Требования в соответствии с классами экспозиции

Для различных классов экспозиции устанавливаются различные требования к составу бетонной смеси. В таблицах 4 и 5 приведены предельные значения состава бетонной смеси, которые должен учитывать производитель на основании установленных классов экспозиции. В основном должны быть выполнены следующие требования:

◊ максимальное в/ц отношение (max w/z или max (w/z)eq)
◊ минимальное содержание цемента (min z)
◊ класс бетона по предельной прочности на сжатие (min fck)

В отдельных случаях устанавливаются особые требования к исходным веществам, поверхности бетона или содержанию воздуха в свежей бетонной смеси. Так как с одной стороны нагрузка, вызванная водой, содержащей хлорид, включая
размораживающие соли (XD), и с другой стороны, хлоридами, содержащимися в морской воде, почти одинакова, то и к составу бетонной смеси выдвигаются одинаковые требования.
В отношении долговечности для отдельных классов экспозиции в определенных обстоятельствах необходимо обратить внимание на правила по использованию цемента. Более подробную информацию можно посмотреть в спецификации B 1 «Цемент и его производство».
В соответствии с директивой Немецкого комитета по железобетону «Массивные сооружения из бетона» для массивных конструкций (минимальный размер конструкции > 80 см) действуют другие требования.
В случае, когда конструкции соответствуют несколько классов экспозиции, важными являются самые высокие требования к свойству бетона, например минимальное требуемое водоцементное отношение и минимальное содержание цемента. Для армированных наружных конструкций из монолитного бетона (например, лестничные площадки на улице), повергающихся воздействию размораживающих солей, это означает, например, что в соответствии с классами экспозиции XC4, XF4 и XD3 предельное значение эквивалентного водоцементного отношения составляет < 0,45, а кроме этого необходимо придерживаться минимального содержания цемента > 320 кг/м и класса предельной прочности на сжатие C30/37.

1 Разрушение бетона под воздействием мороза
Для достижения необходимой удобоукладываемости в свежеприготовленную бетонную смесь добавляют, как привило, большее количество воды, чем требуется для гидратации цемента. В последствии эта избыточная вода образует в затвердевшем бетоне систему пор (капиллярные поры). При воздействии мороза вода, находящаяся в порах полностью или частично замерзает, а образуемый в результате замерзания лед оказывает давление на стенки пор, которые могут привести при ненадлежащем приготовлении бетонной смеси к разрушению ее структуры. При дополнительном воздействии размораживающих веществ эта нагрузка может значительно усиливаться. Воздействие низких температур определяется классами экспозиции XF. Требования к составу бетонной смеси при такой нагрузке приведены в таблице 5. Примеры бетонных поверхностей, подвергаемых воздействию мороза, и их классификация приведены в таблице 2.

Таблица 4: Предельные значения для состава бетонной смеси и ее свойств для классов экспозиции X0, XC, XD и XS, а также для бетона с высоким сопротивлением проникновению воды.

1) Только для легкого бетона
2) Для ячеистого бетона, например, на основании одновременных требований класса экспозиции XF класс прочности ниже
3) При максимальном размере зерна 63 мм минимальное содержание цемента (min z) должно быть уменьшено на 30 кг/м
4) При определении сопротивления проникновению воды на образцах для испытания необходимо согласовать методы испытаний и критерии соответствия
5) Для бетонов для несущих конструкций
6) Для водонепроницаемых сооружений из бетона согласно директиве «Водонепроницаемые сооружения из бетона» частично действуют другие требования.
7) Для 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

Таблица 5: Предельные значения для состава бетонной смеси и ее свойств для классов экспозиции XF, XA, XM.

1) Может использоваться только зернистый заполн технических требований стандарта DIN V 20000-103
2) Только для легкого бетона
3) Дл ячеистого бетона, например, на основании одновременных требований класса экспозиции XF класс прочности ниже
4) Допустимо добавление присадок типа II, недопустим учет в содержании цемента и водоцементном отношении
5) При максимальном размере зерна 63 мм минимальное содержание цемента (min z) должно быть уменьшено на 30 кг/м3
6) Максимальное содержание цемента z = 360 кг/м3, не распространяется на высокопрочный бетон (класс прочности ≥ C55/67)
7) Среднее содержание воздуха в свежеприготовленной бетонной смеси непосредственно перед укладкой: максимальный размер зерна 16 мм ≥ 4,5 % по объему; максимальный размер зерна 32 мм ≥ 4,0 % по объему, максимальный размер зерна 63 мм ≥ 3,5 % от объема. Отдельные значения не должны быть меньше этих показателей более чем на 0,5 % от объема. Для жидкого бетона минимальное содержание воздуха должно быть увеличено на 1 % от объема.
8) Землистовлажный бетон с водоцементным отношением ≤ 0,40 может производиться без воздушных пор
9) Необходима защита бетона, при необходимости отдельная экспертиза для специальных решений
10) Например, вакуумирование и шлифование бетона машинами
11) Для 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.

Если требуется минимальное содержание активных воздушных пор в соответствии с таблицей 5, сноска 7, то в бетонную смесь добавляется воздухововлекающая добавка (LP). Проверка необходимости добавления воздухововлекающей добавки в обычный и тяжелый бетон осуществляется на строительной площадке в соответствии с DIN EN 12350-7 до начала бетонирования каждого отдельного участка, а также в случае сомнения. Для жидкого бетона (класс растекаемости > F4) минимальное содержание должно быть увеличено на 1 % от общего объема. В этом случае необходимо обратить внимание на инструкцию научно-исследовательского института путей сообщения по производству и укладке ячеистого бетона.

Зернистый заполнитель для бетона классов экспозиции XF должен соответствовать требованиям и дополнительно быть устойчивым к замерзанию (F₄, F₂) или замерзанию и таянию (MS₂₅, MS₁₈) в соответствии со стандартами DIN EN 12620, DIN V 20000-103 и -104. Для сооружений, находящихся в компетенции Федерального министерства транспорта, строительства и городского развития, действуют требования в соответствии с дополнительными техническими договорными условиями и техническими условиями поставки (TL Gestein-StB 2004). Предельные значения содержания мелкодисперсной взвеси представлены в таблице 3. Правила по использованию цемента можно найти также в спецификации B 1 «Цемент и его производство».
Мероприятия по контролю за бетоном на строительной площадке регулируются стандартом DIN 1045-3. Бетон с классом экспозиции XF1 относится к классу контроля 1 (бетон для сооружений в соответствии с дополнительными техническими договорными условиями для инженерных сооружений с классом экспозиции XF1 может относиться к классу контроля 2); бетон с классами экспозиции XF2, XF3 и XF4 относится к классу контроля 2 (или с классом прочности > C55/67 - к классу контроля 3).

Ячеистый бетон класса экспозиции XF4 должен подвергаться воздействию размораживающих веществ только в том случае, если он достиг необходимой прочности и мог высохнуть по меньшей мере одни раз. Для бетонных поверхностей, создаваемых в осеннее время года, в соответствии с дополнительными техническими договорными условиями для бетона/железобетона рекомендуется проводить пропитку бетонной поверхности средствами для защиты от воздействия размораживающих веществ. Более подробная информация представлена в дополнительных технических договорных условиях для BEB- StB [18]. Для других бетонных поверхностей, которые подвергаются воздействию размораживающих веществ до первого высыхания, также может использоваться данное предписание.

2. Разрушение бетона под воздействием агрессивной химической среды

На бетон могут оказывать воздействие определенные вещества. Устойчивость к химическим воздействиям предполагает высокую плотность бетона и, в случае необходимости, содержание соответствующих исходных веществ. Разрушающе на бетон действуют вода и грунты, имеющие высокую концентрацию свободных кислот, сульфатов, определенных солей магния и аммония или определенных органических соединений. Агрессивность мягкой воды при воздействии на плотный бетон незначительна. При наличии разрушающих веществ речь идет главным образом о водных растворах различных концентраций и о воде (например, болотная вода). Такую воду можно опознать по следам выделяющихся солей, темному цвету, запаху гнили, поднимающимся пузырькам газа и др. Твердые, сухие вещества и газы в целом разрушают сухой бетон незаметно. При взаимодействии с водой твердые вещества, агрессивные по отношению к бетону, например, в грунте, растворяются и образуют растворы, оказывающие разрушающее действие. Газы могут глубоко проникать в сухой бетон и образовывать с влагой, содержащейся в порах бетона, разрушающие растворы.

В зависимости от принципа действия веществ, разрушающих бетон, различают разрушения вызванные расширениями и растворами. Разрушение, вызванное расширением, определяется в первую очередь сульфатами, растворенными в воде и вступающими в реакцию с определенными компонентами цементного камня; при этом образуется эттрингит. С этим связано увеличение объема, которое может повлиять на подвижность бетона. Разрушение, вызванное растворами, характеризующееся выделением из цементного камня известкового раствора, может быть вызвано воздействием кислот, взаимозаменяемых солей, а также растительным и животным жиром и маслами. При этом в большинстве случаев происходит медленное изнашивание поверхности бетона.

При планировании строительных работ необходимо своевременно проводить исследования по оценке химического воздействия воды и/или грунта, чтобы во время определить необходимые технологические и конструктивные меры. В таблице 6 представлены предельные значения для оценки грунтовых вод и грунта, оказывающих химическое воздействие, при натуральном составе смеси. На этом основании выделяются классы экспозиции XA1, XA2 или XA3. Требования к составу бетонной смеси определяются в соответствии с таблицей 5. Воздействие химических веществ, не использованных в DIN EN 206-1, должно быть определено в каждом отдельном случае. Преимущественно это смеси зернистого заполнителя с низким содержанием песка и по возможности низким водопотреблением. Для хорошей обработки и закрытой структуры бетона необходимо достаточное содержание мелкодисперсной взвеси.
Компонентами грунтов, разрушающими бетон, являются преимущественно кислоты и сульфаты. При наличии темного, богатого перегноем грунта следует рассчитывать на воздействие кислот. Легкорастворимые сульфаты встречаются чаще всего в окружении соляных штоков, но также и в органических грунтах. Для зон сброса промышленных отходов требуется отдельная оценка специалиста.

Бетон класса экспозиции XA3 должен быть дополнительно защищен от непосредственного контакта с разрушающими веществами, если экспертизой не предписано другое решение. В качестве защитных мер могут рассматриваться защитные покрытия (окрашивание, покрытие) или прочная одежда (гидроизоляционный материал из синтетической пленки или пропитанного или покрытого защитным слоем толи, облицовка плитами). Контроль на стройке для бетона класса экспозиции XA осуществляется в соответствии с DIN 1045-3 согласно классу контроля 2 (или для класса прочности > C55/67 - классу контроля 3).

3 Разрушение бетона в результате износа

Подверженность износу может быть вызвана буксующим или движущимся транспортом (например, проезжая часть, пол цехов), скользящим насыпным материалом (например, в бункерах), ударяющими движениями тяжелых предметов (например, в мастерских, на погрузочных рампах) или быстро текущей или переплавляющей твердые материалы водой (например, в водобойных колодцах). Эти нагрузки могут привести к изнашиванию поверхности или к локальным углублениям на поверхности бетона, не имеющего достаточного сопротивления истиранию.
Подверженность износу несущих и усиленных бетонных полов регулируется в стандарте DIN 1045 классами экспозиции XM (смотри таблицу 5). В зависимости от интенсивности ожидаемого износа различают классы XM1, XM2 или XM3. Для сравнимой нагрузки на поверхность бетонов, находящихся вне области действия стандарта, целесообразно руководствоваться ссылкой на требования к технологии бетона для классов XM. При нагрузке, вызванной истиранием, в зависимости от трения и неровности контактной поверхности могут вырываться мелкозернистые компоненты. Эта нагрузка приводит к изнашиванию поверхности. Причинами такого разрушения могут быть транспортные средства, совершающее резкое торможение или проезжающие повороты, или тяжелые передвижные предметы.

Нагрузка, вызванная движением, может образовываться как от жестких, так и от мягких шин колес. Из-за торможения или буксования между шинами и бетонной поверхностью возникает шлифующая или истирающая нагрузка. Из-за мягких шин, в частности шин с гидрозацепами, на бетонную поверхность оказывает влияние дополнительно эффект воздушной подушки. С помощью жестких шин на бетонную поверхность влияние оказывает растирающая или ударяющая нагрузка. Последствием является то, что отдельные компоненты зернистого заполнителя ослабевают и выламываются. Названная выше нагрузка образуется, например, из-за движения по поверхности резиновых шин (мягкая) или шин из полимерного материала (жесткая).

Таблица 6: Предельные значения для классов экспозиции при химическом воздействии натуральных грунтов и грунтов

1) Значения действуют при температуре воды от 5 °C до 25 °C, а также при очень низкой скорости течения (приближенный как для гидростатических условий)
2) Решающими являются самые точные значения. Если к данному классу относятся два либолее признаков, оказывающих воздействие, из них как минимум один находится в верхней четверти (при pH в нижней четверти), окружающая среда относится к следующему более высокому классу. Исключение: подтверждение с помощью специального исследования, что в этом нет необходимости
3) Навоз, независимо от содержания NH₄⁺ может относиться к классу экспозиции XA1.
4) При химическом разрушении, вызванном воздействием сульфата (за исключением морской воды) для классов экспозиции XA2 и XA3 необходимо использовать цемент с высоким
сопротивлением сульфатам. Для SO₄^2- ≤ 1500 мг/л вместо цемента с высоким сопротивлением сульфатам можно использовать смесь из цемента и летучей золы
5) Глинистые грунты с проницаемостью ≤ 10-5 м/с могут относиться к более низкому классу
6) При необходимости уменьшить предельное значение до 2000 кг/кг.

При бетонной смеси для подверженности износу ограничено содержание цемента для прочности < C50/60 до 360 кг/м3. Таким образом, содержание цементного раствора в бетоне необходимо держать на низком уровне. Поверхность зерен заполнителя должна быть средней шероховатости, они должны иметь приплюснутую форму для хорошего закрепления в структуре бетона. Для того чтобы держать потребление цементного клея на низком уровне, заполнитель должен иметь по возможности крупные зерна. Благоприятными является гранулометрический состав, кривая которого приближается к кривой A или к кривой прерывистого гранулометрического состава между кривыми B и U в соответствии с DIN 1045-2. В содержании мелкодисперсной взвеси необходимо придерживаться данных таблицы 3. Ограничения по водоцементному отношению, приведенные в таблице 5, необходимы для повышения прочности цементного камня благодаря низкой пористости и для оптимизации сцепления зернистого заполнителя и цементного камня.

Твердые заполнители в соответствии с DIN 1100 могут улучшить устойчивость к износу при шлифовании. Согласно таблице 7 различают группы A (общие), M (металл) и KS (электрокорунд карборунд). Для класса экспозиции XM3 в целом установлено применение твердого заполнителя.
При укладке свежеприготовленная бетонная смесь должна иметь мягкую консистенцию, а содержание воды в бетоне не должно быть слишком высоким, чтобы предотвратить скопление цементного шлама или воды на поверхности. Предпочтительной является использование пластичных бетонов (класс растекаемости F2, приближен к F1). При укладке нельзя проводить продолжительное уплотнение бетона, чтобы предотвратить скопления воды на поверхности. Шлифование или выравнивание можно начитать только тогда, когда поверхность уже не будет блестеть, а будет матово-влажной. Благодаря многократному шлифованию или выравниванию можно достичь значительного улучшения износостойкости бетона. Перед шлифованием и выравниванием можно провести вакуумирование бетона, что наряду с повышением прочности приводит к снижению водоцементного отношения на краях бетонной конструкции, а цементный камень в зоне действия вакуумирования становится особенно плотным и твердым. Решающее значение в защите бетона играет износостойкость. Согласно стандарту DIN 1045-3 бетон класса экспозиции XM должен выдерживаться до тех пор, пока бетон на поверхности не достигнет характеристической прочности 70 %. В качестве альтернативы можно удвоить продолжительность выдерживания согласно таблице 2 стандарта DIN 1045-3. Более подробная информация представлена также в спецификации B 8 «Выдерживание бетона и уход за ним». Информация по испытанию бетона на износостойкость зернистого заполнителя представлена в стандарте DIN EN 12620.
Контроль на стройке бетона классов экспозиции XM должен соответствовать согласно DIN 1045-3 классу контроля 2 (или при классе прочности > C55/67 класс контроля 3). Исключение составляют обычные бетонные полы в промышленном строительстве, если они не являются несущими или укрепленными конструкциями.

2 Особые свойства бетона
2.1 Бетон с высоким сопротивлением проникновению воды

Строительство с использованием водонепроницаемого бетона оказалось эффективным и уже долгое время является

Таблица 7: Износ при шлифовании и прочность твердых заполнителей в соответствии с DIN 1100.

признаком высокого уровня развития техники. При этом наряду с несущей функцией бетон выполняет герметизирующую функцию. Рабочие и деформационные швы должны надежно и надолго предотвратить просачивание воды. В директиве Немецкого комитета по железобетону «Водонепроницаемые сооружения из бетона» устанавливаются дополнительные требования к планированию (конструкции, размерам, герметичности, бетону, технике бетонирования) и производству строительных работ (укладка бетона).
Водонепроницаемость бетона существенно определяется содержанием связанных
капиллярных пор в цементном камне. Поэтому его непроницаемость зависит, прежде всего, от водоцементного отношения, степени гидратации цемента и от толщины конструкции. Низкое водоцементное отношение предотвращает увеличение разветвленной системы капиллярных пор в образующейся структуре цементного камня из-за избыточной воды. Требования к бетону с высоким сопротивлением проникновению воды представлены в таблице 4.

При производстве монолитного бетона для водонепроницаемых конструкций предпочтительным является использование цемента с обычной начальной прочностью класса прочности 32,5 N и низкотермичного цемента (LH). На практике хорошо зарекомендовали себя зернистые заполнители с постоянно изменяющимся гранулометрическим составом, кривая которого находится между кривыми A и B, но ближе к кривой B. Для обычных конструктивных элементов с толщиной > 30 см рекомендуется использовать заполнитель с максимальным размером зерна 32 мм. Максимальный размер зерна тонких конструктивных элементов или густоармированных элементов может быть 16 мм, в особых случаях (например, соединительная смесь) требуется применение зерен размером 8 мм. В директиве «Водонепроницаемые сооружения из бетона» устанавливаются требования к максимальному размеру зерна в зависимости от размера между арматурными стержнями. Содержание мелкодисперсной взвеси в бетоне должно быть достаточно высоким, но не должно превышать 550 кг/м в соответствии с таблицей 3. Для того чтобы уменьшить усадку бетона, необходимо придерживаться максимального содержания цемента 290 л/м3 (включая летучую золу)

2.2 Требования к подводному бетону

При использовании бетона, укладываемого под водой, для строительства несущих конструкций водоцементное отношение согласно DIN 1045-2 не должно превышать 0,60 или в случае необходимости быть ниже (например, при классе экспозиции XA). Минимальное содержание цемента при использовании зернистого заполнителя с максимальным размером зерна 32 мм составляет 350 кг/м3. При укладке бетон должен подаваться как связанная масса, чтобы даже без уплотнения образовать закрытую структуру. Таблица 3 регулирует допустимое содержание мелкодисперсной взвеси. При укладке бетона должен использоваться бетон мягкой консистенции (≥ F3; ≥ C3). Другие требования к бетону для строительства конструкций под водой представлены в спецификации B 12 «Подводный бетон».

2.3 Бетон при взаимодействии с водоопасными веществами

При взаимодействии с жидкими (включая сжиженные газы) или пастообразными водоопасными веществами необходимо обратить внимание на основные положения закона о регулировании водного режима. Для предупреждения заражения грунтовых вод могут использоваться не покрытые защитным слоем первичные барьеры из бетона, для которых действуют как требования, так и директива по железобетону «Бетонные конструкции при взаимодействии с водоопасными веществами».