А.Д. Киселева, С.В. Леонтьев
Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
г. Пермь, Российская Федерация
ПОВЫШЕНИЕ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
С ПОМОЩЬЮ СОВРЕМЕННЫХ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК
Бетон применяется для возведения прочных конструкций, способных в долгосрочной перспективе выдерживать большие нагрузки вне зависимости от условий их эксплуатации. Но агрессивные условия эксплуатации, продолжительное воздействие воды и химических веществ приводит к постепенному разрушению бетона. Причиной тому становится наличие микротрещин, значительное количество открытых пор и капилляров, дефекты структуры. С целью исключения подобных явлений применяются современные модифицирующие добавки. В статье рассмотрен вопрос повышения марки бетона по водонепроницаемости, путем применения гидроизоляционной добавки в комплексе с суперпластификатором. Приводятся результаты сравнения прочности на сжатие и марки бетона по водонепроницаемости двух составов: с гидроизоляционной добавкой и без нее. Представлены результаты подбора состава бетона и определения оптимального расхода добавок. Полученные данные позволяют судить о том, что применение гидроизоляционной добавки в комплексе с пластификатором бетонной смеси значительно повышает марку бетона по водонепроницаемости.
Ключевые слова: бетон, водонепроницаемость, модифицирующие добавки,гидроизоляционная добавка, бетонная смесь.
A.D. Kiseleva, S.V. Leontiev
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
INCREASING THE WATER RESISTANCE OF HEAVY CONCRETE
WITH THE HELP OF MODERN MODIFYING ADDITIVES
Concrete is used for the construction of durable structures capable of withstanding heavy loadsin the long term, both indoors and outdoors. But aggressive operating conditions, exposure to waterand chemicals lead to the gradual destruction of the concrete base. The reason for this is the presenceof microcracks, which grow over time, leading to the destruction of the concrete surface. In order toeliminate such phenomena, modern modifying additives are used. The article considers the issue ofincreasing the grade of concrete in terms of water resistance by using a waterproofing additive incombination with a superplasticizer. In particular, compressive strengths are compared and the gradeof concrete is determined by the water resistance of two compositions with and without awaterproofing additive. The results of calculating the composition of concrete and selecting theoptimal consumption of additives are presented. The data obtained suggest that the use of awaterproofing additive in a concrete mixture increases the grade of concrete in terms of waterresistance, but does not have a water-reducing effect.
Keywords: concrete, waterproof, waterproofing additive, concrete mixture.
Введение
Тяжелый бетон является самым популярным строительным материалом. Его используют как в промышленном, так и в гражданском строительстве. Из тяжелого бетона изготавливают конструктивные элементы зданий, которые в процессе эксплуатации будут подвергаться большим нагрузкам, воздействию влаги, солей и другим внешним воздействиям.
Для обеспечения долговечности бетона и надежности конструкций, изготовленных из него, необходимо защищать бетон от агрессивных воздействий или предусматривать мероприятия по его защите от них.
Одной из агрессивных сред для бетона является вода. В постоянном контакте с водой работают подземные сооружения, фундаменты и стены подвалов, гидротехнические сооружения. Одной из причин разрушения бетона железобетонных конструкций является высокое значение его открытой капиллярной пористости и как следствие - существенное водопоглощение. Влага, проникая вглубь бетона, ослабляет однородную структуру
конструкций, способствует образованию раковин, трещин, а впоследствии вызывает разрушение и самих сооружений. В дополнение к этому, при замерзании в структуре бетона – вода при переходе в лед увеличивается в объеме и разрушает бетон. Таким образом, одним из немаловажных свойств бетона является его водонепроницаемость.
Водонепроницаемость – это способность бетона сопротивляться прохождению воды под давлением через его структуру. Гидрофобность бетона может быть оценена коэффициентом фильтрации, учитывая который, и определяется марка бетона по водонепроницаемости.
Марка бетона по водонепроницаемости обозначает величину рабочего давления в кг/см2, при котором испытуемые образцы не будут пропускать воду от одной поверхности к другой [1].
На водонепроницаемость тяжелого бетона влияют следующие факторы:
– плотность структуры бетона, степень уплотнения бетонной смеси;
– количество цемента;
– водоцементное отношение (В/Ц);
– наличие в составе бетона модифицирующих добавок;
– условия твердения бетона;
– качество заполнителей, соотношение между крупным и мелким заполнителем.
Способы повышения водонепроницаемости тяжелого бетона:
– оптимизация состава бетонной смеси;
– снижение водоцементного отношения (В/Ц);
– нанесение поверхностной гидроизоляции;
– применение проникающей гидроизоляции;
– использование современных добавок, повышающих марку по водонепроницаемости за счет модификации структуры бетона и кольматации пор и капилляров.
Все традиционные гидроизоляционные материалы (оклеечные, обмазочные и мембранные) защищают бетонную конструкцию только при положительном давлении воды, то есть защищают конструкцию только со стороны ее воздействия.
Объемная гидроизоляция способна проникать вглубь влажного бетона по заполненным водой порам, как при положительном, так и при отрицательном давлении водной среды. Однако нанесение проникающей гидроизоляции требует дополнительных трудозатрат.
Таким образом, наиболее эффективной защитой бетонных конструкций, контактирующих с водной средой, является применение современных модифицирующих
добавок, повышающих водонепроницаемость бетона еще на этапе его изготовления.
Согласно ГОСТ 24211-2008, к добавкам, регулирующим свойства бетонов и растворов, относят добавки, снижающие его проницаемость. Основной эффект таких добавок – это увеличение марки бетонов и растворов по водонепроницаемости и снижение коэффициента диффузии [2].
При добавлении добавки «Бетомикс-ИТХ Гель» в бетон происходит химическое взаимодействие комплексных солей, входящих в состав добавки, с присутствующими в бетоне ионами кальция и алюминия с образованием перенасыщенных растворов нерастворимых соединений. В процессе твердения бетона происходит выкристаллизовывание из перенасыщенных растворов нерастворимых комплексов в виде кристаллов гидросульфоалюминатов кальция игольчатой формы, приводящее к кольматации (закупориванию) пор в структуре бетона, тем самым улучшаются характеристики бетона по водонепроницаемости и морозостойкости. В свою очередь кристаллы игольчатой формы позволяют избыточной влаге беспрепятственно выходить из тела бетона в виде молекул воды [3].
Таким образом, целью исследовательской работы являлось изучение влияния современной модифицирующей добавки «Бетомикс-ИТХ Гель» на водонепроницаемость тяжелого бетона.
Экспериментальная часть
Определение оптимального расхода модифицирующих добавок осуществлялось наоснове рационально подобранного состава тяжелого бетона.
Подбор состава для тяжелого бетона был выполнен в соответствии с требованиями ГОСТ 27006-2019 «Бетоны. Правила подбора состава» расчетно экспериментальным методом абсолютных объемов, разработанным Б.Г. Скрамтаевым и Ю.М. Баженовым [4].Для проведения исследований были использованы следующие материалы:
– портландцемент ЦЕМ I 42,5Н ГОСТ 31108-2020 (ООО «Горнозаводскцемент»);
– щебень из гравия фракции 5-20 мм ГОСТ 8267-93 (ООО «Альфа Неруд»);
– песок природный для строительных работ «средний», модуль крупности Mк = 2,0 по ГОСТ 8736-2014 (ООО «ТД «Закамский нерудный карьер»);
– вода техническая;
– суперпластификатор «ПОЛИПЛАСТ СП-4» (ООО ГК «Полипласт») [5];
– гидроизоляционная добавка «Бетомикс-ИТХ Гель» (Институт технической химии УрО РАН).
К бетонной смеси и бетону предъявляются следующие проектные требования:
– класс бетона: В25;
– подвижность: П3 (осадка конуса 10–15 см);
– сохраняемость: один час;
– марка по водонепроницаемости: W12;
– марка по морозостойкости: F150.
По результатам испытаний выявлено, что добавка «Бетомикс-ИТХ Гель» не обладает пластифицирующим эффектом и не обеспечивает требуемых значений подвижности и сохраняемости свойств бетонной смеси при заданном уровне прочности бетона. Для обеспечения проектных характеристик принято решение использовать комплекс добавок:
– суперпластификатор «ПОЛИПЛАСТ СП-4»;
– гидроизоляционная добавка «Бетомикс-ИТХ Гель».
Данные по расходу материалов на 1 м3 бетонной смеси и результаты испытаний по определению прочности на сжатие представлены в табл. 1.
Состав бетона и его прочностные характеристики
Марка по водонепроницаемости образцов определялась по ГОСТ 12730.5 методом «мокрое пятно». Для этого были заформованы шесть образцов-цилиндров высотой и диаметром 150 мм. Через 28 сут образцы были испытаны на установке УВФ-6. Испытание проводили до тех пор, пока на верхней торцевой поверхности образцов не появлялись признаки фильтрации воды в виде капель или мокрого пятна.
Так как на некоторых образцах на верхней торцевой поверхности образцов-цилиндров
при давлении 2,0 МПа не появились признаки фильтрации воды, дополнительно оценивалась высота просачивания воды внутри образцов. Для этого цилиндры раскалывались под прессом
на две части.
Результаты испытания бетонных образцов представлены в табл. 2.
Результаты определения марки бетона по водонепроницаемости
Таким образом, оптимальным можно считать состав бетона с расходом добавкиПолипласт СП-4–1,5 % от массы цемента и Бетомикс-ИТХ Гель в количестве 1,0 %.
Заключение
В результате выполнения научно-исследовательской работы расчетным методом подобран состав бетона и опытным путем определен оптимальный расход добавок, обеспечивающих формирование требуемых характеристик. В ходе исследований выявлено, что для достижения наиболее высоких качественных показателей бетона добавку «Бетомикс-ИТХ Гель»необходимо использовать в комплексе с пластифицирующей добавкой. Введение в состав бетонной смеси вышеперечисленных добавок позволяет значительно увеличить марку бетона по водонепроницаемости, повысить их структурную прочность и морозостойкость. Использование разработанного состава бетона в производстве железобетонных конструкций повышает долговечность и надежность изделий, делает их водонепроницаемыми в условиях воздействия грунтовых вод и других агрессивных факторов.
Библиографический список
1. Дидевич А.О. О водонепроницаемости и некоторых других характеристиках бетона // Технологии бетонов – 2016. – № 3–4. – С. 56–59.
2. Майоров А.Г., Нурмагомедов Ш.А. Модифицирующие добавки для бетона: виды, применение // Актуальные исследования. – 2022. – № 50. – С. 63–70.
3. Гидроизол [Электронный ресурс]. – URL: https://hydroisol-ith.ru/ (дата обращения: 01.03.2024).
4. Рекомендации по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов (к ГОСТ 27006-86). – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. – 72 с.
5. Группа компаний Полипласт [Электронный ресурс]. – URL: https://polyplast-un.ru/ (дата обращения: 01.03.2024).
References
1. Didevich A.O. On water resistance and some other characteristics of concrete. Technologies of concrete. Dry building mixes, 2016, vol. 3–4, p. 56–59.
2. Mayorov A.G., Nurmagomedov S.A. Modifying additives for concrete: types, applications. Actual research, 2022, vol. 50, p. 63–70.
3. Gidroizol. URL: https://hydroisol-ith.ru/ (accessed 01 March 2024).
4. Recommendations for the selection of compositions of heavy and fine-grained concrete (according to GOST 27006-86). Moscow: TSITP Gosstroy of the USSR, 1990: 72 p.
5. Polyplast Group of Companies. URL: https://polyplast-un.ru/ (access on 01 March 2024).
Об авторах
Киселева Александра Денисовна – студентка, e-mail: aleksandrakiseleva78@gmail.com
Леонтьев Степан Васильевич – канд. техн. наук, доцент кафедры строительного инжиниринга и материаловедения, e-mail: n1306cl@yandex.ru
About the authors
Aleksandra D. Kiseleva – Student, e-mail: aleksandrakiseleva78@gmail.com
Stepan V. Leontiev – Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction Engineering and Materials Science, e-mail: n1306cl@yandex.ru