Испытания бетона на водонепроницаемость
Что мне снег, что мне зной, что мне дождик проливной… только в детской песне и только в уменьшительно-ласкательной форме атмосферные явления могут выглядеть вполне милыми. Но для бетонных конструкций, каждое из них является не иначе, как агрессивной средой. Лишь самые качественные из бетонов могут сопротивляться погодным условиям долгие годы. И, если жара заглядывает на Северо-Запад всего на пару месяцев в году, то повышенная влажность является климатической константой. Особенно ниже уровня поверхности земли. С учетом того, что до 90% конструкций современных зданий и сооружений состоят из бетона, испытания бетона на водонепроницаемость и морозостойкость являются необходимой составляющей строительного процесса.
- Зачем проводить испытания на водонепроницаемость. Марки бетона по водонепроницаемости
- Характеристики, влияющие на водонепроницаемость бетона
- Методы определения водонепроницаемости
Зачем проводить испытания на водонепроницаемость. Марки бетона по водонепроницаемости
Водонепроницаемость – это одна из главных прочностных характеристик бетона, его способность сопротивляться проникновению воды внутрь структуры. Особенно важным этот показатель является в тех случаях, когда бетонная конструкция имеет постоянный контакт с влажной средой. В первую очередь это касается всех гидротехнических сооружений, затем фундаментов, а также фасадов.
Конечно, бетонные растворы изготавливаются в фабричных условиях, в соответствии с ГОСТами и прибывают на строительную площадку с сертификатами, подтверждающими их характеристики, в том числе марку по водонепроницаемости. Однако испытания готовых бетонных конструкций помогут эту марку подтвердить и, в случае отклонения, вовремя произвести компенсирующие мероприятия. Например, дополнительную гидроизоляцию для готовых конструкций или специальные пластифицирующие добавки в бетонную смесь дальнейшего строительства.
Марка водонепроницаемости бетона определяется в ходе испытания давлением воды, указывает на оптимальный напор жидкой среды, при котором отсутствует проникновение влаги и обозначается латинской буквой W (waterproof). А также числовым значением, которое колеблется от 2 до 20. Чем больше число, тем выше водонепроницаемость. Считается, что бетоны марки W10-20 практически не впитывают воду.
- W2 – марка с самыми низкими из возможных показателей. Конструкции из такого бетона требуют обязательной дополнительной гидроизоляции.
- W4 – марка бетона с нормальным уровнем водонепроницаемости. Его вполне можно использовать, даже для устройства фундаментов, при условиях невысокой влажности и наружной гидроизоляции.
- W6 – самая распространенная в строительстве марка бетона.
- W8 – водонепроницаемая марка бетона, предназначенная для строительства зданий и сооружений с повышенными требованиями к устойчивости к проникновению влаги.
- W10-20 –бетоны повышенной водонепроницаемости, которые используют при возведении гидротехнических сооружений.
Характеристики, влияющие на водонепроницаемость бетона
- Плотность или капиллярная структура. Известно, что вода всегда дырочку найдет. Поэтому плотные бетоны меньше всего подвержены проникновению влаги внутрь, а лучше всего ее пропускают пенобетоны, несмотря на закрытую форму воздушных ячеек, и газобетоны, у которых форма воздушных ячеек является открытой.
- Возраст бетона. Удивительно, но чем старше бетонная конструкция, тем выше ее сопротивляемость влажности. Однако это правило работает только в тех случаях, когда были соблюдены условия твердения смеси. Чем выше относительная влажность в процессе твердения, тем более устойчив бетон к проникновению воды вглубь конструкции. Далее, со временем, правильно высушенная бетонная конструкция только набирает плотность, поскольку ее поры заполняют кристаллические гидратные новообразования (гидросиликаты).
- Усадка бетона. Полное испарение влаги (гидратация) из бетонной конструкции в процессе высыхания может продолжаться до полутора лет. Оно сопровождается так называемой усадкой, т.е. уменьшением линейных размеров, стабилизировать которые должна армирующая конструкция. В случаях, если скорость схватывания и твердения смеси не соответствует нормативам, есть риск появления не только трещин, но и дополнительных воздушных капилляров в бетонной конструкции.
- Вид цемента. Наиболее высокопрочными цементами является глиноземистый и портландский. В период гидратации вяжущие компоненты этих цементов формируют наиболее плотный бетонный камень, который в последствии будет иметь лучшие показатели по водонепроницаемости.
- Добавки и присадки. В современном строительстве, помимо цемента и воды, цементная смесь состоит из разнообразных добавок и присадок, которые влияют как на ее характеристики, так и на последующие характеристики бетонной конструкции. Полимерные, кольматирующие, пластифицирующие, они не обязательны к применению, но, безусловно, делают структуру бетона более плотной, а значит влияют на его способность сопротивляться влаге.
Методы определения водонепроницаемости
Все методики, по которым проводятся испытания бетона на водонепроницаемость, описаны в ГОСТ 12730.5-2018. Этот норматив распространяется на все виды бетонов на гидравлических вяжущих и предполагает использование специально отобранных образцов, а также испытания непосредственно на конструкциях.
Методы «по мокрому пятну» и по коэффициенту фильтрации являются основными. Метод по глубине проникания воды под давлением применяется реже. Метод определения водонепроницаемости по воздухопроницаемости называется ускоренным.
Определение водонепроницаемости «по мокрому пятну»
Для проверки пропускной способности бетона в лабораторных условиях используют шесть цилиндрических бетонных кернов и кубов. Керны вырезают из конструкции в разных местах, а кубы специально изготавливают в лаборатории и подвергают затвердеванию в специальной камере для достижения бетоном проектного возраста. Перед началом испытаний изготовленные образцы держат в лаборатории при обычных влажностно-температурных условиях в течение суток, вырезанные керны – трое суток.
Тестирование производится на специальном устройстве. Оно позволяет закрепить образцы и пролить их водой под напором, повышающимся каждые 1-5 минут до значения, соответствующего проектной марке бетона, указанной в заводском сертификате.
Длительность испытания зависит от диаметра образца. Временной интервал для бетонного керна диаметром 15 см составляет 16 часов, для образца диаметром 10 см – 12 часов, для образца диаметром 5 см – 6 часов и для образца диаметром 3 см – 5 часов. Испытание проводят до тех пор, пока на верхней торцевой поверхности 2-х образцов из шести не появятся признаки фильтрации воды в виде капель или мокрого пятна. Это означает, что вода проникла внутрь образца.
По окончанию тестов, все исходные данные и результаты заносят в лабораторный журнал:
- происхождение образцов. Марку бетона и проектные требования по прочности – для изготовленных образцов, акт отбора и характеристику конструкции – для кернов;
- возраст бетона;
- маркировку образцов;
- дата испытаний;
- описание применяемой методики;
- результаты, т.е. показатель водонепроницаемости. Он рассчитывается исходя из мощности напора воды, при котором четыре из шести образцов остались сухими.
Определение водонепроницаемости по коэффициенту фильтрации
Для проведения испытаний по этой методике, нужна установка для определения коэффициента фильтрации с максимальным испытательным давлением не менее 2,0 Мпа, а также целый комплект дополнительных специализированных инструментов. Для испытаний потребуется также шесть образцов.
Перед началом тестирования любые образцы (и кубы, и керны) выдерживают в помещении лаборатории до момента, пока изменение массы образца за 1 суток будет менее 0,1%. Затем все образцы проверяют на герметичность и дефекты. Для этого на один торец наливают воду, а со второго подают инертный газ. Обнаруженные дефекты повторно герметизируют.
Вода для испытаний должна быть деаэрирована путем кипячения в течение не менее 1 часа. Температура воды в период испытаний должна составлять +20±5°С.
Образцы поочередно закрепляют в установке, подают подготовленную воду и постепенно нагнетают давление по 0,2 Мпа каждый час. Испытание проводится до момента, когда при текущем давлении появляются признаки фильтрации в виде отдельных капель. Получившийся фильтрат собирают в специальный сосуд для взвешивания, которое производят каждые 30 минут, не менее шести раз. В случае, если за 96 часов испытаний, вода так и не профильтровалась сквозь образец, для замера внутренней жидкости используют силикатный гель (силикагель) или иной сорбент, который поглощает воду.
Коэффициент водонепроницаемости рассчитывается по формуле, в которой учитываются коэффициент вязкости жидкости, площадь поперечного сечения образца, номинальное давление воды, время проведения испытания. В лабораторный журнал, помимо описания образцов и методики, возраста образцов и даты проведения тестов, заносится конечная масса фильтрата и коэффициент фильтрации каждого образца в серии.
Определение водонепроницаемости по глубине проникания воды под давлением
В целом, эта методика весьма похожа на определение коэффициента водонепроницаемости «по мокрому пятну», но используется реже. Образцы готовятся к тестированию тем же образом, такая же установка потребуется для их закрепления. Но из дополнительного оборудования будут нужны штангенциркуль, проволочная щетка и пресс для раскалывания.
В ходе испытания напор воды можно подавать как сверху, так и снизу. Если воду подают сверху, то вентили держат открытыми до тех пор, пока выходящая вода не будет содержать пузырьки воздуха. При подаче воды снизу, вентили не открывают сразу на полную мощность, а только до появления пузырьком. Затем вентили открывают полностью и поддерживают постоянное давление на уровне 0,50±0,05 МПа в течение 72 часов.
После водных процедур, образцы протирают, раскалывают под прессом и высушивают в сушильном шкафу 10 минут. Таким образом внутри образцов четко проявляется линия проникания воды в бетон.
Внутреннюю поверхность куба или керна измеряют с точностью до 1 мм на каждой из расколотых половинок и определяют среднее арифметическое значение для одного образца. В качестве результата, в лабораторный журнал, помимо вышеперечисленных данных, вносят максимальную видимую глубину проникания воды в миллиметрах, для каждого образца и среднюю для серии из трех образцов, а также рассчитанное значение давления проникания.
Определение водонепроницаемости по воздухопроницаемости
Этот метод применяют довольно часто и называют ускоренным. Для завершения цикла испытаний «по мокрому пятну», например, потребуется 10 дней, для методики с раскалыванием образцов – 3 суток. Экспресс тест позволяет провести исследование за пару часов.
Он основан на наличии экспериментально установленной статистической зависимости между воздухопроницаемостью бетона и его водонепроницаемостью, определенной по мокрому пятну. Однако применять его можно только на уже возведенных конструкциях и с той погрешностью, что при твердении в естественных воздушно-сухих условиях проницаемость бетона в 10 раз больше, чем при твердении образцов в лабораторной камере.
В качестве измерительного прибора используются секундомер, а также специальное устройство для отметки времени, за которое давление в камере устройства падает на определенное значение. Прибор устанавливается на поверхность конструкции при помощи липкой герметизирующей мастики, а из камеры прибора откачивают воздух вакуумным насосом.
Испытания производят на том участке конструкции, который не подвергался воздействию воды в течение последний двух суток. Испытания не производят при отрицательных температурах окружающего воздуха.
В ходе испытаний устройство, поочередно на разных участках, плотно прижимают к поверхности, создают разрежение в его камере и наблюдают за показаниями вакуумметра, т.е. засекают время, за которое давление в камере упадет до конечного разрежения. Из полученных данных выводят среднее арифметическое времени двух средних образцов, которое и характеризует параметр воздухопроницаемости. Что касается марки бетона по водонепроницаемости, то ее определяют по таблице зависимости диапазона времени.
