Влияние рецептурно- технологических факторов на водонепроницаемость бетона
Основными путями фильтрации воды через бетон являются:
1) капиллярные поры ( особенно сквозные);
2) дефекты ( нарушение сплошности контактной зоны между цементным камнем и заполнителем);
3) трещины технологического усадочного или эксплуатационного происхождения.
В связи с этим, основные принципы регулирования состава и технологии получения водонепроницаемого бетона сводятся к следующему:
- уменьшение величины водоцементного отношения с целью уменьшения капиллярной пористости:
B-2nαЦ В/Ц-2nα
П к = = Ц , где
10 10
n- количество химически связанной воды ( n≈0,25);
α- степень гидратации ( α≈0,6 в проектном возрасте)
Между водонепроницаемостью и капиллярной пористостью существует зависимость, представленная ниже:
W |
Пк |
Практически капиллярная пористость реализуется подбором «идеальной» гранулометрией и применения суперпластификаторов в сочетании с длительным благоприятным влажным режимом твердения.
- Использовать чистые фракционированные заполнители с минимальным содержанием пылевидно- глинистых частиц (ПГ). Например, 0,5% ПГ стоит 2 атмосферы по водонепроницаемости.
- Режим твердения должен исключать образование трещин, т.е. «мягкие» режимы тепло- влажностной обработки (ТВО) или длительное влажностное твердение;
- Непроницаемый бетон еще не гарантирует непроницаемости конструкции, если в ней из-за перегрузок, деформаций или усадки образовались трещины. Увеличение ширины раскрытия трещины на 0,1 мм увеличивает фильтрацию на порядок, т.е. понижает марку на 2-3 ступени.
Марка бетона по водонепроницаемости связана с коэффициентом фильтрации, который используется в расчетах долговечности железобетонных конструкций. Коэффициент фильтрации численно равен количеству воды, проходящей через образец единичной толщины, единичной площади в единицу времени при перепаде давлений, равном единице, и имеет размерность см/с. Численные значения коэффициента фильтрации зависят от плотности и влажности бетона и изменяются в пределах от 2*10-8 до 5*10-12 см/с и менее.
Фильтрация воды через бетон не является постоянной, в ней различается 5 периодов: индукционный ( до начала фильтрации), возрастающей фильтрации, максимальной фильтрации, нестабильной снижающейся фильтрации, стационарной фильтрации. Время от начала испытаний до стационарной фильтрации характеризует период установления стационарного потока и может достигать полутора месяцев. Коэффициент фильтрации при постоянном потоке составляет 20-25% от максимального ее значения.
Основные положения по расчету состава водонепроницаемого бетона
Для расчета водонепроницаемого бетона необходимо знать, что водонепроницаемость бетона зависит от цементно- водного отношения (формула) и имеет связь с прочностью и морозостойкостью бетона ( график):
В/Ц |
W F R |
Таким образом, можно сделать вывод, что пористость – это функция отношения воды к цементу. А прочность R, морозостойкость F, водонепроницаемость W – это функция от пористости.
Для обеспечения низкой проницаемости необходимо ограничивать В/Ц бетонной смеси не более 0,5, создать длительные благоприятные условия твердения, применить уплотняющие добавки и специальные цементы.
Влияние напряженно- деформированного состояния (НДС) на водонепроницаемость бетона
σt/Rt |
Wσ/W0 |
σ/R |
W0 |
~1,3W0 |
0,25-0,35 |
0,4- 0,5 |
где
σt / Rt – уровень растягивающих напряжений;
σ/R – уровень сжимающих напряжений;
σt – растягивающее напряжение;
Wσ – реальная водонепроницаемость;
W0 – водонепроницаемость испытываемых образцов;
R – прочность при сжатии
Согласно данному графику, можно сделать соответствующие выводы о том, какая из представленных на графике величин воздействует на состояние бетона.
Коррозия бетона
Под коррозией подразумевается гидратация ( разрушение ) бетона во времени, обусловленное физическими, физико- химическими и химическими процессами, происходящими в структуре бетона, в результате его взаимодействия с окружающей средой без учета влияния механических напряжений от нагрузок.
Существует классификация коррозии по Москвину:
1.Коррозия 1 типа: есть результат разрушения бетона в результате воздействия на него « мягких» вод при омывании или фильтрации. Механизм коррозии сводится к следующему: в результате гидратации алита одним из продуктов является Ca(OH)2 – портландит, имеющий растворимость в воде до 1,2 г/л.
R |
%, Ca(OH)2 |
Удаление примерно 30%Ca(OH)2 из цементного камня влечет за собой потерю всей прочности цементного камня.
Условно безопасная граница удаления Ca(OH)2 из цементного камня ≈ 10%.
Способ защиты против коррозии 1типа: плотнее необходимо изготавливать бетон, т.е. необходимо повышать марку по водонепроницаемости.
2.Коррозия 2 типа: обменные реакции между продуктами и поступающими из вне агентами, в результате которых образуются либо легко растворимые соединения, либо соединения, не обладающие вяжущими свойствами, либо соединения, вызывающие коррозию 3 типа.
При этом типе коррозии происходят следующие реакции:
Ca(OH)2 + Na2SO4 CaSO4 + 2Na+ + 2OH-
Малорастворимый осадок, не обладающий вяжущими свойствами |
Идет в коррозию 3типа |
Ca(OH)2 + MgCl Ca2+ + Cl- + Mg(OH)2
Ca(OH)2 + NaCl Ca2+ Cl- + Na+ + OH-
Эта коррозия характеризуется тем, что вода растворяет и уносит растворенные соединения. Следовательно, коррозия 2 типа идет только в воде.
H2O |
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O – образуется нерастворимое соединение
Таким образом, все виды коррозии 2 типа основаны за счет химического взаимодействия; в той или иной форме уходит Ca(OH)2.
Способ защиты против коррозии 2 типа: необходимо повышать марку бетона по водонепроницаемости.
3.Коррозия 3 типа: разрушение бетона в результате позднего образования гидросульфоалюминатов кальция (ГСАК) – вторичные продукт- при воздействии на бетон сульфатов ( так называемая сульфатная коррозия).
В составе цемента есть трехкальциевый алюминат , который взаимодействует с водой с образованием гидроалюминатов кальция. Далее к полученному образованию добавляют гипсовый камень для замедления сроков схватывания. В результате образуется эттрингит, который тормозит дальнейшую быструю гидратацию С3А за счет образования защитного слоя и замедляет схватывание цемента на 3…5ч:
гидроалюминаты Ca |
эттрингит |
Эттрингит для воды не проницаем ( его объем составляет в 2 раза больше, чем суммарный объем образующих его веществ, что приводит к растрескиванию бетона).
Активный эттрингит образуется при повышенном рH- среды, а пассивный эттрингит – при пониженном рH – среды.
Способ защиты против коррозии 3 типа: использование сульфатостойких цементов, которые отличаются повышенной устойчивостью к действию сульфатных вод, что обеспечивается пониженным содержанием С3А. Изготавливают этот цемент из клинкеров нормированного минералогического состава:
C3A≤ 5%
C3S≤50%
C3A+ C4AF˂22%
Механизм работы коррозии 3 типа: уменьшение гидросульфоалюминатов кальция ведет к уменьшению образования эттрингита. Чем меньше С3А , тем меньше гидроалюминатов кальция; и чем меньше трехкальциевого силиката С3S, тем меньше Ca(OH)2, следовательно, уменьшается pH – среды. А это значит в меньшей степени будет образовываться эттрингит.
Выделяют внутреннюю коррозию (щелочную): происходит в результате взаимодействия щелочей, содержащихся в цементе с аморфным микрокремнеземом ( опал, халцедон), содержащимся в некоторых заполнителях:
Аморфный кремнезем |
Далее образуется гель кремнекислоты, объем которого больше объема своих компонентов. В результате происходит растрескивание бетона. Образуются нерегулярные и хаотичные трещины.
Способ защиты против внутренней коррозии: необходимо следить, чтобы в цементе содержание щелочи и реакционно- активного кремнезема в заполнителях было минимальным.
свая |
соль |
H2O + соль |
H2O |
Соли при кристаллизации образуют сильное давление на поверхности сваи и разрывают изделие.
Строительные растворы
Строительными растворами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате укладки и твердения правильно подобранных смесей из неорганических вяжущих веществ, мелкого заполнителя – песка и воды. Часто наряду с указанными основными компонентами вводят специальные добавки, например, повышающие пластичность смеси или замедляющие ее схватывание, либо ускоряющие твердение.
Такие смеси до затвердевания, т.е. пока они еще находятся в пластично – вязком состоянии, называют растворными смесями.
По составу растворы отличаются от бетонов только меньшей крупностью заполнителя, т.е. в сущности, это мелкозернистые бетоны. Поэтому общие закономерности, характерные для бетонов, в принципе применимы и к растворам. В частности, прочность растворов зависит от марки вяжущего и величины отношения.
При использовании растворов надо учитывать две особенности:
1) Растворы укладывают тонкими слоями ( обычно 1- 2 см), не применяя при этом специального механического уплотнения;
2) Растворы часто наносят на пористое основание (кирпич, бетон, пористые камни), способные сильно отсасывать воду.
Вследствие этих особенностей раствор в тонком слое сразу после укладки подвергается действию факторов, которые могут значительно изменить его состав ( в результате отсоса воды) и повлиять на конечные свойства.
Строительные растворы в зависимости от назначения бывают кладочные, отделочные и специальные. Кладочные растворы применяют для скрепления элементов при кладке фундаментов, столбов, стен, сводов из кирпича или природного камня, а также для монтажа крупноблочных и крупнопанельных элементов. Отделочные растворы служат для оштукатуривания поверхностей конструкций, устройства выравнивающих слоев, декоративной отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и блоков, фасадов и интерьеров зданий.
Специальные растворы – инъекционные жаростойкие, кислотостойкие, рентгенозащитные, акустические – применяют в случаях, когда к конструкциям предъявляются особые требования.
По виду заполнителя растворы подразделяют на тяжелые ( средняя плотность более 1500 кг/м3) и легкие ( средняя плотность менее 1500 кг/м3).
Отличаются они по средней плотности затвердевшего раствора в сухом состоянии, которая в основном зависит от средней плотности заполнителя.
По виду вяжущего они подразделяются на цементные, известковые и смешанные растворы. Вяжущее назначается в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Строительные растворы изготавливают, как правило, централизованно на автоматизированных растворных заводах или на строительных базах, доставляют на объекты в виде пластических смесей, готовых к употреблению. При значительном удалении строительного объекта от завода рекомендуется изготовлять сухие растворные смеси, которые затворяют водой и перемешивают на месте производства работ. Влажность сухих смесей должна быть не более1% по массе. Их поставляют в упаковке, исключающей возможность увлажнения. В настоящее время сухие смеси получили широкое распространение, особенно для приготовления растворов, используемых для отделки фасадов и интерьеров зданий. В связи с тем, что в заводских условиях обеспечивается более тщательная подготовка и дозировка компонентов раствора и, следовательно, получение готового раствора высокого качества с заданными свойствами, применение сухих смесей в перспективе будет увеличиваться.
Растворы специального назначения обязательно должны изготавливаться в виде готовых смесей на заводах.