Водопроницаемость бетона и ее влияние на долговечность конструкций. Негативное воздействие водной среды на структуру бетона существенно влияет на прочность и жизнестойкость сооружений. Насколько интенсивно будет происходить данный процесс, зависит от такого параметра, как водопроницаемость бетона. Повысить влагостойкость бетона — одна из основных конструктивных задач на стадии проектирования железобетонных конструкций (см. видео в этой статье). Общие сведения. Определение водопроницаемости бетона в конечном итоге — это способность материала противостоять влиянию жидких агрессивных сред на структуру и эксплуатационные качества изделий. Благодаря капиллярно-пористой структуре материал может адсорбировать влагу как при прямом контакте с водой, так и непосредственно из окружающей воздушной среды. Самый низкий показатель проницаемости — у тяжелого плотного бетона.

У вариантов с легкими наполнителями данное значение держится в пределах 7–8%, а вот у ячеистых (пористых) бетонов этот параметр довольно значительный. Например, водопоглощение газобетона может достигать 20–25%. Факторы, влияющие на проницаемость бетона. Водопроницаемость конструкций подчинена следующим обстоятельствам: Бетон является сложной многофазовой системой, состоящей из цементного камня с правильно распределенными в нём включениями зерен песка и крупнозернистого заполнителя, а также большого количества мелких пор, насыщенных водными растворами и воздухом. Характеристика пористой структуры материала. Наличие значительного объема свободных ячеек в структуре материала— это не главная причина проницаемости (водопоглощения). На влагостойкость бетона особое влияние оказывает форма и характер возникновения пористых образований. По механизму образования поры можно разделить на три категории: пустоты, появляющиеся во время укладки смеси; седиментационного происхождения; контракционные каверны, образующиеся вследствие уменьшения объёма твердеющего камня; капиллярные образования; поры геля. Главной причиной появления пор укладки в структуре смеси является: неправильный подбор вяжущего и заполнителей (пористость компонентов); неверный расчет состава необходимой марки бетона с учетом пористости материалов; избыточное содержание воды в растворе; недостаточное уплотнение смеси при заливке в опалубку усадка бетона. В период твердения изделия вода, находящаяся в порах бетона, испаряется, оставляя после себя пустоты, которые при последующей эксплуатации могут служить основной причиной фильтрации воды. Седиментационные воздушные ячейки тоже появляются в период заливки, как результат внутреннего водоотделения (расслоения) смеси. Заполнители, как правило, обладают большим весом в сравнении с другими компонентами, поэтому в соединении с частицами цемента они, под действием собственного веса, медленно осаждаются вниз, а свободная вода, при этом, выдавливается наружу и скапливается у поверхности. После постепенного испарения избыточной влаги, в этой структуре образуются пустоты, соединенные мелкими капиллярами (капиллярные поры), которые в период эксплуатации конструкций будут способствовать проникновению воды в тело бетона. Поры геля появляются в период гидратации цементного камня и равномерно заполняют промежутки, образовавшиеся между капиллярными порами. По своему строению они относятся к разряду закрытых водонепроницаемых ячеек. Наибольшую опасность для показателей водонепроницаемости представляют размеры открытых пор и капилляров, которые при величине диаметра более 0,3 мк и достаточном давлении жидкости становятся абсолютно водопроницаемыми. Влияние вяжущих на водонепроницаемость изделий. Следующие факторы, влияющие на влагопоглощение бетона это: марка и вид цемента; водоцементное соотношение смеси. Марка и тип цемента оказывают значительное влияние на водопроницаемость изделий. Для приготовления влагостойких бетонов необходимо использовать цементные составы наиболее тонкого помола. В этом случае повышается плотность и однородность структуры цементного камня, что способствует понижению водопроницаемости материала. С другой стороны, высокое содержание воды в растворе нарушает водоцементное соотношение, которое в значительной мере способствует увеличению количества пор и капилляров в структуре изделия, а значит, отрицательно влияет на параметры водопроницаемости конструкций. Водоцементное отношение — это оптимальное количество воды в условных частях относительно общего объема цемента в составе бетонной смеси. Например, влагостойкий бетон (см. таблицу) должен иметь водоцементное соотношение в пределах 0,40–0,50. Подсказки: – понижение водоцементного отношения при оптимальной подвижности бетонного раствора достигается за счет применения специальных пластификаторов, уменьшающих общее количество пор, и повышающих водонепроницаемость бетона. Роль заполнителей в расчете оптимальной водонепроницаемости. В ряду факторов, влияющих на влагостойкость бетона, не последнее место занимает структура и состав применяемых заполнителей. Для производства смесей с высокими требованиями по водонепроницаемости, обычно применяют плотные крупнозернистые породы щебня и гравия. Такие растворы требуют меньше воды для своего приготовления, и имеют положительные показатели удобоукладываемости. При этом, правильно подобранная фракция песка и его количество в бетонной смеси, также способствуют снижению водопроницаемости бетона. Объем и качество песка рассчитывается для каждой смеси индивидуально. Так, для тонкостенных влагостойких конструкций рекомендовано применение песка мелких фракций. В этом случае повышается однородность раствора, наблюдается малое расслоение и высокие реологические показатели смесей. На основании проведенных исследований и полученных результатов определили, что для получения высоких значений водонепроницаемости, оптимальное содержание песка в общем объеме заполнителей должно составлять 45–55%. Водонепроницаемость: характеристики материалов, требования. Требования к бетонным конструкциям по проницаемости регулирует ГОСТ водопоглощение бетона. Величина, гарантирующая оптимальную влагостойкость бетона для данной марки, обозначается символом W. Водопроницаемость бетона W может изменяться в пределах следующих марок W2–W20 (ГОСТ 26633-2015). Значение марки материала по водонепроницаемости определяется максимальным давлением воды, которое выдерживает образец цилиндрической или квадратной формы при стандартных испытаниях до момента начала фильтрации влаги через структуру исследуемого экземпляра. Например, бетон марки W6 выдерживает давление воды равное 0,6 Мпа. Требования к материалам для производства влагостойкого и гидротехнического бетона, в зависимости от вида конструкций и условий эксплуатации: Для изготовления конструкций с низкими показателями водопроницаемости рекомендуется использовать портландцемент, пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент. Для противостояния сульфатным жидким агрессивным средам применяют сульфатостойкие цементы. В качестве мелких заполнителей используют песок искусственного или природного происхождения с размером зерен равным 1,5–3,5 мк. Фракции менее 2,0 мк, необходимо применять только с использованием пластифицирующих добавок. Для крупного заполнителя принято использовать щебень вулканических и осадочных горных пород фракцией 5–150 мм. Причем, марка щебня из вулканических пород должна быть выше по значению марки бетона в 2,5 раза, а марка осадочных — минимум в 2 раза. Методы контроля водонепроницаемости изделий. Определение водопоглощения бетона производится в лабораториях на специальном оборудовании согласно ГОСТ 12730.5-84, устанавливающем следующие способы испытаний: исследование водопроницаемости по «мокрому пятну»; по коэффициенту фильтрации; ускоренный метод установления коэффициента фильтрации; ускоренная методика, основанная на воздухопроницаемости. Определение проницаемости первым способом. Испытание образцов по методу «мокрого пятна» проводят на специальной установке УВБ-МГ4 (см. фото). Конструкция агрегата позволяет определять водонепроницаемость бетона способом «мокрого пятна» в автоматизированном режиме. Образцы герметизируются в металлических испытательных резервуарах цилиндрической формы, к которым снизу, под давлением, подается вода. Повышение давления воды происходит в автоматическом режиме (по 0,20 Мпа) в равные промежутки времени. Формирование программы испытаний, величину давления на каждой ступени, регистрацию степени промокания материалов, и при каком усилии, обеспечивает микроконтроллер. Подачу воды производят до тех пор, пока на поверхности образца не начнет появляться мокрое пятно. Максимальную величину давления воды, при котором не наблюдалось признаков фильтрации, принимают за значение водонепроницаемости изделия (W). Исследование образцов по коэффициенту фильтрации. Механизм исследования по коэффициенту фильтрации отличается от предыдущего только способом определения значений водонепроницаемости. В отличие от предыдущего, где фиксируется только давление воды, в этом случае, происходит еще периодический забор отфильтрованной жидкости в запланированный отрезок времени. Каждые 30 мин, на протяжении всего периода испытаний, проводят сбор и взвешивание фильтрата со всех образцов, участвующих в исследовании. Затем, определяют среднее значение всех измерений веса жидкости и на основании этого показателя, при помощи специальной формулы, вычисляют коэффициент фильтрации. Полученный коэффициент сравнивают с результатами измерений, полученных методом «мокрого пятна», и определяют параметр W водонепроницаемости бетона. Ускоренная технология получения коэффициента фильтрации. Ускоренный способ получения данных фильтрации заключается в использовании прибора, называемого фильтратометром (см. фото). Инструкция по ускоренному определению коэффициента фильтрации при помощи гидронасоса: Образец цилиндрической формы (б), выбуренный из исследуемой конструкции, при помощи специального крепежного устройства подсоединяют к рабочему цилиндру фильтратометра. Вращением рукоятки насоса (2) повышают давление в резервуаре до 10 Мпа. По окончанию испытаний фильтратометр убирают с образца, и протирают ветошью поверхность исследуемого цилиндра. В запланированные промежутки времени проводят шесть измерений диаметра мокрого пятна на поверхности образца, и рассчитывают среднеарифметическое значение результатов измерений. Затем, эти результаты подставляют в формулу, и вычисляют коэффициент фильтрации. Полученный коэффициент фильтрации сравнивают со значениями в таблице, и определяют марку водопроницаемости. Метод определения водопоглощения бетона по его воздухопроницаемости. Данный способ позволяет существенно сократить время испытаний по исследованию водонепроницаемости бетона в сравнении с вышеописанными методами. Для проведения таких исследований применяется специальное устройство «Агама» (ГОСТ 12730.5-84). Определение значения скорости фильтрации воздуха производится путем подачи воздуха сквозь тело образца внутрь вакуумной камеры, герметично закрепленной на поверхности изделия. Порядок испытаний выглядит следующим образом: На очищенную поверхность образца устанавливают вакуумную камеру. Стык соединения фланца камеры и поверхности бетона герметизируют специальной мастикой. Подсоединяют ручной вакуумный насос, и начинают откачивать воздух до получения разряжения в камере прибора 0,8–0,9 кг/см 2 . По достижению заданного давления воздушный кран закрывают, отсоединяют насос и ждут, когда давление в камере достигнет значения 0,7 кг/см 2 . Затем включают секундомер и наблюдают: за какое время давление в резервуаре снизится до 0,65 кг/см 2 . По окончанию опыта, при помощи вентиля сбрасывают давление в камере, и заменяют образец. Таким способом проводят испытания шести контрольных бетонных образцов. Полученные показатели скорости падения разряжения (t i ) заносятся в журнал в порядке их возрастания. Затем определяют средний арифметический показатель времени (t c ) между значениями третьего и четвертого образца, и на основании этого коэффициента определяют водонепроницаемость по таблице (см. фото). Способы повышения водонепроницаемости бетона. Негативное воздействие воды отрицательно сказывается на долговечности сооружений. Исключить это влияние или хотя бы уменьшить поступление влаги внутрь конструкций — главная задача при проектировании и эксплуатации зданий. В основе обеспечения водонепроницаемости бетона своими руками лежит ряд рекомендаций, затрагивающих проблемы проницаемости конструкций начиная с их изготовления, и заканчивая периодом эксплуатации. Для обеспечения высокой влагостойкости элементам конструкций, во время приготовления и укладки бетона, необходимо придерживаться следующих факторов: Правильный выбор состава бетона и оптимального количества вяжущих и заполнителей. Внимательно следить за показателями В/Ц. Чем меньше водоцементное отношение, тем меньше пористость материала и выше водонепроницаемость конструкций. Использование специальных модификаторов для повышения физико-химических характеристик укладываемых смесей. Применение современных технологий заливки и уплотнения бетонных растворов. Обеспечение должного ухода за твердеющими смесями. Для затвердевшего бетона также предусмотрен целый ряд мероприятий: обмазочная гидроизоляция; оклеечная; окрасочная; применение специальных пропиток (гидрофобизаторов); использование ремонтных смесей для восстановления покрытий. Цена на материалы для проведения гидроизоляционных работ колеблется в широких пределах, в зависимости от выбранного способа и объема изолируемых поверхностей. Но она с лихвой окупается в период эксплуатации конструкций, особенно если учесть затраты на ремонт и восстановление сооружений в случае неиспользования гидрофобизирующих материалов. Инженер-проектировщик. Опыт 14 лет. Закончила Московский технический университет связи и информатики (МТУСИ), Факультет: Информационные системы и технологии. Так же ищите мой профиль в интернете, где Я делюсь историями из своей работы и жизни. Инженер-сметчик. Закончил Нижегородскую архитектурно-строительную академию. Опыт 6 лет. В данный момент начальник СДО (Руководитель среднего звена). Готов помочь в любом вопросе. Специалист широкого профиля. Опыт более 8 лет. Окончил Хабаровский строительный техникум по специальности «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений» и заочное отделение Тихоокеанского государственного университета (факультет «Экономики и управления»). Прошел путь от монтажника до технического директора. Сайт о бетоне: строительство, характеристики, проектирование. Соединяем опыт профессионалов и частных мастеров в одном месте.