Прогнозирование морозостойкости бетона с помощью микроструктурного анализа на примере вибропрессованных изделий

Введение. В статье представлены результаты исследования вибропрессованных бетонных плит, изготовленных с использованием различных технологических добавок. Рассмотрены современные методы оценки их структурных и эксплуатационных характеристик.

Цель. Разработка и апробация методики экспресс-прогнозирования морозостойкости бетонных изделий. Внедрение такого метода позволит существенно сократить время оценки долговечности продукции строительного назначения по сравнению с традиционными длительными циклическими испытаниями.

Материалы и методы. Объектом исследования служили образцы вибропрессованных тротуарных плит, изготовленных в заводских условиях. Номинальные характеристики образцов соответствовали классу бетона по прочности на сжатие В30, марке по морозостойкости F2200 и группе по эксплуатации Б согласно требованиям ГОСТ 17608-2017. Для улучшения свойств бетонной смеси применялись комплексы технологических добавок: пластифицирующих, водоредуцирующих и воздухововлекающих. Были проведены следующие испытания: определение средней плотности разработанных бетонов по ГОСТ 12730.12020, их прочности на сжатие по ГОСТ 28570-2012, водопоглощения по массе по ГОСТ 12730.3-2020, морозостойкости в соответствии с Приложением Е к ГОСТ 17608-2017 и ГОСТ 10060-2012, микроструктурный анализ по методике ГОСТ Р 70753-2023. Результаты. Микроструктурный анализ выявил значительные изменения в структуре затвердевшего бетона, которые напрямую влияют на его морозостойкость. На основании полученных данных выдвинута гипотеза о том, что ключевым фактором долговечности бетонных изделий является наличие и количественное соотношение в них пор двух видов: крупных (диаметром от 1 до 4 мм) и мелких (диаметром до 0,3 мм).

Выводы. Экспериментально подтверждена корреляция между параметрами поровой структуры, формируемой при вибропрессовании бетонных тротуарных плит, и морозостойкостью бетона; предложен комплексный подход, сочетающий стандартные испытания на морозостойкость и количественный микроструктурный анализ, который является перспективной основой для разработки экспресс-метода прогнозирования долговечности бетонных изделий строительного назначения. Установлено, что для успешной реализации предлагаемой методики необходима разработка детальной программы дальнейших исследований, направленных на определение количественных критериев оценки и на валидацию экспресс-метода для различных составов бетонов.

1. Денисова Ю.В., Дегтев И.А. Вибропрессованные камни бетонные стеновые с различными пластифицирующими добавками // Университетская наука. 2021. № 2 (12). С. 21–28. EDN: HUYDMH.

2. Романенко И.И., Фадин А.И., Петровнина И.Н. Оценка качества тротуарной плитки на основе портландцемента, выпускаемой по технологии вибропрессования // Инженерный вестник Дона. 2020. № 2 (62). С. 31. EDN: EXNSAM.

3. Tauyshev O.U. Production of pavement slabs using semi-dry vibration pressing technology. Bulletin of West Kazakhstan Innovative and Technological University, 2025, vol. 35, no. 3, pp. 622–629. https://doi.org/10.62724/202530707.

4. Бурцев Д.В., Заргарьян Ю.А. Анализ эффективности вибрационного уплотнения бетонной смеси // Технологии для разработки информационных систем TRIS-2020. Материалы X Международной научно-технической конференции. 2020. С. 130–133. EDN: GSNQOD.

5. ГОСТ 17608-2017. Плиты бетонные тротуарные. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2017.

6. ГОСТ 6665-91. Камни бетонные и железобетонные бортовые. Технические условия. Москва: ИПК Издательство стандартов, 1992.

7. ГОСТ 6665-2023. Камни бетонные и железобетонные бортовые. Технические условия. Бишкек: Кыргызстандарт, 2024.

8. Резникова А.Д. Морозостойкость дорожного бетона для покрытий автомобильных дорог. В: Новая наука: история становления, современное состояние, перспективы развития. Сборник статей Международной научно-практической конференции. В 2-х частях. Уфа, 2024. С. 72–76. EDN: ESBAWN

9. Панченко А.И., Харченко И.Я., Мурашов А.О. Оперативный контроль морозостойкости бетона // Строительные материалы. 2024. № 10. С. 20–26. https://doi.org/10.31659/0585430X-2024-829-10-20-26. EDN: ULZOWY.

10. Исаченко С.Л., Кодзоев М.Б.Х. Анализ методов повышения морозостойкости бетона // Бюллетень науки и практики. 2018. Т. 4. № 4. С. 291–294. https://doi.org/10.5281/zenodo.1218428. EDN: XMFXDV.

11. Баркая Т.Р., Бровкин А.В., Цыбина Р.З. Ускоренная оценка морозостойкости бетона. В: Строительная наука 2013. Материалы Международной научно-технической конференции. Владимирский государственный университет. 2013. С. 65–70. EDN: VNEIWV.

12. ГОСТ 31108-2020. Цементы общестроительные. Технические условия. Москва: Стандартинформ, 2020.

13. ГОСТ 28570-2019. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций. Москва: Стандартинформ, 2019.

14. ГОСТ 12730.1-2020. Бетоны. Методы определения плотности. Москва: Стандартинформ, 2021.

15. ГОСТ 12730.3-2020. Бетоны. Метод определения водопоглощения. Москва: Стандартинформ, 2021.

16. ГОСТ 10060-2012. Бетоны. Методы определения морозостойкости. Москва: Стандартинформ, 2018.

17. ГОСТ Р 70753-2023. Бетоны. Метод микроскопического количественного анализа структуры. Москва: Российский институт стандартизации, 2023.

18. Powers T.C., Helmuth R.A. Theory of volume changes in hardened portland cement paste during freezing, research and developments laboratories of the portland cement association. Proceedings of the Thirty-Second Annual Meeting of the Highway Research Board, Washington, D.C., January 13–16. 1953, vol. 32, pp. 285–297.

19. Powers T. A working hypothesis for further studies of frost resistance of concrete. Proc. ACI, 1945, vol. 41, pp. 245–272.

20. Powers T. Void spacing as a basis for producing airentrained concrete. Jorn. of Am. Concr. Inst., 1954, vol. 50, pp. 741–760.

21. Powers T. The mechanism of frost action in concrete. Cement, Lime and Gravel, 1966, vol. 41, no. 5, pp. 143–148, 181–185.