Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Водонепроницаемость бетона представляет собой способность материала оказывать сопротивление проникновению воды под давлением. Данное свойство является критически важным для конструкций гидротехнических сооружений, подземных резервуаров, фундаментов на влажных грунтах и других объектов, эксплуатируемых в условиях воздействия воды.
Механизм проникновения воды в структуру бетона обусловлен наличием системы капилляров и пор, образующихся в процессе твердения цементного камня. При затворении бетонной смеси для гидратации цемента теоретически требуется количество воды, соответствующее водоцементному отношению В/Ц равному 0,25. Однако для обеспечения необходимой удобоукладываемости на практике применяют В/Ц в диапазоне от 0,4 до 0,7. Излишняя вода, не вступившая в химическую реакцию с цементом, после испарения образует систему капилляров диаметром от нескольких микрометров до десятков микрометров.
Капиллярный подсос воды в бетоне может происходить на высоту до 2 метров даже при отсутствии внешнего давления. При наличии гидростатического напора вода проникает через систему сообщающихся капилляров, постепенно насыщая толщу бетона влагой. Замерзание воды в порах при отрицательных температурах приводит к возникновению внутренних напряжений вследствие объемного расширения льда приблизительно на 9%, что вызывает микротрещинообразование и прогрессирующее разрушение структуры.
Водонепроницаемость бетона определяется совокупностью факторов: плотностью структуры цементного камня, водоцементным отношением, качеством уплотнения бетонной смеси, типом применяемого цемента и наличием специальных добавок. Повышение плотности структуры достигается снижением В/Ц, применением пластификаторов, тщательным вибрированием и использованием гидрофобизирующих добавок.
Согласно ГОСТ 26633-2015 тяжелые бетоны классифицируются по водонепроницаемости с присвоением марок от W2 до W20. Цифровое значение марки указывает максимальное давление воды в кгс/см² или 0,1 МПа, которое способен выдержать стандартный образец бетона без признаков фильтрации при проведении испытаний в соответствии с методикой ГОСТ 12730.5-2018.
Марки W2 и W4 соответствуют нормальной проницаемости бетона и применяются для конструкций с незначительным воздействием влаги при условии устройства дополнительной гидроизоляции. Такие бетоны используются в надземных конструкциях зданий, внутренних перегородках, элементах, не контактирующих с грунтовыми водами.
Марки W6 и W8 характеризуются пониженной и повышенной водонепроницаемостью соответственно. Бетоны марки W6 применяются для фундаментов и подвальных помещений при низком уровне грунтовых вод. Марка W8 рекомендуется для фундаментов на влажных грунтах, подвалов с умеренным воздействием грунтовых вод, резервуаров для хранения технической воды.
Марки W10-W12 обеспечивают высокую водонепроницаемость и находят применение в гидротехнических сооружениях, бассейнах, резервуарах для питьевой воды, подземных сооружениях со значительным гидростатическим напором. Бетоны данных марок способны выдерживать давление воды от 1,0 до 1,2 МПа без признаков фильтрации.
Марки W14-W20 представляют собой особо плотные бетоны с максимальной водонепроницаемостью. Они используются в особо ответственных конструкциях гидротехнических сооружений, глубоких тоннелях метрополитена, шлюзах, доках, емкостях для агрессивных жидкостей. Достижение таких марок требует применения специальных технологических приемов: пониженного В/Ц (не более 0,4), гидрофобизирующих добавок, расширяющихся цементов, интенсивного вибрирования.
Между показателями водонепроницаемости и морозостойкости бетона существует прямая корреляция. Повышение марки водонепроницаемости закономерно приводит к увеличению морозостойкости вследствие снижения пористости структуры. Бетоны марки W10-W12 обычно обладают морозостойкостью не менее F200-F300 циклов, что критически важно для конструкций, эксплуатируемых в условиях переменного замораживания и оттаивания.
Водоцементное отношение В/Ц является определяющим фактором, влияющим на водонепроницаемость бетона. Данная зависимость была впервые сформулирована американским инженером Д. Абрамсом и носит название закона водоцементного отношения. Согласно этому закону, прочность и плотность бетона при использовании одних и тех же исходных материалов определяются исключительно величиной В/Ц.
Для полной гидратации портландцемента требуется количество воды, составляющее приблизительно 25% от массы цемента, что соответствует В/Ц равному 0,25. Однако получение бетонной смеси с таким водоцементным отношением невозможно даже при использовании высокоэффективных суперпластификаторов вследствие чрезмерной жесткости смеси. На практике для обеспечения нормальной укладываемости применяют В/Ц в диапазоне от 0,4 до 0,75.
При В/Ц равном 0,6 бетон характеризуется нормальной проницаемостью и соответствует марке W4-W6. Снижение водоцементного отношения до 0,5 обеспечивает получение марки W8-W10. При В/Ц равном 0,45 достигается марка W10-W12. Для получения максимальных марок водонепроницаемости W16-W20 требуется В/Ц не более 0,35-0,4 с обязательным применением суперпластификаторов.
Излишняя вода, вводимая в бетонную смесь сверх необходимой для гидратации цемента, после испарения оставляет систему взаимосвязанных капилляров и пор. Объем пор в цементном камне может составлять от 3% при В/Ц равном 0,4 до 12% при В/Ц равном 0,7. Увеличение В/Ц с 0,4 до 0,6 приводит к снижению прочности бетона на 40-50% и ухудшению водонепроницаемости на 3-4 марки.
Современные исследования показывают, что при снижении водоцементного отношения с 0,6 до 0,4 плотность цементного камня возрастает с 2,2 до 2,4-2,5 т/м³, что обеспечивает существенное повышение водонепроницаемости. Однако чрезмерно низкое В/Ц менее 0,3 может привести к неполной гидратации цемента и образованию дефектов структуры вследствие недостаточной подвижности смеси.
Для достижения оптимального сочетания низкого водоцементного отношения и достаточной удобоукладываемости применяют пластифицирующие добавки. Современные суперпластификаторы на основе поликарбоксилатных эфиров позволяют снизить В/Ц на 20-30% при сохранении подвижности бетонной смеси П3-П4. Это обеспечивает повышение водонепроницаемости на 2-4 марки при одновременном увеличении прочности на 25-35%.
Гидрофобизирующие добавки представляют собой органические или минеральные вещества, вводимые в бетонную смесь на стадии приготовления для целенаправленного повышения водонепроницаемости, морозостойкости и долговечности бетона. Механизм действия данных добавок основан на уплотнении структуры цементного камня, кольматации капилляров и образовании гидрофобных пленок на поверхности пор.
Нитрат кальция Ca(NO₃)₂ является многофункциональной добавкой, обеспечивающей повышение водонепроницаемости бетона на 2-4 марки при введении в количестве 0,5-1,5% от массы цемента. При дозировке 0,5-1,6% нитрат кальция действует как ускоритель твердения, обеспечивая набор прочности через 6-8 часов при температуре 20°С, достаточной для распалубки конструкций.
Оптимальная дозировка нитрата кальция 1,0-1,5% от массы цемента обеспечивает наилучшие показатели водонепроницаемости вследствие уплотнения структуры бетона и формирования плотного цементного камня с пониженной капиллярной пористостью. Дополнительно нитрат кальция повышает конечную прочность на 20-30% и выполняет функцию ингибитора коррозии стальной арматуры, обеспечивая длительную защиту даже при повышенном содержании хлоридов.
Кристаллические добавки типа Пенетрон Адмикс представляют собой комплексные составы, содержащие портландцемент, кварцевый песок тонкого помола и активные химические компоненты. Дозировка составляет 1,0% от массы цемента, что соответствует приблизительно 1 кг на 100 кг портландцемента. Механизм действия основан на образовании нерастворимых кристаллов в капиллярах бетона при взаимодействии активных компонентов добавки с продуктами гидратации цемента в присутствии воды.
Применение проникающих добавок обеспечивает достижение максимальной марки водонепроницаемости W20, повышение прочности на сжатие на 20% и морозостойкости на 100 циклов. Важным преимуществом является способность к самозалечиванию микротрещин при появлении воды вследствие возобновления процесса кристаллообразования. Кристаллические новообразования проникают в толщу бетона на глубину до 40-60 см, создавая объемную гидроизоляцию.
Гидрофобизирующие добавки на основе кремнийорганических олигомеров и эмульсий обеспечивают повышение водонепроницаемости на 3-4 марки при дозировке 1,5% от массы цемента. Механизм действия заключается в образовании гидрофобных пленок на поверхности капилляров, препятствующих смачиванию и капиллярному подсосу воды. Дополнительным эффектом является повышение морозостойкости на 50-100 циклов вследствие гидрофобизации внутренней поверхности пор. Для эффективной объемной гидрофобизации бетона рекомендуется применять именно кремнийорганические эмульсии.
Не допускается применение гидрофобизирующих добавок в бетонных смесях с пенообразователями, так как гидрофобизация приводит к разрушению воздушных пор, специально вводимых для повышения морозостойкости. Нитрат кальция не применяется в предварительно напряженных конструкциях с высокопрочной арматурой классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI во избежание водородного охрупчивания стали.
Расширяющиеся цементы представляют собой специальные гидравлические вяжущие, способные увеличиваться в объеме в процессе твердения. Данное свойство обусловлено образованием высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция эттрингита, кристаллы которого обладают значительно большим объемом по сравнению с исходными компонентами. Расширение цементного камня обеспечивает самоуплотнение структуры бетона, заполнение микротрещин и существенное повышение водонепроницаемости.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент ВРЦ получают совместным тонким помолом портландцементного клинкера (около 70%), глиноземистого шлака (около 10%) и двуводного гипса (около 20%). Важнейшей особенностью ВРЦ является чрезвычайно быстрое схватывание: начало наступает через 4-5 минут, окончание через 8-10 минут после затворения. Для замедления схватывания применяют добавки виннокаменной или уксусной кислоты, буры, сульфитно-спиртовой барды в количестве 0,1-0,2% от массы цемента.
Прочность цементного камня из ВРЦ через 12 часов твердения составляет не менее 7,5 МПа, через 3 суток достигает 30 МПа, а через 28 суток превышает 50 МПа. Водонепроницаемость бетонов на ВРЦ соответствует маркам W10-W14, причем образцы толщиной всего 30-35 мм выдерживают давление воды 1,0-1,1 МПа без признаков фильтрации. ВРЦ применяется для гидроизоляции швов, заделки стыков сборных конструкций, устройства гидроизоляционных штукатурок, зачеканки тюбингов тоннелей.
Напрягающий цемент НЦ представляет собой смесь портландцементного клинкера (около 70%), глиноземистого шлака (до 20%) и гипса (до 10%). В отличие от ВРЦ, напрягающий цемент обеспечивает не только расширение, но и создание напряжений самонапряжения в бетоне при ограничении деформаций расширения арматурным каркасом. Выпускается три типа напрягающего цемента: НЦ-10 (безусадочный), НЦ-20 (средней энергии самонапряжения около 2 МПа) и НЦ-60 (высокой энергии самонапряжения до 6 МПа).
Наибольшее распространение получил напрягающий цемент НЦ-20, обеспечивающий линейное расширение бетона в диапазоне 0,3-1,5% при твердении в условиях повышенной влажности. Прочность бетонов на НЦ-20 через 1 сутки составляет 15 МПа, через 28 суток достигает 50 МПа. Водонепроницаемость бетонов на напрягающем цементе соответствует маркам W16 и выше, причем они выдерживают давление воды до 2 МПа. Газопроницаемость таких бетонов в 40 раз ниже, чем у бетонов на обычном портландцементе.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент ГГРЦ получают смешиванием высокоглиноземистого шлака (около 70%), строительного гипса (около 20%) и доменного гранулированного шлака (около 10%). В отличие от ВРЦ, ГГРЦ характеризуется более медленным схватыванием: начало не ранее 20 минут, окончание не позднее 4 часов. Прочность через 3 суток составляет 25-30 МПа, водонепроницаемость достигает марки W10-W12 при давлении воды до 1,1 МПа.
ГГРЦ применяется для изготовления безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, гидроизоляционных штукатурок, омоноличивания стыков сборных конструкций, строительства резервуаров для воды и нефтепродуктов. Ограничением является недопустимость применения при температуре эксплуатации выше 80°С вследствие возможной дегидратации эттрингита и потери водонепроницаемости.
Критически важным условием для реализации расширяющих свойств и достижения высокой водонепроницаемости является обеспечение влажностного твердения при относительной влажности не менее 90-95%. При недостатке влаги процесс образования эттрингита замедляется, расширение не происходит, водонепроницаемость резко снижается. Рекомендуется выдерживать конструкции из расширяющихся цементов в условиях водного насыщения не менее 7 суток.
Уплотнение бетонной смеси является критически важной технологической операцией, непосредственно определяющей водонепроницаемость, прочность, морозостойкость и долговечность бетона. Целью уплотнения является удаление воздушных пор и пузырьков, оптимальная упаковка частиц заполнителей, обеспечение плотного контакта бетона с арматурой и опалубкой. При качественном уплотнении объемная масса бетона возрастает с 2,2 до 2,4-2,5 т/м³, что соответствует снижению пористости с 10-12% до 3-4%.
Вибрирование представляет собой наиболее эффективный способ уплотнения бетонных смесей, основанный на воздействии механических колебаний высокой частоты и малой амплитуды. При вибрировании внутреннее трение между частицами бетонной смеси существенно снижается, смесь приобретает свойства тяжелой жидкости, пузырьки воздуха получают возможность всплытия и удаления из толщи бетона. Без вибрирования бетон может потерять до 30% проектной прочности, а водонепроницаемость снижается на 2-4 марки.
Вибрирование уменьшает пористость бетонного камня с 10-12% до 3-4%, что прямо обеспечивает повышение водонепроницаемости. Содержание воздуха в неуплотненной бетонной смеси составляет 5-8% от объема, при качественном вибрировании снижается до 1-2%. Каждый процент воздушных пор снижает прочность бетона приблизительно на 5-7% и ухудшает водонепроницаемость на 0,5-1 марку. Дополнительно вибрирование повышает морозостойкость на 50-100 циклов вследствие снижения водонасыщения бетона.
Глубинное вибрирование осуществляется погружными вибраторами, состоящими из гибкого вала и наконечника диаметром от 35 до 120 мм. Метод применяется при послойной укладке бетона в массивные конструкции, фундаменты, колонны, стены. Оптимальная толщина укладываемого слоя составляет 30-50 см, при этом вибратор должен заглубляться в предыдущий слой на 10-15 см для обеспечения монолитности.
Частота колебаний глубинных вибраторов составляет 150-200 Гц, амплитуда колебаний 0,5-1,5 мм. Продолжительность вибрирования в одной точке зависит от подвижности бетонной смеси и составляет 30-90 секунд. Признаками завершения уплотнения являются прекращение выхода воздушных пузырьков на поверхность, появление цементного молока и горизонтальное выравнивание поверхности бетона. Расстояние между точками погружения вибратора не должно превышать 1,5 радиуса действия вибратора, обычно составляющего 30-40 см.
Поверхностное вибрирование применяется при бетонировании плит, полов, дорожных покрытий, стяжек толщиной до 20-30 см. Используются виброрейки, виброплощадки, виброплиты, действующие на верхнюю поверхность бетона. Частота колебаний поверхностных вибраторов составляет 100-150 Гц, амплитуда 0,5-2,0 мм. Продолжительность вибрирования на одной стоянке 50-90 секунд.
Поверхностное вибрирование менее эффективно по сравнению с глубинным, так как вибрация затухает с глубиной. На глубине 15-20 см интенсивность колебаний снижается в 2 раза, на глубине 30 см становится недостаточной для качественного уплотнения. Поэтому данный метод применяется только для относительно тонких конструкций.
Вакуумирование представляет собой метод уплотнения, основанный на отсосе излишней воды и воздуха из свежеуложенного бетона через вакуумные маты, укладываемые на поверхность. Создается разрежение 0,07-0,09 МПа, под действием которого из бетона удаляется 15-25% воды, что соответствует снижению В/Ц на 0,10-0,15. Одновременно происходит уплотнение бетона вследствие сближения частиц.
Вакуумирование повышает водонепроницаемость на 2-3 марки, прочность на 20-30%, морозостойкость на 50-100 циклов. Метод особенно эффективен для конструкций из жестких бетонных смесей с низким В/Ц. Продолжительность вакуумирования составляет 10-20 минут в зависимости от толщины конструкции и подвижности бетонной смеси.
Не допускается вибрирование особо подвижных бетонных смесей с осадкой конуса более 18 см вследствие возможного расслоения. Запрещено вибрирование ячеистых бетонов с пенообразователями, так как разрушаются воздушные поры. Чрезмерно длительное вибрирование более 120-150 секунд приводит к сегрегации смеси, оседанию крупного заполнителя, всплыванию цементного молока, что ухудшает однородность и водонепроницаемость бетона.
Защитный слой бетона представляет собой толщину слоя бетона от грани элемента до ближайшей поверхности арматурного стержня согласно определению СП 63.13330.2018. Данный слой выполняет три основные функции: защита арматуры от коррозии при воздействии окружающей среды, обеспечение совместной работы арматуры и бетона вследствие их сцепления, обеспечение огнестойкости железобетонных конструкций.
Минимальная толщина защитного слоя регламентируется СП 63.13330.2018 и зависит от условий эксплуатации конструкции, наличия агрессивных воздействий, типа арматуры. Для закрытых помещений при нормальной влажности минимальный защитный слой для рабочей арматуры составляет 20 мм, для конструктивной 15 мм. При повышенной влажности более 75% без дополнительных защитных мероприятий защитный слой увеличивается до 25 мм для рабочей и 20 мм для конструктивной арматуры.
Для наружных конструкций, подвергающихся атмосферным воздействиям, минимальная толщина защитного слоя составляет 30 мм для рабочей и 25 мм для конструктивной арматуры. При этом рекомендуется применение бетонов марки не ниже W6-W8 для обеспечения долговечности конструкций.
Для конструкций, располагаемых в грунте при наличии бетонной подготовки, защитный слой рабочей арматуры должен быть не менее 40 мм, конструктивной 35 мм. При отсутствии бетонной подготовки эти значения возрастают до 70 мм и 65 мм соответственно. Марка бетона по водонепроницаемости должна быть не ниже W8-W10 для предотвращения проникновения грунтовых вод к арматуре.
Взаимосвязь между маркой бетона по водонепроницаемости и требуемой толщиной защитного слоя регламентируется СП 28.13330.2017 для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах. При использовании бетонов повышенной водонепроницаемости W12-W16 допускается снижение толщины защитного слоя на 15-20% по сравнению с нормативными значениями для бетонов марки W4-W6.
Для гидротехнических сооружений, работающих под постоянным воздействием воды, применяются бетоны марок W12-W16 с минимальным защитным слоем 40-50 мм для рабочей арматуры. При использовании напрягающего цемента НЦ-20, обеспечивающего водонепроницаемость W16 и выше, защитный слой может быть уменьшен до 30-35 мм вследствие высокой плотности бетона и пониженной газопроницаемости, составляющей лишь 2,5% от газопроницаемости обычного бетона.
Контроль толщины защитного слоя осуществляется на стадии изготовления конструкций при помощи фиксаторов арматуры и после твердения бетона неразрушающими методами. Применяются магнитные измерители защитного слоя, основанные на определении расстояния до ферромагнитной арматуры по изменению магнитного поля. Точность измерений составляет плюс-минус 3-5 мм при толщине защитного слоя до 50 мм.
Недостаточная толщина защитного слоя приводит к преждевременной коррозии арматуры даже при использовании водонепроницаемых бетонов вследствие карбонизации поверхностного слоя бетона и проникновения углекислого газа. Избыточная толщина защитного слоя более 70-80 мм нецелесообразна, так как ослабевает сцепление арматуры с бетоном, снижается эффективность армирования, возрастает риск образования трещин при изгибе.
Для предварительно напряженных элементов толщина защитного слоя арматуры на концах элементов в зоне передачи напряжений должна быть не менее 3 диаметров стержня и не менее 40 мм для стержневой арматуры. При расположении напрягаемой арматуры в пазах с последующим торкретированием минимальная толщина защитного слоя составляет 20 мм.
Методы определения водонепроницаемости бетона регламентируются ГОСТ 12730.5-2018, который был введен в действие с 01 сентября 2019 года, заменив ранее действовавший ГОСТ 12730.5-84. Стандарт устанавливает четыре основных метода испытаний: определение водонепроницаемости по мокрому пятну, определение коэффициента фильтрации, ускоренный метод определения коэффициента фильтрации фильтратометром, ускоренный метод по воздухопроницаемости.
Метод определения водонепроницаемости по мокрому пятну является основным стандартным методом для установления марки бетона. Испытанию подвергают серию из 6 образцов-цилиндров диаметром не менее 130 мм и высотой в зависимости от крупности заполнителя. Боковая поверхность образцов герметизируется, торцы остаются открытыми. Образцы устанавливают в испытательную установку, подают воду к нижней торцевой поверхности при постоянно возрастающем давлении.
Давление воды повышают ступенями по 0,2 МПа в течение 1-5 минут и выдерживают на каждой ступени согласно регламентированному времени: для образцов высотой 30 мм время выдержки составляет 4 часа, для высоты 50 мм – 8 часов, для 100 мм – 12 часов, для 150 мм – 16 часов. Испытания завершаются при появлении на верхней торцевой поверхности образца капель воды или мокрого пятна.
Водонепроницаемость отдельного образца определяется максимальным давлением воды, при котором еще не наблюдалось просачивание через образец. Водонепроницаемость серии оценивают по максимальному давлению, при котором на 4 из 6 образцов не наблюдалось просачивание воды. Марку бетона по водонепроницаемости определяют по таблице соответствия давления воды маркам W2-W20.
Метод определения коэффициента фильтрации основан на измерении количества воды, профильтровавшейся через образец бетона при постоянном давлении за определенный промежуток времени. Коэффициент фильтрации вычисляют по формуле К = Q × h / (A × t × ΔP), где Q – количество профильтровавшейся воды в см³, h – толщина образца в см, A – площадь фильтрации в см², t – время фильтрации в секундах, ΔP – перепад давления.
Данный метод применяется для научно-исследовательских целей, оценки эффективности гидрофобизирующих добавок, сравнительных испытаний различных составов бетона. Коэффициент фильтрации водонепроницаемых бетонов марок W10-W12 составляет менее 10⁻¹⁰ см/с, для марок W16-W20 снижается до 10⁻¹² см/с.
Ускоренный метод определения водонепроницаемости по воздухопроницаемости основан на экспериментально установленной корреляции между данными показателями. Измеряют воздухопроницаемость 6 образцов при помощи специальной камеры, создающей разрежение. По величине воздухопроницаемости с использованием градуировочных зависимостей определяют предварительную марку бетона по водонепроницаемости.
Метод применяется для оперативного контроля водонепроницаемости на производстве, при этом результаты носят предварительный характер и требуют периодической проверки стандартными методами. Преимуществом является сокращение времени испытаний с 16-24 часов до 30-60 минут.
Метод определения водонепроницаемости по глубине проникновения воды заключается в измерении глубины фронта проникновения воды в бетон после испытания образцов давлением. После завершения испытания образцы раскалывают на две части и измеряют максимальную глубину проникновения воды с точностью до 1 мм. По среднеарифметическому значению глубины проникновения для трех образцов согласно таблице стандарта определяют класс водонепроницаемости бетона.
Данный метод позволяет получить дополнительную информацию о структуре бетона, характере пористости, эффективности гидрофобизации. Для высококачественных бетонов марок W14-W20 глубина проникновения воды не превышает 10-15 мм при толщине образца 100 мм и давлении 1,4-2,0 МПа в течение 16 часов.
Определение марки бетона по водонепроницаемости проводят не ранее достижения бетоном проектного возраста, обычно 28 суток. Диаметр открытых торцевых поверхностей образцов-цилиндров должен быть не менее 130 мм. Торцевые поверхности перед испытанием очищают от поверхностной пленки цементного камня абразивным инструментом для обеспечения доступа воды к капиллярной структуре бетона.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.