4.2.5.4 Водопроницаемость бетона

Характеристиками водопроницаемости бетона являются водонепроницаемость, водопоглощение и водоцементное отношение.

Водонепроницаемость бетона является прямым показателем. Она оценивается марками бетона по водонепроницаемости и коэффициентами фильтрации бетона. Косвенные показатели – водопоглощение и водоцементное отношение.

Водонепронцаемостью бетона называется способность его не пропускать воду под давлением. Она важна для гидротехнических сооружений, резервуаров для хранения воды. По степени водонепроницаемости бетон подразделяется на марки: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20. Цифры 2–20 обозначают давление, кгс/см² (10^-1МПа), при котором стандартные бетонные образцы не пропускают через себя воду.

Марки бетона по водонепроницаемости назначаются для бетонов гидротехнических сооружений, резервуаров для воды, для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах.

Проницаемость бетона может оцениваться коэффициентом фильтрации К_Ф, см/с, определяемым по формуле

К_Ф = hQd/(Stp),

где h – коэффициент, учитывающий вязкость воды при различной температуре; Q – вес фильтрата, Н; d – толщина образца, см; S – площадь образца, см²; t – время испытания образца, в течение которого измеряют вес фильтрата, с; р – избыточное давление, МПа.

Водонепроницаемость определяется испытанием шести образцов диаметром 150, 100, 50 или 30 мм, изготовленных в цилиндрических формах. Высота образцов зависит от наибольшей крупности щебня или гравия.

Испытания выполняют обычно в возрасте 28 суток. Испытания гидротехнического бетона речных сооружений в возрасте 180 суток. Может быть определен другой срок.

Испытания проводят на приборе любой конструкции, позволяющей создать давление. Давление воды повышают по 0,2 МПа в течение 1–5 минут и выдерживают на каждой ступени 16 часов. За степень водонепроницаемости принимают наибольшее давление, при котором на четырех образцах из шести не наблюдается просачивание воды в виде капель или мокрых пятен.

При определении водонепроницаемости бетона по коэффициенту фильтрации образцы выдерживают на каждой ступени один час до давления, когда появится фильтрат, а затем его собирают не менее шести раз с интервалом 30 минут, а затем по формуле определяют коэффициент фильтрации. Коэффициент фильтрации бетонаконструкций определяют на выбуренных образцах.

Проницаемость бетона по водопоглощению определяют на образцах из бетонной смеси рабочего состава или выпиленных, выбуренных, выломанных из конструкций, после насыщения в воде.

Между показателями проницаемости бетона существует зависимость, приведенная в таблице 4.25.

Таблица 4.25 – Соотношение между показателями проницаемости бетона

Условные обозначения показателя проницаемости бетона	Показатели проницаемости бетона
	прямые		косвенные
	Марка бетона по водонепроницаемости	Коэффициент фильтрации КФ, см/с (при равновесной влажности)	Водопоглощение по массе Wм, %	Водоцементное отношение В/Ц, не более
Н – бетон нормальной проницаемости	W4	Св. 2×10-9до 7×10-9	Св. 4,7 до 5,7	0,6
П – бетон пониженной проницаемости	W6	Св. 6×10-10до 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

Поры и капилляры размером менее 10^-5 см непроницаемы для воды, более 10^-5 см – способны пропускать воду при действии давления или градиента влажности. Объем макропор в бетоне колеблется от 0 до 40 %. Их можно вычислить по формуле

V_мп = [(B – 2wЦ)/1000]×100.

Водонепроницаемость бетона зависит в основном от В/Ц, вида вяжущего, а также от содержания в бетоне тонкомолотых и химических добавок, условий твердения и возраста бетона. Кроме того, на водонепроницаемость бетона влияет структура пор.

Понизив В/Ц, мы уменьшаем макропористость и повышаем водонепроницаемость бетона. Это хорошо видно из рисунка 4.12. Уменьшить В/Ц можно повышением расхода цемента при постоянном расходе воды, применением пластифицирующих добавок, в особенности суперпластификаторов, которые понижают водопотребность бетонных смесей на 20–30 %.

Более высокую водонепроницаемость имеют бетоны на глиноземистом, расширяющемся, напрягающем и высокопрочном цементах. Они присоединяют при гидратации большее количество воды и образуют более плотный цементный камень. Пуццолановый портландцемент за счет заполнения пор пуццолановыми добавками и их набухания также повышает водонепроницаемость бетонов. Можно вводить пуццолановые добавки непосредственно в бетонную смесь.

Повышают водонепроницаемость бетона на 2–3 марки уплотняющие добавки сульфата алюминия, сульфата железа, нитрата кальция и др.

Повышение степени уплотнения бетонной смеси увеличивает его водонепроницаемость. Это достигается механическими способами: вибрированием, прессованием, центрифугированием или же удалением воды вакуумированием.

С возрастом увеличивается количество гидратных новообразований, заполняющих микропоры. При этом, как видно из приведенного графика (рисунок 4.13), водонепроницаемость повышается в значительной степени.

Рисунок 4.12 – Зависимость проницаемости бетона от В/Ц

Рисунок 4.13 – Влияние возраста бетона на его водопроницаемость w (за 100 % принята водопроницаемость в возрасте 30 суток)

Воздухововлекающие или газообразующие добавки изменяют характер пористости. Поры становятся закрытыми и более водонепроницаемыми для бетона, чем открытые сообщающиеся.