должна определяться на образцах возрастом 28 дней
³⁾ Другие особенности бетона для стенок отстойника и землистовлажных бетонов.

Таблица 3: Максимально допустимое содержание мелкодисперсной взвеси для бетонов классов прочности до C50/60 и LC50/55

Содержание цемента 1) [кг/м³]	Максимально допустимое содержание мелкодисперсной взвеси [кг/м³]
	Классы экспозиции
	XF, XM		X0, XC, XD, XS, XA
	Максимальный размер зерен зернистого заполнителя
	8 мм	16...63 мм	8.63 мм
≤ 300	450 ²⁾	400 ²⁾	550 ²⁾
≤ 350	500 ²⁾	450 ²⁾	550 ²⁾

¹⁾Для промежуточных значений содержание мелкодисперсной взвеси должно быть интерполировано.
²⁾ Значения должны быть максимально увеличены в целом на 50 кг/м3, если
- содержание цемента превышает 350 кг/м , увеличение производится на число, превышающее 350 кг/м
- используется пуццолановая добавка типа II (например, летучая зола, кремнеземная пыль), увеличение производится на число, соответствующее ее содержанию также «выпотевание». С другой стороны слишком высокое содержание мелкодисперсной взвеси может сделать свежеприготовленную смесь густой и клейкой, увеличить ее водопотребление и ухудшить свойства жесткого бетона. По этой причине в стандарте DIN 1045-2 ограничено содержание мелкодисперсной взвеси в бетонах классов прочности по C 50/60 и LC 50/55 включительно, эти максимально допустимые значения приведены в таблице 3. Предельные значения содержания данных веществ в высокопрочном бетоне приведены в стандарте DIN 1045-2.

Брусчатка и тротуарная плитка

Классы экспозиции и особые свойства бетона