Обычный бетон при воздействии влаги разрушается достаточно быстро, поэтому правильная гидроизоляция относится к азам строительства. Но для сооружений, работающих в воде, такой способ защиты не работает, поэтому и был разработан гидротехнический бетон.
Требования и виды гидротехнических бетонов
Основная задача специальных составов обеспечить долговечность постоянно работающих в воде конструкций в условиях перепадов температур и эрозионного (истирающего) действия частиц, находящихся в жидкости. При этом выделяют несколько вариантов неблагоприятных факторов:
- Подводная эксплуатация, постоянное нахождение под водой;
- Работа в переменных водных средах (разница температур, состава жидкостей и т.д.);
- Периодическое (в том числе длительное) воздействие влаги;
- Надводные сооружения, которые могут подвергаться влажности и обледенению.
В зависимости от назначения, к гидробетонам предъявляют разные требования. Но есть общие положения, распространяющиеся на все марки:
- Водостойкость. Общая характеристика (называемая ещё герметизацией), показывающая стойкость монолита к разрушительному влиянию жидкостей (вымывание, истирание и т.д.). Является показателем прочности поверхности, способной длительное время противостоять разрушительным факторам;
- Водонепроницаемость (W). Способность сопротивляться проникновению влаги внутрь монолита. Измеряется характеристика величиной давления, при котором влага начинает просачиваться внутрь объема (от 2 до 8 атмосфер или высотой в метрах водяного столба). Чем выше показатель, тем глубже сможет работать конструкция из бетона этой марки;
- Морозостойкость (F). Определяется как количество циклов полного замораживания и размораживания, после которых не происходит видимых деформаций, а характеристики прочности остаются на уровне не меньше 75%. В целом типичные бетонные смеси имеют морозостойкость 50-150 циклов, для гидробетонов нормировано не менее 150-300.
- Общие требования. Высокая марочная прочность (сжатие, растяжение и изгиб), минимальная усадка после набора прочности и низкое выделение тепла при высыхании (в процессе цементной гидратации).
Очевидно, что марки, не отвечающие таким требованиям, использовать для гидротехнических сооружений нельзя.
Учитывая различные условия эксплуатации, применяются различные виды гидробетонов, которые делят по морозостойкости и по водонепроницаемости. В маркировке это отражается следующим образом – БСГ М250 В20 Р1 F200 W6. Расшифровывается она так: бетонная смесь готовая, марка М250, класс прочности В20, подвижность Р1 (низкая), морозостойкость 200 циклов, водонепроницаемость при давлении до 6 атмосфер. С такими характеристиками раствор допускает укладку в конструкциях, работающих в надводном положении или в переменных условиях.
Существует общепринятая классификация, в которую включено около трёх десятков видов гидробетонов, каждый имеет точное назначение и способен при соблюдении технологии заливки работать более 75 лет.
Особенности гидротехнического бетона в производстве и испытаниях
Испытывают образцы после выдержки в 180 дней (обычные марки 28 суток), подвергая более суровым нагрузкам. В большинстве случаев применяются тяжёлые, плотные бетоны, В20 и выше. В процессе полного цикла испытаний исследуют:
- Фактические показатели водостойкости и водонепроницаемости, в том числе уровень стойкости к воздействию агрессивным средам;
- Фактическое количество циклов морозостойкости;
- Показатели прочности до и после других испытаний.
При производстве готовых растворов допускается уменьшать какие-то характеристики, с целью удешевления (поскольку требуются большие объемы), но только в рамках проектных расчетов. Поэтому в отличие от обычных растворов фактические значения могут отличаться от расчетных параметров, но только по согласованию с проектными организациями.
Состав и свойства гидробетонов
Учитывая особенности, составу и свойствам уделяется особое внимание. Как и в других бетонах, в основе – вяжущее, цемент, но для гидробетонов применяют разновидности:
- Высококачественный портландцемент;
- Шлакопортландцемент;
- Пластифицированные и гидрофобные цементы;
- Пуццолановый или сульфатостойкий цемент.
Основа задает свойства. Например, пуццолановый имеет высокую химическую стойкость, отличается повышенной плотностью и низким водоотделением, но при этом уменьшается морозостойкость. Гидрофобные и пластифицированные повышают водонепроницаемость и морозостойкость, сульфатостойкие применяются в бетонах для суровых условий и агрессивных сред.
Для улучшения остальных характеристик применяется специальный наполнитель. Обычный песок серьёзно повышает влагопроницаемость, поэтому применяется кварцевый песок с размером частиц не более 2 мм. В качестве снижающего расход цемента микронаполнителя допускается использовать золу-унос (сухую золу) одновременно с пластификаторами, что снижает водоцементное соотношение.
В качестве крупного наполнителя применяют гравийный щебень с высокой лещадностью. Это снижает расход более дорогих компонентов и позволяет равномерно распределять нагрузки на монолит по всему объему. Одновременно повышается морозостойкость, поскольку такие наполнители практически не испытывают температурных деформаций. К дополнительным компонентам относятся другие пластификаторы, уплотнители структуры, гидрофобные и воздухововлекающие вещества.
Всё вместе позволяет очень точно регулировать требуемые характеристики, в том числе жесткость (подвижность) и время схватывания. Эти свойства влияют на скорость работ, что важно при строительстве гидротехнических объектов.
Особенности применения и укладки гидротехнического бетона
Основной проблемой при строительстве гидротехнических сооружений является высокая теплоёмкость воды. Когда температура +10 градусов, такая же температура будет у всей поверхности залитого объёма бетона. При этом внутри идут процессы гидратации с выделением тепла, что создает температурные колебания и приводит к деформациям, неравномерному набору прочности.
Поэтому и выдвигается требование к гидробетонам – низкое выделение тепла, с которыми борются разными способами:
- Одновременная и быстрая заливка большого объема (отсюда экономия, о которой сказано выше). При этом, если позволяет температура, иногда добавляют измельченный лед;
- Внутри строящегося сооружения прокладывают трубы охлаждения, позволяющие выравнивать температуру при схватывании;
- Используют смеси с низкой температурой гидратации, присадки и прочие компоненты.
В некоторых случаях возможно использование теплоизолирующих прокладок, но это значительно повышает стоимость строительства, требуя дополнительных работ. Намного дешевле взять большой объем смеси с нужными свойствами, быстро залить участок и переходить к строительству следующего.
Сложности укладки на примерах разных видов гидробетонов
- При работе с мелкозернистыми составами (например, облицовка каналов), используют цемент-пушку (метод торкретирования). Смесь с мелким наполнителем в сухом виде по трубам подается к намеченному месту. На выходном отверстии располагается шланг с подачей воды под давлением, что обеспечивает готовность раствора, который укладывается по месту. Схватывание происходит быстро, за несколько минут образуется необходимое покрытие.
- Для растворов с более крупными наполнителями применяют пневмобетонирование. По трубе на место подается готовый раствор с уменьшенным водоцементным соотношением. Под большим давлением смесь занимает выбранное место и «добирает» влагу в процессе схватывания. Этот метод более производительный, чем торкретирование.
- Опалубка с дальнейшим контролем температуры, влажности и процесса схватывания применяется для любых гидробетонов, но используется для небольших объектов (опоры мостов, причалы и т.д.).
Плюсы и минусы укладки литого бетона
Перечисленные способы могут применяться не для всех марок. Так называемый литой бетон требует других технологий, так как:
- Содержит песок фракцией мельче 0,15 мм, бетонную глину, золу-унос, иногда керамзит;
- Вяжущее – цемент выбранной для сооружения марки, водоцементное отношение – пониженное, при сохранении заданной подвижности для укладки в сложные формы;
- Смесь однородная, как расплав (отсюда название) и позволяет заливку без трамбовки самые сложные участки.
Особенность литого бетона в том, что выше марочная прочность, морозостойкость и водонепроницаемость. Разумеется, упрощенная заливка и высокая скорость работ это высокая стоимость такой смеси, но для некоторых объектов это лучшее решение. Например, бетонирование узких отверстий, тонкостенных конструкций (коллекторы, тоннели и пр.), как и работа в стесненных условиях, другими составами иногда невозможна.
Надеемся, вы составили представление о гидротехнических бетонах. Добавим, что и в частном секторе они получают все большее распространение, особенно для фундаментов на неустойчивых грунтах, в зонах подтопления и прибрежных зонах.