Проницаемость бетона

Проникание в бетон жидких агрессивных веществ существенно влияет на его долговечность, например при вымывании Са(ОН)2 или при действии агрессивных растворов. Интенсивность проникания их определяется проницаемостью бетона, которая является важной характеристикой стойкости бетона, в том числе ее морозостойкости. В армированном бетоне проникание влаги и воздуха вызывает коррозию арматуры, что ведет к увеличению ее объема, растрескиванию и отслаиванию защитного слоя бетона. Проницаемость бетона представляет интерес для оценки водопроницаемости емкостей для жидкостей и других конструкций, а также в связи с проблемой гидростатического давления в плотинах. Следует отметить, что движение сквозь толщу бетона может обусловливаться не только давлением воды, но и градиентом влажности на противоположных поверхностях бетона или осмотическим эффектом. Цементный камень и заполнитель имеют поры. Кроме того, в бетоне имеются пустоты в результате недостаточного уплотнения или во-доотделения, которые могут составлять от 1 до 10% объема бетона. В последнем случае мы имеем раковистый бетон с очень низкой прочностью. Так как зерна заполнителя связаны в плотном бетоне цементным камнем, основную роль в проницаемости бетона играет проницаемость цементного камня. Поры в цементном камне были рассмотрены ранее, но следует напомнить о различии между порами в геле и капиллярными порами. Первые составляют около 28% объема цементного камня, а вторые — от 0 до 40% в зависимости от водоцементного отношения и степени гидратации. Объем пор в бетоне, как характеристика его проницаемости, измеряется водопоглощением, которое обычно определяется высушиванием образца до постоянного веса, насыщением водой и измерением увеличения веса в процентах к весу сухого образца. В табл. 7.1 приведены результаты определения водопоглощения бетонных образцов, полученные при различных режимах насыщения и высушивания. Из этой таблицы можно установить следующее: высушивание при нормальной температуре неэффективно для удаления всей влаги, а высушиванием при высокой температуре можно удалить и часть связанной воды. Таким образом, водопоглощение не может служить методом определения качества бетона, но большинство доброкачественных бетонов имеет величину водопоглощения менее 10%. Фильтрация воды через бетон подчиняется общим законам фильтрации через пористые тела. Цементный камень состоит из частиц, соединенных друг с другом только на небольшой части их общей поверхности, часть воды находится в пределах поля сил твердой фазы, т. е. адсорбируется. Эта вода имеет большую вязкость, но достаточно подвижна и участвует в фильтрации. Проницаемость бетона не является простой функцией его пористости, но зависит также от размера, длины и распределения пор. Так, хотя пористость цементного геля 28%, его проницаемость составляет всего 7 • 10~14 см/сек [7.3]. Это объясняется очень тонкой структурой твердеющего цементного теста: поры и твердые частицы очень малы и многочисленны, в то время как в заполнителе большие по размеру поры, хотя и в меньшем количестве, приводят к более высокой проницаемости. По этой же причине вода проникает через капиллярные поры значительно легче, чем через малые поры геля: цементный камень в своей массе в 20—100 раз более проницаем, чем сам гель. Таким образом, проницаемость цементного камня определяется его капиллярной пористостью. Связь между этими двумя характеристиками приведена на рис. 7.1. Для сравнения в табл. 7.2 приведены водоцементные отношения цементного камня, имеющего ту же проницаемость, что и обычные горные породы. Интересно, что проницаемость гранита имеет тот же порядок, что и бетона с ВЩ=0,7, т. е. не очень высокого качества. Проницаемость цементного камня меняется в процессе его гидратации. В цементном тесте фильтрация воды определяется размером, формой и концентрацией цементных частиц. В процессе гидратации проницаемость резко уменьшается, так как объем геля (включая поры) примерно в 2,1 раза больше объема негидратированного цемента и гель заполняет часть пор, которые вначале были заполнены водой. В затвердевшем цементном камне проницаемость зависит от размера, формы и концентрации частиц геля изамкнутости капилляров. В табл. 7.3 приведены значения коэффициента проницаемости цементного камня с В/Ц=0,7 в разном возрасте. Для цементного камня с одинаковой степенью гидратации проницаемость тем ниже, чем выше содержание цемента, т. е. чем ниже водоцементное отношение. Рис. 7.2 показывает величины проницаемости цементного камня, в котором про-гидратировало 93% цемента. Наклон кривой значительно меньше для цементного камня с В/Ц менее 0,6, т. е. для цементного камня с прерывистыми капиллярами. На рис. 7.2 видно, что уменьшение В/Ц от 0,7 до 0,3 снижает коэффициент проницаемости в тысячу раз. Такое же снижение имеет место в цементном камне с В/Ц=0,7, за период от 7 суток до 1 года. Проницаемость бетона зависит от свойств цемента. При одинаковом водоцементном отношении цемент грубого помола образует более пористый цементный камень, чем цемент тонкого помола. Состав цемента влияет на проницаемость лишь настолько, насколько изменяется степень гидратации. В целом, можно предположить, что чем выше прочность цементного камня, тем ниже его проницаемость, а прочность — функция относительного объема геля в свободном пространстве. Это положение имеет лишь одно исключение: высушивание цементного камня повышает его проницаемость, возможно, вследствие того, что усадка разрушает часть геля между капиллярами и таким образом открывает новые пути для воды. Воздухововлечение повышает проницаемость бетона. Однако, так как воздухововлечение уменьшает расслаиваемость и водоотделение и повышает удобоукладываемость, позволяя применять более низкое В/Ц, в целом действие воздухововлечения не обязательно отрицательное. Проницаемость бетона может быть измерена в лаборатории рядом простых методов, но в результате этих измерений могут быть получены лишь сравнительные данные. Боковые грани испытуемого образца уплотнены и вода под давлением подается только к верхней его грани. Для создания давления часто используют сжатый воздух. При этом нужно следить, чтобы в воде не было воздуха, так как в противном случае при снижении давления воздух может проникнуть (выделиться) в образец и уменьшить величину фильтрации. Измеряется количество воды, прошедшее через бетонный образец данной толщины за определенное время и определяется коэффициент проницаемости К по формуле Дарси. Измерения проницаемости могут быть проведены на образцах с целью изучения влияния изменений состава бетона, способов перемешивания, укладки и ухода за бетоном. Эти испытания позволяют также судить о долговечности бетона, подвергающегося коррозионному действию фильтрующей воды.