Проблема долговечности бетона в конструкциях построек, используемых в суровых климатических условиях, занимает одно из ведущих мест в научных исследованиях как в России, так и за ее пределами ( Великобритания, Германия, Франция и др.). Низкие отрицательные температуры (до -60 °С), продолжительный зимний период, резкие перепады температур в течение короткого времени, наличие вечномерзлых грунтов приводят к преждевременному разрушению бетона в различного рода сооружениях.

Были проведены исследования, позволяющие глубже понять деструктивные процессы, протекающие при охлаждении бетона до -60 °С. Выяснено, что при увеличении температуры промерзшего до низких температур и водонасыщенного бетона на один градус, в его скелете возникают растягивающие напряжения примерно 0,1-0,2 МПа. Резкое нагревание промерзшего бетона за счет изменения температуры окружающей среды на 15-20 °С приводит к появлению растягивающих напряжений, сопоставимых с прочностью бетона при растяжении. Анализ изменения суточных температур наружного воздуха за пять месяцев с наиболее низкой среднемесячной температурой позволил зафиксировать около 50 колебаний температуры с перепадом 15 °С в течение 3 ч и более 15 колебаний - с перепадом 25 °С в течение 24 часов. Воздействие циклических температур в интервале отрицательных показаний способствует постепенному снижению упругих и механических характеристик бетона и уменьшению его стойкости.
Для определения этого снижения прочности были проведены лабораторные исследования на образцах кубиков с ребром 10 см. Кубики делали из бетона разных составов, варьировавшихся расходом цемента, отношением вода: цемент и, следовательно, прочностью бетона (см. Таблицу). При исследованиях применяли цемент марки М500 (Белгородский завод), гранитный щебень фракций 5-10 и 10-20 мм пропорция 1: 1, песок кварцевый с модулем крупности, равным 2. Образцы бетона, указанных в таблице составов, были подвергнуты испытаниям на морозостойкость по основному методу. Морозостойкость кубиков состава 1, имеющих открытую пористость 4,1 %, соответствовала 300 циклам, состава 2 (По = 5.6 %) - 200, состава 3 (По = 7,5 %) - 50.
Произведенные кубики находились в течение 7 суток в нормальных температурно-влажностных условиях. Потом их насыщали влагой до постоянной массы и помещали в морозильную установку, обеспечивающую колебания температуры в интервале от -50 до -20 °С, после чего образцы подвергали сжатию. Тонкий слой льда на поверхности кубиков мешал испарению влаги.
Результаты эксперимента явно указывают на сильное снижение прочности бетона на первых циклах циклического действия минусовых температур, в результате миграции незамерзшей воды в порах геля к кристаллам льда в микро-и макрокапиллярах и, как следствие всего этого, увеличением этих кристаллов. Снижение прочности бетона в значительной степени зависит от водоцементного отношения (В/Ц).
Весьма серьезное снижение прочности (до 30 %) наблюдается у кубиковсостава 3 с наибольшим В/Ц (0,7).
Соответственно, испытания подтвердили, что в северных климатических условиях бетоны подвергаются специфическим влиянием внешней среды, которые приводят к изменению структуры материала, что серьезно сокращает долговечность бетонных и железобетонных конструкций, расположенных в районах вечной мерзлоты. Для анализа снижения прочности бетона в промежутке минусовых температур (без перехода чере 0 °С ) представляется целесообразным введение понятия "морозостойкость II рода".
Следующим шагом в экспериментально-теоретических испытаниях деструктивных процессов в промерзшем бетоне должна быть дифференцированный анализ влияния количества водонасыщения на свойства бетона в описанных климатических условиях.
Показатели прочности бетона при сжатии при воздействии циклического изменения температуры в интервале от -20 до 50°С (цифры у кривых - номера составов бетона по таблице)


[
[i