Высота капиллярного поднятия воды в бетоне

Обновлено: 28.03.2024

Капиллярный подсос – процесс, при котором строительные материалы (например, силикатный кирпич или бетон) постепенно впитывают влагу, поступающую из внешней среды. К ней, прежде всего, относятся грунтовые воды и осадки.

Из-за специфики структуры кирпича и других подобных материалов внутри них образуются поры и капилляры – полые трубчатые образования. Именно по этим капиллярам проходит наполнение влагой: чем они тоньше, тем напор впитывающейся жидкости больше. Соответственно процесс абсорбции влаги происходит быстрее и распространяется на большие площади. Иногда влага из грунта поднимается на высоту до нескольких метров.

Из-за сильного перенасыщения влажностью, а также из-за оставшихся после высыхания химических соединений, например, сульфатов, стеновые конструкции теряют свою прочность, снижается устойчивость к износу. Для предотвращения дальнейшего регресса специалисты рекомендуют выбирать отсечную гидроизоляцию. Этот тип влагозащиты на 98% предотвращает разрушение и деформацию стен.

Отсечная гидроизоляции при устранении капиллярного подсоса

Гидроизоляция отсечного типа – процесс высокотехнологичной защиты зданий от пагубного воздействия влаги, направленный в первую очередь на предотвращение и устранение капиллярного подсоса. В основе инженерного способа, направленного на ликвидацию перемещения влаги по капиллярам лежит организация шпур по всей площади стены. Это специальные отверстия, которые затем заполняются составом, который предотвращает попадание влаги в структуру строительных материалов и ее дальнейшее негативное воздействие.

Строители отмечают следующие преимущества отсечной гидроизоляции:

● Исключается предварительная сушка поверхностей;

● Срок эксплуатации строений увеличивается;

● Повышается прочность стен;

● Возможность устройства влагозащиты в любое время;

● Гидрофобные составы представлены широким ассортиментом и продаются в любом строительном магазине.

Эксперты указывают на дороговизну работ и материалов, однако эффективность способа составляет почти 100%.

Выбор изоляционной смеси для работ

Чтобы предотвратить капиллярный подсос, мастера рекомендуют использовать специальные изоляционные смеси. Это составы, обладающие высокой адгезией – проникающей способностью. Они вступают в физическую и химическую реакцию с веществами внутри кирпича или камня, обеспечивая максимально прочное соединение с ними. В итоге в естественных порах внутри стены появляются кристаллические вещества, которые полностью закрывают их. Доступ влаги вовнутрь перекрыт.

Производители выпускают изоляционные смеси разного состава. Специалисты, занимающиеся устройством гидроизоляции, выбирают материалы ответственно. Помимо технических особенностей большую роль играет материал обрабатываемого элемента:

1. Смеси, в основе которых силикатно-щелочные компоненты, выбирают для известковых сооружений. После их нанесения на конструкцию появляется вещество, которое не растворяется в воде. Оно выступает водоупорным барьером.

2. Жидкие или гелеобразные составы, в основе которых силоксан и кремний, подходят для бетонных, каменных или кирпичных конструкций. Когда состав вступает в реакцию со стеной, на внутренней поверхности отверстий появляется водонепроницаемая пленка, выступающая прочным изоляционным барьером.

Соответственно, эффективность гидроизоляции зависит от правильно выбранного состава. Важно учитывать качество и другие характеристики изоляционной смеси. Специалисты по устройству гидроизоляции в нашей компании работают исключительно с проверенными материалами: Hydrocem Инжект 02 , Инъекционная Скрепа М600 , Паколь Инъекционный (высокопрочный микроцемент). Каждый из них отличается составом, методом нанесения и другими характеристиками.

Общая технология обустройства гидроизоляции отсечного типа

В начале процесс лежит подготовка специальных отверстий, которые называются шпурами. Сначала их пробуривают с помощью специального оборудования, а затем вводят в них состав, защищающий от влаги. Для описания процесса используют термин «инъекция». При соблюдении технологии влагозащитный эффект сохранится на весь период использования здания.

Подготовка поверхности

В первую очередь ручным или механическим инструментом производится очистка поверхности от излишков отделки: краски, цемента, штукатурки, кладочного раствора. Затем следует зачистка поверхности, которая превышает зону поражения приблизительно на 80 см с каждой стороны. После того как поверхность очищена, производится ремонт мелких трещин ремонтным составом.

Следующим этапом является бурение шпуров. Для этого выбирают пневмо- или электроинструмент, работа которого предотвращает вибрацию. Отверстия нужно бурить в шахматном порядке под углом 15-30о относительно пола или другой поверхности, идущей перпендикулярно стене. Их диаметр – от 18 до 32 мм, а глубина – 2/3 толщины стены. Если стена толще 60 см, целесообразно делать шпуры с двух сторон. Шаг между отверстиями – 150-250 мм. Пропитка, а значит и обработка, будет лучше, если расстояние между шпурами будет меньше.

После того, как специалисты по всей стене подготовили шпуры, они промывают их струей воды под напором. Затем необходимо выставить пакеры – приспособления, благодаря которым составы гидроизоляции равномерно распределяются по отверстиям.

Заполнение пустот методом инъектирования

Эксперты вводят влагозащитные составы (проводят инъектирование) двумя способами:

1. Безнапорный. Мастера предварительно рассчитывают объем необходимого материала и вводят его в шпуры через установленную воронку. Также удобно использовать лейку с длинным носиком. На пропитку уходит минимум сутки.

2. Напорный. Если конструкция поражена влагой больше, чем на половину, специалисты выбирают напорный метод инъектирования: состав вводят строительным насосом.

Эксперты рекомендуют проводить работы в период, когда температура воздуха выше 5оС.

Нанесение ремонтного состава

Через 1-3 дня, в зависимости от времени полного высыхания гидроизоляционного материала, специалисты заделывают шпуры, наносят поверх стены ремонтную смесь – из того же состава, который был использован для инъекций.

Еще через 1-2 суток поверхность готова к отделочным работам, если нужно.

Инъекционная Скрепа М600 для устранения дефекта

Специальная безусадочная смесь, предназначенная для инъектирования швов, трещин, капилляров, зазоров более 0,4 мм глубиной, а также для закрепления анкеров и других действий, где нужны безусадочные подливочные растворы. Наносится с помощью растворонасоса.

Приготовление раствора

Нужно действовать согласно инструкции, указанной на упаковке со смесью. В зависимости от того, какая консистенция требуется, нужно взять определенное количество воды.

Консистенция Расход воды на 1 кг

Пластичная 0,25 л

Пластично-жидкая 0,3 л

Жидкая 0,4 л

Воду нужно вливать в сухую смесь. При этом нельзя смешивать больше 15 кг за один раз. Эксперты советуют готовить столько материала, сколько специалисты нанесут примерно за 4-6 часов.

Можно использовать ручной или механический способ замешивания. В первом случае нужно сначала взять ¾ сухой смеси, после достижения однородной консистенции, добавить оставшуюся часть и продолжить вымешивание. При механическом способе нужно выбрать скорость дрели не более 650 оборотов в минуту.

Обратите внимание, что изначально смесь получается излишне вязкой, после 5 минутного замешивания вязкость снижается.

Этапы работы с материалом

В процессе устранения капиллярного подсоса с помощью гидроизоляции Скрепа М600 необходимо придерживаться следующего алгоритма:

1. Удалить неровности, поврежденные участки с поверхности стены. Трещины гидроизолировать.

2. Проделать шпуры.

3. Промыть подготовленные отверстия водой под давлением.

4. После подсыхания нанести приготовленный раствор насосом для цементосодержащих смесей (НДМ-20, например). Давление для введения раствора: 3-8 атм. Работу следует начинать снизу, постепенно передвигаясь вверх.

5. После высыхания удалить излишки механическим способом и нанести ремонтную смесь.

Материал быстро «схватывается», становится высокопрочным за считанные минуты. Благодаря нескольким вариантам консистенции он удобен в использовании. Адгезия обеспечена за счет введения в состав полимерных добавок. Изоляционный состав после застывания обладает высокой влагозащитой, износостойкостью и морозостойкостью. Подобные характеристики сохраняются только в случае, если мастера выполняют работы при температуре обрабатываемой поверхности от +5 до +35о С.

Hydrocem Инжект 02 для устранения дефекта

Инъекционно-литьевой состав низкой дисперсии, предназначенный для усиления бетонных конструкций, ремонта трещин, крепления анкеров и высокоточной подливки. Состав соответствует нормам Европейского Стандарта EN 1504.

Приготовление раствора

В чистую емкость насыпать необходимое количество сухой смеси и залить ее водой из расчета 0,3 л воды на 1 кг сухого состава. Для замешивания лучше использовать строительный миксер на скорости до 800 оборотов в минуту. Процесс продолжать до получения однородного раствора. Оставить на 5-10 минут до созревания.

Этапы использования

В целом, принципы подготовки основания и нанесения раствора практически не отличаются от работы с материалом Скрепа М600:

1. Нужно зачистить поверхность, на которую будет нанесена гидроизоляция, убрать поврежденные участки, снять отделочные слои штукатурки, краски. Стену следует увлажнить водой, исключая подтеки.

2. Затем следует шпурирование, отверстия промываются водой под напором.

3. Подготовленный раствор заливается напорным или безнапорным методом.

4. После завершения работ, поверхность нужно оставить на 1 сутки для полного высыхания.

5. Затем можно наносить ремонтную смесь.

Полученная смесь очень текучая, поэтому специалисты обрабатывают с ее помощью в том числе и отверстия, меньше 1 мм в диаметре.

Благодаря тому, что в составе кроме цемента содержатся минеральные заполнители и модифицирующие добавки, смесь обладает высокой степенью адгезии с обрабатываемыми материалами. Получается состав, после застывания который обеспечивает защиту от влаги на 98%.

Инъекционный Паколь - (высокопрочный микроцемент) для устранения дефекта

Сухая многосоставная тонкодисперсная смесь. В качестве ее основы выступает цемент, добавки – высокоэффективные химические соединения. Материал используют для обеспечения монолитности и усиления фундаментов, устранения внутренних дефектов строительных конструкций из цемента, кирпича, камня.

Приготовление раствора

В чистую емкость нужно порционно добавить воду и Паколь из расчета 0,3 л на 1 кг сухой смеси. Каждую порцию необходимо замешивать с помощью строительного миксера приблизительно 1-3 минуты до появления однородной консистенции. Скорость миксера – до 800 оборотов в минуту.

Допускается увеличение объема воды максимум на 150 мл, иначе произойдет расслоение раствора и он придет в негодность. Через 2 минуты повторно замешать состав и использовать по назначению в течение 40 минут.

Этапы работы

При обработке участка с капиллярным подсосом необходимо придерживаться следующего алгоритма:

1. Подготовка поверхности к предстоящей работе, ее зачистка от ненужных элементов.

2. Заделывание трещин.

3. Просверливание шпур и фиксация в них пакеров.

4. Ввод состава с помощью насосов.

5. Выполнение отделочных работ не ранее, чем через 3 дня после нанесения состава.

После замешивания получается высокотекучий раствор, который хорошо проникает в шпуры и сразу вступает в реакцию с материалами. После затвердевания состав обладает повышенной адгезией, механической прочностью независимо от срока службы.

Помощь профессионалов при устранении капиллярного подсоса

Отсечная гидроизоляция – весьма эффективна, однако единственный ее недостаток заключается в сложности реализации. Такая процедура требует максимального профессионализма. Если неправильно выбрать угол и местоположение шпур, тип изоляционной смеси, результата не будет.

Поэтому мы рекомендуем доверить работу экспертам компании “Гидроизоляция №1”: в нашей команде собраны опытные мастера высшей категории. Они точно знают, какие материалы стоит использовать и как лучше проводить эффективные влагозащитные работы.

Санкт - Петербург
27-я линия В.О., д. 6, корп. 2

Режим работы: Понедельник - пятница 9:00 – 18:00

Отгрузка материалов в выходные дни производится по предварительной договоренности

Настоящая статья посвящена исследованию влагопереноса в бетонных образцах. Бетон является одним из самых популярных строительных материалов в мире. Из него возводят как жилые здания, так и уникальные сооружения мостовых конструкций, корпуса атомных и гидроэлектростанций. Содержание влаги в бетоне оказывает существенное влияние на его механические свойства, а также на долговечность. Способность переноса влаги в пористой среде играет важную роль в разрушении строительных материалов, изготовленных на основе различных бетонов и строительных растворов. В общем, существуют две различные модели, используемые для изучения влагопереноса в пористых материалах. Это диффузионная модель, главную роль в которой играет поперечное сечение материала и на начальном этапе набора прочности бетонном, определяется диффузией воды. Другая модель описывает капиллярно-транспортный механизм. Он моделирует проникновение и перемещение жидкости по капиллярам в поровом пространстве. Процессы протекают в цилиндрическом капилляре с постоянным сечением и в контакте с бесконечным жидкостным резервуаром. При этом игнорируются сложность конфигурации поровой структуры и поверхностная неоднородность материала пор. Установлено, что направленное изменение структуры пор за счет использования «прививочного» материала оказывает существенное влияние на процессы капиллярного всасывания влаги и ее перемещение.


1. Бернацкий А.Ф., Целебровский Ю.В., Чунчин В.А. Электрические свойства бетона / под ред. доктора техн. наук, проф. Ю.Н. Верещагина. – М.: Энергия, 1980. – 280 с.

2. Калашников, В.И. Терминология науки о бетоне нового поколения // Строительные материалы. – 2011. – № 3. – С. 103–106.

3. Калашников, В.И. Роль дисперсных и тонкозернистых наполнителей в бетонах нового поколения / В.И. Калашников, О.В. Суздальцев, Р.А. Дрянин, Г.П. Сехпосян // Известия вузов. Строительство. – 2014. – № 7. – С. 11–21.

4. Полищук Н.В., Панченко И.М., Панченко М.С., Карпович И.Н. Эффекты воздействия и последействия электрических полей на поднятие воды в микрокапиллярах // Электронная обработка материалов. – 2002. – № 4. – С. 54–67.

5. Романенко И.И. Модифицированные шлакощелочные бетоны с добавками побочных продуктов биосинтеза: автореф. канд. техн. наук: 05.23.05: [Место защиты: Саратовский полит. институт]. – Саратов, 1993. – 17 с.

6. Романенко И.И. Модифицированные шлакощелочные бетоны с добавками побочных продуктов биосинтеза: дис. . канд. техн. наук: 05.23.05: [Место защиты: Саратовский полит. институт]. – Саратов, 1993. – 167 с.

7. Романенко И.И. Коррозионная стойкость шлакощелочных бетонов на основе Новолипецкого металлургического шлака в органических средах / И.И. Романенко С.В. Михайлина // Эффективные строительные конструкции: сб. науч. работ. – Пенза: Изд-во Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, 2005. – С. 310–312.

8. Романенко И.И. Модифицированные шлакощелочные бетоны, используемые для производства плит по литьевой технологии / И.И. Романенко, С.В. Михайлина // Строительные материалы. – 2006. – № 9. – С. 51–53.

9. Brennan J.K., Dong W. Molecular simulation of the vapour-liquid phase behavior of lennard-Jones mixtures in porous solids // Physical review E67. – 2003. – № 031503. – Р. 1–6.

10. Marty N.S., Chen H. Simulation multi-component fluids in complex three- dimensional geometries by the lattice Boltzmann method // Physical review. – 1996. – E 53 1. – Р. 743–750.

12. Kaufman J., Studer W., and Schenker K. Study of water suction of concrete with magnetic resonance imaging methods. Magazine of concrete research 49. – 1997. – № 180. – Р. 157–165.

13. Hung, Nguyen T.; Frank, Melandsо; Stefan, Jacobsen (2009): Analytical and numerical solution for capillary suction velocity and hight in pores with multiple sizes. Paper part 1, submitted together with this paper.

14. W.D.; Hall, C. Water transport in brick, stone and concrete. – Sponpress London and New York, 2002. – 318 p.

15. Lockingston D.A., and Parlange J.Y. A new equation for macroscopic description of capillary rise in porous media // Colloid and Interface Science. – 2004. – Vol. 278. – Рp. 404–409.

Влагоперенос в бетоне является сложным и малоизученным процессом. Это обусловлено многими факторами, влияющими на функционирование транспортных механизмов в сочетании с различными типами пор, которые, как правило, пронизывают бетоны. Механизм капиллярного всасывания с большой уверенностью можно считать движущей силой в частично насыщенном объеме твердого тела сетью капиллярных пор.

В то же время не ясен механизм переноса влаги в порах геля. Ученые как в России, так и за рубежом считают, что размеры поргеля слишком малы чтобы капиллярные силы в них играли главную роль. В исследованиях [9–10] установлено, что главенствующую роль играет диффузный механизм переноса влаги.

Роль воздушных пустот в процессах массообмена в бетоне менее ясна. Размер воздушных пор намного больше, чем размеры капилляров, и механизм капиллярного всасывания в данном случае не применим. Он не работает. Воздушные поры играют остановочную роль в переносе влаги [11–12].

Транспортные механизмы определяются размерами пор, видом вяжущего, химическими добавками, пропитками, размерами поперечного сечения образцов.

Поэтому во время проведения исследований перед нами, стояла задача разработать модель для прогнозирования движения воды в бетоне при различных типах воздействия и создать механизм для снижения капиллярного насыщения материалов из бетона. Поэтому ограничиваемся рассмотрением потока жидкости за счет капиллярного всасывания.

Простейшая теоретическая модель, которая связывает высоту поднятия жидкости по капилляру с радиусом пор r в бетонах для двухкомпонентной системы может быть определена по формуле Жюрена (полученная из формулы Лапласа для определения подъемной силы мениска)

Romanenko01.wmf

(1)

где α – поверхностное натяжение жидкости (для воды α = 72,8 дин/см при t = 20 °С); Θ – краевой угол смачивания; r – радиус капилляра; g – ускорение силы тяжести; ρ – плотность воды.

При полном смачивании всех частиц материала капилляра (Θ = 0) и численных значениях α и g

Отсюда следует, что высота поднятия жидкости по капиллярам обратно пропорциональна радиусу капилляра. В то же время исследованиями было выявлено, что, на высоту подъёма жидкости в капиллярно пористом материале влияет время экспозиции и тогда зависимость высоты подъёма жидкости от времени определяется по формуле

Romanenko02.wmf

(3)

где Ht – высота капиллярного поднятия воды в бетонах; μ – динамическая вязкость жидкости.

Уравнение (3) показывает: высота капиллярного поднятия воды в бетонах пропорциональна квадратному корню от времени экспонирования. Уравнение (3) описывает модель трубы (капилляра) из бетона, представляющей пористую среду, и является приближенной.

В общем случае, перенос жидкости происходит через поры, микротрещины и пустоты бетона. При нормальных условиях со средним содержанием влаги и умеренной температуры основной движущей силой транспортного процесса в пористой среде являются градиенты влаги и температуры. При низком содержании влаги основным механизмом переноса влаги осуществляется путем диффузии пара или капиллярного всасывания, когда поры находятся в контакте с жидкостью.

В течение последнего десятилетия все большая часть применяемого бетона обладает малой капиллярной пористостью. Это связано с переходом от традиционных бетонов к высокоэффективным реакционно порошковым с более низкой пористостью. В этих бетонах происходит трансформация реологической матрицы, обеспечивающая получение рациональной реологии [1, 2]. При этом составляющие реологическую матрицу микродисперсная каменная мука, тонкозернистые и мелкий пески выступают активными компонентами, влияющими на формирование порового пространства бетона [2].

Тем не менее, несмотря на снижение капиллярной пористости, при низких значениях W/В отношения, такие бетоны после предварительной сушки показывают картину водонасыщения типичную для традиционных бетонов, описываемую формулой (3) при одностороннем всасывании жидкости через капилляры. В результате исследований было установлено, что процесс водонасыщения бетона зависит от степени насыщения пор в начальный момент [3].

Экспериментальные данные [4, 8] свидетельствуют, что размер поперечного сечения образца существенно влияет на транспортный механизм водопоглощения. Формулы, описывающие теоретически процесс водонасыщения бетонного образца, не могут в точности описать происходящие явления, так как вступают в противоречие с нашими первоначальными допусками, которые предполагают последующее набухание геля. Отклонения также происходят и за счет изменения в капиллярной абсорбции [4].

Молекула воды является диполем, равным по величине, но разным по знаку электрических зарядов на противоположных ее концах, а частицы вяжущего заполнителя на своей поверхности имеют положительные и отрицательные электрические заряды, в зависимости от того, из каких материалов состоит частица.

Под действием зарядов частиц происходит ориентация диполей воды. Расположением молекул воды в капилляре можно иллюстрировать процесс между двумя параллельными плоскостями стекол, частично погруженных в воду. Вода в узкой щели капилляра находится в напряженном состоянии, вызванном взаимодействием зарядов системы капилляр – вода.

Согласно теории Лапласа [1] в напряженном состоянии находится поверхностная пленка жидкости, а остальная часть жидкости не связана со стенками капилляра. Помимо электрических сил на молекулы воды в капилляре действуют и силы гравитации. Из условия статического равновесия между электрическими силами и гравитационными следует, что высота подъема воды в капилляре равна

Romanenko03.wmf

(4)

где h0 – высота столба жидкости в щели капилляра; qс – суммарный электрический заряд, приходящийся на 1 см2 стенки щели; qв – суммарный электрический заряд молекулы воды, расположенный на 1 см2 срединной плоскости; ε – диэлектрическая постоянная; r 2 – расстояние между плоскостями щели; ρв – плотность воды.

В бетонах капилляр представляется тонкой трубочкой, а не щелью. В результате чего притяжение к стенкам будет больше, чем в плоской щели.

Romanenko04.wmf

(5)

Для экспериментов использовали цилиндрические образцы бетона диаметром 100 мм, изготовленные при В/Ц отношении 0,51 (рис. 1). Материалы: портландцемент Вольский ЦЕМ II/А-42,5 Н; песок Сурский с Мкр = 1,51; щебень гранитный фракции 3–8 мм; вода питьевая. Испытывали шлакощелочные бетоны (ШЩБ) на составах идентичных портландцементов. Высота цилиндрических образцов100 мм. На расстоянии 30 и 50 мм от основания образца делалась проточка алмазным диском на глубину 30 мм. Погружение образца в воду осуществлялось на глубину 10 мм. Время экспозиции: 3, 6, 9, 12, 15 мин, 1 ч, 2, 3, 4…48 ч. Испытания проводили на образцах в возрасте 28 суток твердения в нормальных условиях после сушки в сушильном шкафу при температуре 105 °С до постоянного веса. Боковая поверхность образцов обрабатывалась кремнийорганическим составом на всю высоту с целью исключения бокового всасывания влаги.

Зависимость прироста массы образцов от времени экспозиции представлена на рис. 2.

pic_81.tif

Рис. 1. Бетонные образцы для испытания на водопоглощение: а – с проточкой на расстоянии 30 мм; б – с проточкой на расстоянии 50 мм; в – без проточки

pic_82.wmf

Рис. 2. Зависимость водопоглощения бетонных образцов при В/Ц = 0,51 (образцы представлены на рис. 1)

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что форма, площадь поперечного сечения образца существенно влияют на кинетику водопоглощения, определяемую диффузией и капиллярным транспортным механизмом поднятия воды. Данная зависимость не является линейной и носит квадратичную зависимость. Полагаем, что капиллярные разрывы, состоящие из узких проходов или больших пустот вдоль пути движения водяного потока по системе капиллярных пор, могут создавать дополнительные препятствия. И тем самым вносятся граничные условия на процессы массопереноса в пористом теле. По существу, необходимо вносить в рассматриваемую модель условия, связанные с ветвистостью капилляров, выходом их на боковые поверхности и на возможные крупные поры.

В настоящей работе были проведены исследования возможности улучшения стойкости бетонов в условиях капиллярного водонасыщения бетонов путем введения технической «прививки» порового пространства. В качестве «прививочного» материала использовано отработанное машинное масло, вводимое на стадии приготовления шлакощелочного бетона (ШЩБ).

Традиционные исследования для получения материалов с повышенной стойкостью направлены на получение бетонов с низкой капиллярной пористостью и высокой плотностью конгломератов в зоне контакта заполнителя с вяжущим.

П.Н. Гончаров, А.А. Пащенко, и Б.А. Крылов исследовали ШЩБ в условиях капиллярного подсоса, армированных дисперсными материалами.

Было установлено, что ШЩБ обладают повышенной коррозионной стойкостью в углеводородных средах и кислых неорганических растворах, вследствие низкой капиллярной пористости, высокой плотности бетонов и адгезии к полиакриловым армирующим волокнам. Высокая стоимость армирующих материалов ограничивает широкое применение.

Однако предложенная нами технология формирования макро- и микроструктуры бетона способствует созданию механизма «избирательности» по отношению к агрессивным внешним воздействиям, т.е. происходит самоорганизация внутреннего пространства пор.

Все исследования проводились на гранулированных шлаках Новолипецкого, Челябинского и Череповецкого металлургических заводов, электротермофосфорном шлаке ПО «Фосфор» (г. Тольятти). В качестве активаторов твердения использованы растворы: NaOH, Na2SiO3·nH2O, содощелочной плав (СЩП) и их композиции.

Шлакощелочное вяжущее (ШЩВ) отличается от портландцемента отсутствием в продуктах гидратации высокоосновных гидросиликатов и гидроалюмосиликатов кальция.

В.Д. Глуховский и О.Н. Сикорский [4] установили, что ШЩВ взаимодействует практически со всеми силикатными и алюмосиликатными пылеватыми частицами, входящими в состав заполнителя, что способствует получению высокой плотности композита. А в продуктах гидратации доминируют гидрогранаты и низкоосновные гидросиликаты кальция.

Нами было установлено, что шлакощелочные бетоны, приготовленные на растворе NaOH, по сравнению с бетонами на портландцементе имеют в 1,1–1,5 раза больше крупных пор с эффективным диаметром более 0,1 см.

Использование в качестве активатора твердения раствора Na2SiO3•nH2O способствует снижению диаметра пор и капилляров в 1,5–2 раза.

При введении диспергированного машинного масла в ШЩВ происходит модификация внутренней поверхности пор, капилляров и зон контакта продуктов гидратации ШЩВ с заполнителями, доказательством которого служит явление капиллярного подсоса и угла смачивания.

Молекула воды является диполем, равным по величине, но разным по знаку электрических зарядов на противоположных ее концах, а частицы шлака, заполнителя на своей поверхности имеют положительные и отрицательные электрические заряды, в зависимости от того, из каких материалов состоит частица. Водный раствор солей в капилляре находится в напряженном состоянии, вызванном взаимодействием зарядов системы капилляр – вода. Исходя из равенств (4) и (5) можно предположить, что если стенки капилляров, пор и разрывов внутренней сплошности пористого тела не будут иметь электрического заряда за счет поверхностного слоя моторного масла, то никакого капиллярного всасывания за счет электрических зарядов не будет или будет ограничено. Это подтверждено нашими опытами. ШЩБ с модифицированной структурой дисперсным машинным маслом практически не впитывают масла, растворы солей и сахара. Это способствует повышению долговечности бетонных изделий на основании ШЩВ. На рис. 3 представлена кинетика водопоглощения ШЩБ при Р/Ш отношении 0,5.

pic_83.tif

Рис. 3. Зависимость водопоглощения ШЩБ образцов при В/Ц = 0,5 (образцы представлены на рис. 1)

Прослеживаются отклонения от правил, используемых для описания процесса водопоглощения пористым телом:

  • мелкопористая структура бетонных образцов характеризуется наличием капилляров с диаметром порядка нескольких ангстрем.

Очень маленький расчетный размер пор, а также модифицирование поровой поверхности поверхностно-активными веществами свидетельствуют о том, что структура пор сильно препятствует проникновению воды. Это вызывает блокирование пор в бетоне и приводит к низкой проницаемости. Тогда механизмы капиллярного всасывания не могут самостоятельно объяснить процессы водопоглощения пористым телом.

  • Полученные результаты по изучению капиллярного водопоглощения свидетельствуют, что процесс этот протекает длительное время. Они не совпадают с теоретически рассчитанными. Экспериментальные данные получены ниже расчетных [14, 20–21].
  • Поглощение воды сухих образцов бетона зависит от поперечного сечения активной поверхности и траекторий линий всасывания. Таким образом, динамика, всасывания воды капиллярами неадекватно описывается уравнениями (1), (2), (3), (4). Транспортные свойства капилляров бетона были изучены при введении ряда граничных условий: бетон рассматривается как изотропный материал с однородной пористой структурой.

1. Результаты, полученные в экспериментальных исследованиях недостаточны для оценивания всех искомых параметров влагопереноса в бетонных образцах и поэтому поиск оптимальной модели не может завершиться на данном этапе.

2. Все компоненты композиционного материала – бетона обладают пористостью различного уровня. На перемещение влаги по капиллярам бетона накладываются условия, обусловленные параметрами капилляров и механизмами взаимодействия воды с продуктами гидратации клинкерного фонда вяжущего.

3. В рассматриваемых моделях не были учтены особенности высокоразвитой поверхности пор цементного камня и геля, а также выходы на боковую поверхность образцов.

4. В связи со сложностью создания приближенной модели переноса влаги в бетонных образцах были исследованы явления, связанные с поглощением и переносом влаги. При этом рассматривали движение по капиллярам большого диаметра и непосредственно за счет диффузии.

5. Установлено, что активное использование «прививочного» материала в качестве модификатора структуры бетона позволяет существенно влиять на процессы влагопереноса в бетонных изделиях и повысить эксплуатационные свойства.

Физические свойства бетона

Термин «плотность бетона» применяется в двух значениях:

  • степень заполнения объема бетона твердым веществом, т. е. величина, обратная пористости (относительная плотность);
  • масса единичного объема бетона (средняя плотность).

Пористость бетона уже была рассмотрена ранее. Она составляет обычно 10—15%, т. е. соответствующая относительная плотность бетона — 85-90%.

Рассматривая среднюю плотность, следует различать плотность бетонной смеси и бетона.

Расчетная плотность бетонной смеси (без учета содержащегося в ней воздуха) определяется как суммарная масса ее компонентов на 1 м3 смеси. Фактическая плотность смеси определяется экспериментально. Она на 1-3% меньше расчетной, что соответствует содержанию воздуха в бетонной смеси.

Плотность бетона отличается от фактической плотности бетонной смеси. Бетон, твердевший и/или эксплуатирующийся в воде, имеет большую плотность, так как вода дополнительно подсасывается в контракционные пространства.

При эксплуатации на воздухе значительная часть воды, не связанной химически, испаряется. Ее количество зависит от влажности окружающего воздуха (или диапазона колебаний влажности). Плотность бетона становится ниже, чем бетонной смеси.

Для бетонной смеси, фактическая плотность составила 2340 кг/м 3 . Для бетона, эксплуатирующегося в воде, приняв объем контракции 24 л/м 3 , получим плотность 2364 кг/м 3 . При его эксплуатации на воздухе, при количестве химически связанной воды 15% и равновесной влажности 3%. получим плотность 2255 кг/м 3 . Полностью высушенный бетон будет иметь плотность 2190 кг/м 3 .


Влажность и водопоглощение бетона

Основная часть пор в бетоне — капиллярные и гелевые — образует открытую пористую систему, которая легко заполняется водой. Различают несколько видов влажности бетона в зависимости от условий его эксплуатации.

Сорбционная влажность. Гелевые поры и микрокапилляры (до 0,1 мкм) конденсируют пары воды из воздуха, полностью заполняясь влагой. Приобретаемая бетоном влажность, зависящая от влажности окружающего воздуха, называется сорбционной. Но так как влажность воздуха меняется, бетон «стремится» следовать за ней, то конденсируя, то испаряя влагу.

Часто дело ограничивается колебаниями влажности поверхностного слоя, тогда как внутренние слои бетона сохраняют усредненную равновесную влажность.

Капиллярный подсос. Следующий уровень увлажнения бетона достигается в конструкциях, частично находящихся в воде. При этом бетон, остающийся на воздухе, всасывает ее капиллярными порами. Высота капиллярного поднятия увеличивается при росте пористости. Она может составлять примерно 0,5 м. На практике это происходит в фундаментах, гидротехнических и иных сооружениях, часть которых находится в контакте с водой. Бетон в зоне капиллярного подсоса более уязвим при действии мороза, чем подводный (подземный) бетон или более сухой бетон вышележащих слоев.

Вода, достигшая верхнего уровня капиллярного подсоса, испаряется. Если она содержит соли, в зоне испарения концентрация солевого раствора повышается до пересыщения. Это приводит к кристаллизации солей, рост кристаллов может приводить к трещинам и разрушению бетона (солевая форма коррозии).

Водопоглощение бетона — влажность, приобретаемая им при выдерживании в воде. Для тяжелого бетона это основная влажностная характеристика. Гелевые поры при этом полностью заполняются водой, а капиллярные — почти полностью (в них защемляется некоторое количество воздуха). Воздушные поры остаются заполненными воздухом.

Водопоглощение бетона по массе составляет обычно 4-8%, а водопоглощение по объему — 9-18%. Последний показатель характеризует пористость бетона (если пренебречь защемлением воздуха в капиллярах и воздушными порами). Его часто рассматривают как открытую пористость бетона. Поры, доступные для воды, более негативно сказываются на ряде свойств бетона, чем условно-замкнутые поры.

Водопоглощение увеличивается с ростом В/Ц и объема цементного камня в бетоне и уменьшается в процессе его твердения.

Водопоглощение определяется при постепенном погружении образцов в воду. Водопоглощение позволяет уменьшить защемление воздуха в порах. По кинетике водопоглощения можно судить о размерах пор в бетоне (крупные поры быстрее поглощают воду).

Прочность бетона при его увлажнении и насыщении водой несколько снижается. Коэффициент размягчения бетона (отношение прочностей в водонасыщенном и сухом состоянии) составляет 0,85-0,9.

Водопоглощение бетона просто определяется и поэтому иногда используется как критерий его плотности, а для некоторых бетонов и нормируется.

Капиллярные явления возникают на границе двух сред - жидкости и газа - и приводят к искривлению поверхности жидкости, делая её выпуклой или вогнутой. В этой статье речь пойдёт о том, как возникает капиллярный эффект в случае воды вообще, и в частности, как проявляется капиллярное поднятие влаги в грунте.

Когда вода налита в сосуд, её поверхность ровная, но возле стенок сосуда возникает изгиб поверхности воды. Если стенки смачиваются, то поверхность получается вогнутая, если стенка сосуда сухая и не смачиваемая - поверхность будет выгнутая.

Капиллярное явление у смачиваемой стенки сосуда


Капиллярное явление у смачиваемой стенки сосуда.

Притяжение молекул воды и молекул стенки сосуда больше, чем между молекулами воды и воды, поэтому вблизи стенки сосуда вода поднимается вверх по стенке - это и есть капиллярный эффект. Капиллярная сила поднимает воду до тех пор, пока не уравновесится гидростатическим давлением воды.

В узких сосудах расстояние между стенками очень мало, выгнутости поверхности воды соединяются между собой, суммируется и капиллярная сила, поэтому уровень воды в тонкой трубке - капилляре - может подняться выше, чем он есть в большом сосуде.

Поднятие воды в капилляре


Поднятие воды в капилляре.

Чем тоньше капилляр, тем больше капиллярная сила, тем выше поднимется вода вверх.

Эффект капиллярного поднятия влаги в грунте

Любой грунт имеет поры, а каждая пора - это такой же капилляр, как стеклянная трубка, только очень маленький. Поэтому все грунты в той или иной степени подвержены капиллярному явлению: происходит подъём влаги снизу вверх вопреки силе тяжести.

Высота подъёма капиллярной влаги зависит от типа грунта: в глинистых грунтах она достигает 1,5 м а в песчаных ограничивается 30 см. Это связано с тем, что в песчаных грунтах поры слишком большие и капиллярная сила мала. Частички глины гораздо меньше песчинок, поэтому в глине поры меньше, а капиллярный эффект больше.

Капиллярный эффект нужно учитывать при заложении фундамента: влага от уровня грунтовых вод может подниматься на 1,5 м выше (в случае глины), и если основание фундамента оказывается ниже этого уровня, то фундамент окажется во влажном грунте. А это означает снижение несущей способности грунта и угрозу переувлажнения фундамента. Для того, чтобы защитить фундамент от влаги необходима гидроизоляция.

Капиллярный эффект в бетоне

Капиллярные явления возникают не только в грунте, но и в бетоне, из которого сделан фундамент. Бетон пористый материал, и его поры - это такие же капилляры, по ним влага будет распространятся вверх и вглубь. Если подошва фундамента опирается на влажный грунт, то влага через его подошву будет подниматься вверх, дойдёт до стены цоколя и дома и пойдёт дальше. В последствии это приведёт к разрушению фундамента и стен. Чтобы этого не происходило делают горизонтальную гидроизоляцию между грунтов и подошвой фундамента, а так же между цоколем и стеной дома.

К этой статье есть подборка видео (количество видеороликов: 2)

Влажность грунта - это характеристика, которая показывает степень его насыщения влагой, выражается в процентах. От влажности зависит несущая способность грунта и его максимальная степень уплотнения.

Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.

Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.

Дата публикации: 27.11.2014 19:20:12

© 2009-2016 «Строй своими руками»
Использование материалов сайта «Строй своими руками» разрешено только при условии размещения активной гипертекстовой ссылки на источник.

За окончательный результат испытания принимают среднеарифметическое значение результатов измерения диаметра расплыва двух проб растворной смеси, округленное до 1 мм.

5 Определение водопоглощения при капиллярном подсосе

5.1 Водопоглощение при капиллярном подсосе определяют по объему воды, поглощенной образцом, высушенным до постоянной массы, при атмосферном давлении за счет капиллярных или адсорбционных сил.

5.2 Средства испытания и вспомогательные устройства

5.3 Подготовка к испытанию

5.3.1 Для испытания изготавливают образцы-балочки размером 40х40х160 мм по ГОСТ 30744, подраздел 8.2.2. Число образцов должно быть не менее трех.

5 сут - хранение образцов после распалубки при влажности окружающего воздуха (95±5)% и далее 21 сут - при влажности (65±5)%.

По истечении 28 сут торцевые грани образцов-балочек размером 40х40х160 мм должны быть обработаны штукатурной теркой для получения шероховатой поверхности.

5.3.2 Перед испытанием образцы высушивают до постоянной массы при температуре (105±5) °С. Массу образца считают постоянной, если разность между результатами двух последовательных взвешиваний не превышает 0,2% массы образца. Промежуток времени между двумя последовательными взвешиваниями должен быть не менее 4 ч.

5.3.3 Боковые грани образцов-балочек покрывают водонепроницаемым составом (расплавленным парафином, эпоксидной смолой и др.). При попадании водонепроницаемого состава на торцевые грани их следует повторно обработать штукатурной теркой.

5.4 Проведение испытания

Образцы помещают торцевой гранью в ванну на сетчатую подставку. Ванну заполняют водой температурой (20±5) °С так, чтобы торец был погружен в воду на 5-10 мм. Уровень воды в ванне должен поддерживаться постоянным в течение всего времени испытания (см. рисунок 2).

Через 24 ч образцы извлекают из воды, удаляют с поверхности образцов избыток воды влажной тканью и взвешивают с погрешностью ±0,01 г (масса ).

5.5 Обработка результатов испытания

За результат испытания принимают среднеарифметическое значение результатов испытания трех образцов, округленное до 0,1 кг/(м ·ч ).

6 Определение прочности сцепления (адгезии) раствора (бетона) с основанием

6.1 Прочность сцепления (адгезию) с основанием определяют для затвердевших растворов и мелкозернистых бетонов.

6.2 Прочность сцепления (адгезию) определяют по силе отрыва образца затвердевшего раствора (бетона) от основания - бетонной плиты, приложенной к образцу через металлический диск с анкером (далее - штамп), приклеенный к поверхности образца.

В зависимости от области применения смесей в качестве основания могут применяться: кирпич, природный камень, плита из минеральной ваты, пенополистирол, керамическая плитка и др. при условии выполнения требований настоящего стандарта.

Примечание - Метод определения прочности сцепления растворов (бетонов) с бетонным основанием применяют как основной (арбитражный).

Основание - бетонная плита в соответствии с требованиями, приведенными в 6.4, или плиты из других материалов размерами по 6.4 и физико-механическими показателями, установленными в нормативных или технических документах на смеси конкретных видов.

Трафарет из нержавеющей стали толщиной 5 мм с квадратными отверстиями размером 50х50 мм или круглыми диаметром 50 мм. Толщину трафарета допускается при необходимости принимать по рекомендации изготовителя сухой смеси, но не более 10 и не менее 3 мм. Расстояние между отверстиями, между отверстиями и краями трафарета должно быть не менее 20 мм. Число отверстий должно быть не менее пяти.

Допускается изготавливать трафарет из другого материала, обеспечивающего жесткость трафарета и не поглощающего воду из смеси.

Читайте также: