11.15. Гидротехнический бетон

Гидротехническим называют бетон, применяемый при возведении гидротехнических и гидромелиоративных сооружений и их отдельных частей, которые постоянно находятся в воде или периодически контактируют с ней. Он обладает свойствами, которые обеспечивают длительную нормальную службу (долговечность) в указанных условиях.

Гидротехнический бетон отличают следующие главные особенности:

• комплекс технических требований, диктуемый условиями работы бетона, условиями строительства и особенностями возведения массивных бетонных сооружений;

• массовость производства бетона, обусловленная большими объемами бетонных работ при возведении гидротехнических сооружений;

• использование местных заполнителей из близлежащих карьеров;

• высокий удельный вес стоимости бетона в общей стоимости массивных сооружений;

• необходимость тщательного проектирования и подбора составов бетона и их сложность.

Гидротехнический бетон  разновидность тяжелого бетона, который в зависимости от условий эксплуатации конструкций гидротехнических сооружений классифицируется на несколько видов.

В зависимости от расположения по отношению к уровню воды гидротехнический бетон в сооружении или конструкции подразделяют на: подводный  постоянно находящийся в воде; бетон зоны переменного уровня  подвергающийся периодическому омыванию водой; надводный  находщийся выше зоны переменного уровня. По площади поверхности конструкций гидротехнический бетон делят на массивный и немассивный, а по месту нахождения в сооружении  наружных и внутренних зон. Бетон внутренних зон массивных гидротехнических сооружений, не подвергающийся напору и расположенный не ближе 2 м от внешней поверхности, рассматривается как обычный бетон. По действующему на конструкцию напору воды различают гидротехнический бетон для напорных и для безнапорных конструкций.

Для конструкций, расположенных в нескольких зонах, требование к бетону следует выбирать по наиболее неблагоприятной зоне.

В зависимости от вида и условий работы устанавливают показатели качества бетона, основными из которых являются следующие: класс по прочности на сжатие В; класс по прочности на осевое растяжение B_t; марка по морозостойкости F; марка по водонепроницаемости W. К бетону гидротехнических сооружений предъявляют дополнительные требования  водопоглощение, линейная усадка и набухание, стойкость против агрессивного воздействия воды, минимальное тепловыделение, сопротивляемость истиранию потоком воды с наносами, трещиностойкость.

Срок твердения (возраст) бетона, отвечающий его классам по прочности на сжатие, осевому растяжению и марке по водонепроницаемости, принимается, как правило, для массивных гидромелиоративных сооружений и конструкций речных гидротехнических сооружений 180 суток; для сборных и монолитных конструкций морских и сборных конструкций речных транспортных сооружений и тонкостенных гидромелиоративных конструкций  28 суток. Срок твердения (возраст) бетона, отвечающий его проектной марке по морозостойкости, принимается 28 суток, для массивных конструкций, возводимых в теплой опалубке  60 суток.

Класс бетона по прочности на сжатие В определяют по сопротивлению осевому сжатию куба размером 15x15x15 см, испытанного в возрасте 180 суток или на момент загружения, если срок фактического загружения сооружения известен (для плотин обычно 1 год). Классы бетона по прочности на сжатие: от В3,5 до В60.

Класс по прочности на осевое растяжение B_t принимают по сопротивлению-растяжению стандартных образцов, испытанных в возрасте 180 суток при нормальном твердении. Бетон данного класса выбирают, когда работа конструкции определяется прочностью растянутого бетона или не допускается образование трещин. Классы тяжелого бетона, в том числе и гидротехнического, установлены следующие: B_t0,8; B_tl,2; B_t1,6; B_t2,0; напрягаемого мелкозернистого и легкого бетона: B_t2,4; B_t2,8; B_t3,2.

Марка бетона по морозостойкости F определяется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, испытываемых в возрасте 28 суток в насыщенном водой состоянии, при котором допускается снижение прочности бетона на сжатие не более чем на 15%.

Марки гидротехнического бетона по морозостойкости  от F50 до F1000  назначают с учетом климатических условий, характеризующихся среднемесячной температурой наиболее холодного месяца.

Требования по морозостойкости предъявляются только к бетону, который находится в зоне переменного уровня воды, в зоне высотой 2 м от уровня воды и наружному надводному бетону.

Марку бетона по водонепроницаемости W принимают по наибольшему давлению воды, при котором еще не наблюдается ее просачивание.

Эта характеристика назначается в зависимости от градиента напора, определяемого как отношение максимального напора, м, к толщине конструкции, м (или расстоянию от напорной грани до дренажа), и температуры контактирующей с сооружением воды, °С.

Установлены следующие марки по водонепроницаемости (кгс/см²): от W2 до W20. В нетрещиностойких напорных железобетонных конструкциях и нетрещиностойких безнапорных конструкциях, морских сооружениях марка бетона по водонепроницаемости должна быть не ниже W4.

Для бетона напорных конструкций марка устанавливается из расчета получения водонепроницаемого бетона. Она зависит от напорного градиента, определяемого как отношение максимального напора Н к толщине конструций В в метрах со значениями, приведенными в табл. 11.5.

Таблица 11.5

Назначение марки бетона по водонепроницаемости

Напорный градиент Н/В	До 5	От 5 до 10	От 10 до 12	12 и более
Марка бетона по водонепроницаемости	W4	W6	W8	W12

Для бетона внутренней зоны допускается назначать марку по водонепроницаемости W2. Для получения водонепроницаемых бетонов регулируется его плотность, зависящая в первую очередь от В/Ц (табл. 11.6).

Таблица 11.6

В/Ц, обеспечивающие водонепроницаемость и морозостойкость бетона

Условия эксплуатации бетона	Железобетонные конструкции		Бетонные и малоармированные конструкции
	в морской воде	в пресной воде	в морской воде	в пресной воде
В частях сооружений, расположенных в зоне переменного уровня воды в суровых климатических условиях со средне- месячной температурой ниже 15 °С	0,5	0,55	0,55	0,6
В умеренных и мягких климатических условиях со среднемесячной температурой соответственно от -5 до -15 и 0 до -5°С	0,55	0,6	0,6	0,65
В частях сооружений подводной зоны: • напорных • безнапорных	0,55 0,6	0,6 0,65	0,6 0,65	0,65 0,65
В надводных частях сооружений	0,65	0,65	0,7	0,7

Требования к материалам гидротехнического бетона зависят от условий эксплуатации его в конструкциях.

Для подводного бетона следует применять пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент, как наиболее водостойкие. Допускается применять портландцемент без минеральных добавок и с минеральными добавками.

Для сульфатной агрессивности воды необходимо применять сульфатостойкие портландцемента.

Для бетона зоны переменного уровня воды, эксплуатируемого в наиболее тяжелых условиях, лучшим считается сульфатостойкий портландцемент. Допускается применять портландцемент с содержанием минерала С₃А до 8 %.

Для надводного бетона рекомендуется применять портландцемент, портландцемент с минеральными добавками, шлакопортландцемент. Для бетона внутренней зоны следует использовать низкотермичные цементы  пуццолановый и шлакопортландцемент. Допускается применять портландцемент и портландцемент с минеральными добавками.

В качестве мелкого заполнителя для гидротехнического бетона применяют природный и искусственный песок с модулем крупности М_КР от 1,5 до 3,5. Мелкий песок с М_КР менее 2 следует применять в бетонах с пластифицирующими добавками.

Долговечность бетона зависит от В/Ц, которое нормируется и принимается по табл. 11.6.

Допускаемое содержание примесей в песке не должно превышать значений, приведенных в табл. 11.7.

Таблица 11.7

Требования к песку по содержанию примесей

Вид примесей	Бетон надводный	Бетон зоны переменного уровня воды	Бетон подводный и внутренней зоны
Глина и мелкие пылевидные фракции, в % по массе, не более	3	2	5
Сернистые и сернокислые соединения в пересчете на SO , в % по массе, не более	1	1	1
Слюда, в % по массе, не более	3	1	3

Дробленый песок должен иметь достаточную для получения требуемой марки бетона морозостойкость.

Органические примеси в песке не должны окрашивать раствор едкого натра в колориметрической пробе в цвет, темнее эталона.

В качестве крупного заполнителя для гидротехнического бетона применяют щебень из изверженных и осадочных горных пород и щебень из гравия с размерами зерен от 5 (3) до 150 мм марок, не менее указанных в табл. 11.8.

Таблица 11.8

Требования к щебню по прочности

Назначение бетона	Марка по прочности
	Щебень
	из изверженных пород	из осадочных пород	из гравия
Бетон зоны переменного уровня воды	1000	800	Др8
Бетон подводной, внутренней и надводной зон	800	600	Др12

Марка щебня из изверженных пород должна превышать марку бетона не менее чем в 2,5 раза, а из осадочных пород  не менее чем в 2 раза.

Средняя плотность и водопоглощение зерен щебня не должны превышать значений, приведенных в табл. 11.9.

Содержание примесей в крупном заполнителе не должно быть выше значений, приведенных в табл. 11.10.

Таблица 11.9

Требования к щебню по средней плотности и водопоглощению зерен

Назначение бетона	Средняя плотность зерен щебня, кг/м3, не ниже	Водопоглощение по массе, %, не более
		для щебня из изверженных и метаморфических пород	для щебня из осадочных пород
Бетон надводный, подводный и внутренней зоны	2,3	0,8	2
Бетон надводный, подводный и внутренней зоны	2,5	0,5	1

Таблица 11.10

Требования к крупному заполнителю по содержанию примесей

Вид примесей	Бетон надводный	Бетон зоны переменного уровня воды	Бетон подводный и внутренней зоны
Глина и мелкие пылевидные фракции, в % по массе, не более	1,0	1,0	2,0
Сернистые и сернокислые соединения, в % по массе, не более	0,5	0,5	0,5
Слюда, в % по массе, не более	2,0	1,0	3,0

Виды гидротехнического бетона

Мелкозернистый бетон  бетон, у которого крупность заполнителя до 10 мм. Мелкозернистый бетон можно укладывать торкретированием с помощью цемент-пушки. В цемент-пушку засыпают сухую смесь мелкозернистого бетона, которая сжатым воздухом подается по гибкому шлангу к месту укладки бетона. К выходному отверстию гибкого шланга по специальному шлангу под давлением поступает в нужном количестве вода. При выходе из отверстия сопла сухая смесь смачивается водой и в готовом виде наносится на бетонируемую поверхность. При таком способе укладки бетонной смеси получается мелкозернистый бетон высокой плотности, прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

Более совершенный метод  пневмобетонирование (мокрая схема), когда по шлангу подается заранее приготовленная бетонная смесь, что позволяет в процессе бетонирования уменьшить водоцементное отношение смеси на 25%, сократить расход составляющих (в результате уменьшения отскока) и упростить технологию производства работ.

Кроме перечисленных способов укладки мелкозернистого бетона применяют обычный способ, т. е. укладку готовой смеси в опалубку или форму с последующим уплотнением и тепловой обработкой (если это необходимо).

Мелкозернистый бетон применяют при устройстве противофильтрационных облицовок каналов и водоемов, строительстве различных емкостей, при изготовлении тонкостенных панелей и тротуарных плит, заделке деформационных швов гидротехнических сооружений и т. д. Для ремонта гидротехнических сооружений, аэродромных покрытий, облицовок каналов может использоваться быстро твердеющий мелкозернистый бетон на основе жидкого стекла в сочетании с добавками.

Литой бетон целесообразно применять в гидротехническом строительстве для бетонирования тонкостенных густоармированных конструкций со сложной конфигурацией, где укладка и вибрация обычных смесей затруднена, а также при бетонировании монолитных облицовок строительных оросительных каналов различного сечения и производства сборного железобетона для мелиоративного строительства

Литой бетон с органоминералъными добавками позволяет: уменьшить не менее чем на 20 % количество воды затворения при сохранении заданной подвижности бетонной смеси и повышении прочности бетона на две марки или снижении расхода цемента на 15  36 %; получить растворы с расплывом конуса 180  260 мм, а бетона с осадкой стандартного конуса 20  24 см и более при постоянном водоцементном отношении; уменьшить трудоемкость при укладке бетона за счет исключения процесса вибрирования; повысить морозостойкость на 25  40 %, а водонепроницаемость на 2  4 ступени; повысить стойкость бетона и железобетона в различных агрессивных средах.

Литую бетонную смесь приготовляют из цемента, песка с содержанием мелких частиц (мельче 0,15 мм) до 15 % от массы крупного заполнителя, водоудерживающих добавок (бентонитовая глина и др.), микронаполнителей (зола-унос, керамзитовая пыль и др.). Бетонная смесь для литого бетона получается литой (текучей), что позволяет ее укладывать без механического воздействия.