8.5.2. Проницаемость бетона

 

Проницаемость в конечном итоге определяет способность материала сопротивляться воздействию увлажнения и замерзания, влиянию различных атмосферных факторов и агрессивных сред.

Проницаемость зависит от общей пористости, структуры пор, свойств вяжущего и заполнителей, вида флюида. Для гидротехнических бетонов наибольшее значение имеет водонепроницаемость.

Бетон является капиллярно-пористым материалом, пронизанным сеткой мельчайших пор и капилляров размером до 10^-5 мм.

Микропоры и капилляры размером более 10^-5 мм доступны для фильтрации воды, которая происходит вследствие перепада давлений.

Макропористость бетона уменьшается при понижении В/Ц, увеличении степени гидратации цемента, уменьшении воздухововлечения в бетонную смесь, при использовании химических добавок, уплотняющих структуру бетона.

Проницаемость бетона можно оценить коэффициентом проницаемости, который измеряется количеством воды В, прошедшей через 1 см² образца в течение 1 часа при постоянном давлении:

  ,                                                                                          (8.5)

где А – площадь образца, см²; t – время, ч;  p₁ и p ₂ – градиент давления.  

Плотные бетоны обычно не фильтруют воду, для их оценки используют другое понятие – марка по водонепроницаемости.

Рис. 8.6. Зависимость коэффициента проницаемости

бетона от объема макропор ν_м.п

Для тяжелых бетонов, к которым предъявляются требования ограничения проницаемости или повышенной плотности и коррозийной стойкости, назначают марки по водонепроницаемости. Установлены следующие марки по водонепроницаемости W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20.

Эта характеристика определяется испытаниями и показывает, до какого давления бетон является непроницаемым для воды.

При испытании с одной стороны образца, соприкасающегося с водой, создают давление, медленно его повышая. Наблюдая за другой стороной образца, отмечают, при каком давлении на поверхности бетона появляются влажные пятна. Это давление определяет марку бетона по водонепроницаемости.

Водопроницаемость бетона со временем снижается (рис. 8.7).

В ряде случаев водопроницаемость (в силу растворения в воде солей, кислот и других веществ) может сопровождаться физико-химическими процессами взаимодействия продуктов гидратации цемента и заполнителей с фильтрующей жидкостью, что приводит к повышению проницаемости бетона. 

 

Рис. 8.7. Влияние возраста бетона на его водопроницаемость В (за 100 % принята водопроницаемость в возрасте 30 сут)

Введение добавок или специальных веществ при приготовлении бетона является сравнительно простым и достаточно эффективным мероприятием. Проницаемость также существенно может быть уменьшена путем пропитки бетона жидким стеклом, серой и другими веществами, кольматирующими поры и капилляры бетона. Практически непроницаемыми являются полимербетоны.

 

8.6. Морозостойкость бетона

 

Под морозостойкостью бетона понимают способность в насыщенном водой состоянии поддерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание.

Основной причиной, вызывающей разрушение бетона, является давление на стенки пор и устья микротрещины, создаваемое замерзающей водой. При замерзании вода увеличивается в объеме на 9 %. Расширению препятствует жесткий каркас бетона,  в котором возникают высокие напряжения. Многократно повторяемые замораживания и оттаивания разрушают структуру бетона, постепенно разупрочняют ее, и материал начинает разрушаться, начинают крошиться ребра, затем трещины проникают внутрь.

Это явление усиливается гидростатическим давлением воды, еще не успевшей перейти в лед и различием в коэффициентах температурного расширения составляющих бетона.

Критерием морозостойкости бетона является количество циклов, при котором потеря в массе образца менее 5 %, и снижением прочности не превышает 5 %. Это количество циклов и определяет марку бетона по морозостойкости. Для тяжелых бетонов назначают марки по морозостойкости F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000.

Морозостойкость бетона зависит от его строения, особенно от характера пористости, так как объем пор будет определять объем и распределение льда в теле бетона при отрицательных температурах, т. е. интенсивность воздействий на бетон.

В микропорах бетона связанная вода не переходит в лед при температурах –70 ^оС и ниже, поэтому и в данном случае микропоры не оказывают влияния на свойства бетона.

Морозостойкость бетона повышается с уменьшением объема макропор за счет снижения В/Ц, применения гидрофобирующих или кольматирующих добавок, создания  резервного объема воздушных пор с помощью воздухововлекающих добавок, формулирующих особую структуру пор бетона, незаполняемых водой, но доступных для проникания в них воды под давлением, возникающим при замерзании (рис. 8.8).

Рис. 8.8.  Зависимость морозостойкости бетона от капиллярной пористости П₁ (по Горчакову Г.И.)

Для обеспечения повышенной морозостойкости необходимо добиться  получения в бетоне такого большого количества мельчайших пузырьков, чтобы расстояние между ними не превышало 0,025 см. Обычно в таком бетоне удельная поверхность пор, характеризующая их размеры, составляет 1000–2000 см²/см³, размеры пор 0,005–0,1 см, а расстояние действительно не превышает 0,025 см (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Зависимость морозостойкости М_рз обычного бетона (1) и бетона с вовлеченным воздухом (2) от В/Ц