Водонепроницаемость бетона

Бетон является самым распространённым строительным материалом. Большинство сооружений, предполагающих контакт с водой, выполняют именно из бетона. Одно из важных свойств бетона является его водонепроницаемость.

Водонепроницаемость — способность бетона не пропускать воду под давлением, при этом давление повышают ступенями до достижения определенной величины.

 

Методы определения водонепроницаемости (ГОСТ 12730.5-84):

• определение водонепроницаемости по "мокрому пятну" (основан на измерении максимального давления при котором через образец не просачивается вода);
• определение водонепроницаемости по коэффициенту фильтрации (основан на определении коэффициента фильтрации при постоянном давлении по измеренному количеству фильтрата и времени фильтрации);
• ускоренный метод определения коэффициента фильтрации (фильтратометром);
• ускоренный метод определения водонепроницаемости бетона по его воздухопроницаемости.

В связи с тем, что обычные методы испытания занимают достаточно много времени (испытание бетона марки W8 "по мокрому пятну" длится около недели), на практике применяют ускоренные методы определения водонепроницаемости.

 

Марка бетона по водонепроницаемости

Для бетонов конструкций, к которым предъявляются требования ограничения проницаемости, устанавливают следующие марки по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20 (ГОСТ 26633).

Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует максимальному значению давления воды (МПа · 10 ^-1), выдерживаемому бетонным образцом-цилиндром высотой 150 мм в условиях стандартного испытания (например, бетон марки W4 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,4 МПа=4 атм).

 

Показатели проницаемости бетона

Проницаемость бетона оценивается маркой бетона по водонепроницаемости или коэффициентом фильтрации (прямыми показателями), а также водопоглощением бетона и водоцементным отношением (косвенными показателями), которые являются ориентировочными и дополнительными показателями.

 

Условные обозначения	Показатели проницаемости бетона
	прямые		косвенные
	марка бетона по водонепроницаемости	коэффициент фильтрации, см/с (при равновесной влажности), Kf	водопоглощение, % по массе	водоцементное отношение В/Ц, не более
Н - бетон нормальной проницаемости	W4	Св. 2*10-9 до 7*10-9	Св. 4,7 до 5,7	0,6
П - бетон пониженной проницаемости	W6	Св. 6*10-10 до 2*10-9	Св. 4,2 до 4,7	0,55
О - бетон особо низкой проницаемости	W8	Св. 1*10-10 до 6*10-10	До 4,2	0,45
	W10-W14	Св. 5*10-11 до 1*10-10		0,35
	W16-W20	Менее 5*10-11		0,30

 

Какой бетон использовать для фундамента?

Для большинства сооружений из монолитного железобетона достаточно, чтобы его марка по водонепроницаемости была не ниже W6. Однако, даже при наличии бетона с высокой водонепроницаемостью (W6-W8) вода в сооружение проникает по швам, сопряжениям (например, стена-пол, стена-потолок) и другим дефектным участкам в конструкции.

Поэтому для обеспечения надежной защиты подземных сооружений от воздействия воды необходимо устройство водонепроницаемых швов.

 

Повышение водонепроницаемости бетона

Плотность и пористость

Бетон, будучи капиллярно-пористым телом, при наличии соответствующего градиента давления проницаем для воды.

Водонепроницаемость бетона зависит от множества факторов, среди которых основным является степень и характер пористости материала. Чем более плотный бетон, чем меньше количество и объем пор в нем, тем выше его водонепроницаемость.

Основные причины возникновения пор:

• недостаточная уплотненность бетона;
• наличие излишней воды затворения;
• уменьшение бетона в объеме при высыхании (усадка бетона).

Необходимая уплотненность бетона достигается хорошим размешиванием и тщательной вибрацией.

Химическая реакция клинкерных составляющих цемента с водой (присоединение воды), которая происходит в бетоне во время набора им прочности, называется реакцией гидратации. Реакция продолжается в течение длительного периода времени.

Для полной гидратации цементных частиц количество присутствующей воды должно быть на уровне 40% от массы цемента, что соответствует водоцементному отношению В/Ц=0,4. При этом химически связывается только 60% исходной воды, что соответствует В/Ц=0,25.

Теоретически, для гидратации цемента достаточно В/Ц = 0,25, однако при этом резко возрастает жесткость бетона, поэтому на практике используют бетон с В/Ц отношением около 0,5, что обеспечивает транспортировку и удобоукладываемость бетонной смеси.

Вода, не вступившая в реакцию гидратации цемента, после высыхания образует в бетоне большое количество пор. Часть из них замкнута, а часть образует сквозные каналы, по которым впоследствии может проникнуть вода.

Для повышения водонепроницаемости бетона, количество воды затворения должно быть минимизировано (величину В/Ц=0,4 считают как «оптимальную»).

Снижение водоцементного отношения (например, с В/Ц=0,5 до В/Ц=0,40, т.е. на 20%) при заданной подвижности бетонной смеси достигается за счет применения пластификаторов, при этом количество и объем пор резко уменьшается.

 

Для получения особо плотного бетона с высокой маркой водонепроницаемости используют различные гидроизоляционные добавки.

 

 

Усадка бетона

Твердение и высыхание бетона сопровождается усадкой, проявляющейся в уменьшении его объема.

Интенсивность и величина усадки зависит от армирования (недостаток армирования приводит к образованию больших трещин при усадке), возможного протекания процесса испарения воды, окружающих условий и состава бетонной смеси.

Водонепроницаемый бетон должен обладать минимальной усадкой.

Решение проблем усадки:

• увлажнения свежеуложенного бетона (каждые 3-4 часа) в течение первых трех дней
  (в зависимости от температуры окружающей среды);
• укрытие участка бетонирования влажной мешковиной или пленкой;
• применение специальных пленкообразующих составов
  (перед применением необходимо изучить характеристики состава, так как на некоторые из них невозможно нанести гидроизоляционное либо другое покрытие после вызревания бетона).

Для бетонов с низким В/Ц отношением сохранение воды в теле бетона от испарения, необходимой для процесса гидратации цемента, является одной из основных задач.

 

Влияние возраста бетона на его водонепроницаемость

Одной из особенностей бетона является то, что с увеличением его возраста водонепроницаемость бетона повышается. При этом интенсивное и устойчивое повышение водонепроницаемости бетонов может быть достигнуто только при продолжительном влажностном уходе.

Значительное увеличение водонепроницаемости бетонов на портландцементах (при постоянном увлажнении бетона или отсутствии потерь влаги и положительной температуре) имеет место вплоть до возраста 180 дней.

Водонепроницаемость бетонов, твердевших в воздушной среде с низкой относительной влажностью и потерявших за время твердения значительное количество воды затворения, всегда значительно (в несколько раз) ниже водонепроницаемости таких же бетонов, но твердевших в условиях постоянного увлажнения. Так, водонепроницаемость образцов бетона, находившихся после распалубки в воздушной среде с относительной влажностью порядка 50-60 % и испытанных в возрасте 180 дней, обычно оказывается фактически равной или ниже водонепроницаемости таких же образцов бетона, твердевших в условиях постоянного увлажнения - 28 дней.

Наиболее интенсивное повышение водонепроницаемости наблюдается при твердении бетонов в условиях постоянного обильного увлажнения (избыточной влажности окружающей среды).

При твердении бетонов в условиях возможного медленного испарения влаги из бетона (например, при твердении в воздушной среде с относительной влажностью 90-95 % при редком поливе водой или отсутствии полива) водонепроницаемость также значительно повышается (хотя и несколько меньше, чем при постоянном увлажнении и поглощении бетоном воды извне), достигая максимума в возрасте 180 дней -1 год, и в дальнейшем стабилизируется.

При воздушном хранении, в условиях испарения из бетона значительных количеств воды; рост водонепроницаемости бетона замедляется тем больше, чем полнее его обезвоживание. При больших потерях воды рост водонепроницаемости бетона прекращается и, более того, наблюдаются случаи снижения ее первоначальной величины.

 

Нарастание
водонепроницаемости бетонов
различных составов во времени
в условиях медленного испарения воды из бетона

В/Ц	Расход цемента, кг/м3	Водонепроницаемость в % от 28 - дневной при испытаниях в возрасте
		28 дней	180 дней	3 года
0,50	338	100	350	400
0,60	284	100	-	400
0,70	245	100	400	425