Свойства и состав гидротехнического бетона

Естественные природные и искусственные факторы воздействия на бетоны

Воздействие на открытые части бетона несколько отличается от факторов, влияющих на долговечность подземной части бетонных конструкций, — отсюда очень условное разделение на две основные группы воздействия.

Надземная часть

Виды воздействия на открытые элементы железобетонных изделий:

1. Атмосферные явления и естественные природные процессы в виде осадков, изменений температуры воздуха, количества циклов замораживания и оттаивания, явлений приливов, отливов, паводков, затоплений;
2. Деформационные явления температурного характера — вспучивание грунтов от мороза, естественная либо технологическая деформация грунтов от нагрузок; действие агрессивных жидкостей и газов нефтепродуктов, кислот.

Подземная часть

Заглубленные в землю части бетонных конструкций подвергаются многочисленным разовым и систематическим воздействиям разрушающего характера:

• морозное пучение грунтов;
• сейсмические природные явления;
• давление и неравномерность уровня грунтовых вод;
• нестабильный и нерегулируемый химический состав подземных вод.

Специальный цемент и модифицирующие добавки

Содержание в воде разнообразных химических составляющих довольно непредсказуемо для конкретного места и даже времени, зависит от большого количества внешних факторов.

Наличие в воде солей и сульфатов, способных привести к разрушению бетона, заставило производителей цемента искать пути защиты материала.

Для повышения влагонепроницаемости изделий и конструкций из железобетона возможно применение более высоких марок бетона либо специальных добавок.

Против воздействия агрессивных химических составляющих воды разработаны специальные виды бетонов и изделий из них. Одним из наиболее распространённых видов считается сульфатостойкий бетон — он может быть приготовлен из обычных марок цемента с применением модифицирующих добавок.

Но более надёжным и практичным вариантом является использование в качестве связующего для стойких к агрессивным средам бетонов портландцемента специального назначения — сульфатостойкого.

Гидротехнический бетон

Стандартный бетон используется во многих областях современного строительства, а также некоторых других близких направлениях. Этот материал известен за счёт своей универсальности. При этом, данный фактор не подразумевает эффективное использование в специализированных областях. Чтобы его обеспечить, используются составы особого типа, обладающие необходимыми для каждого конкретного случая характеристиками. Стоит более подробно рассмотреть гидротехнический бетон и особенности его приготовления.

Основной проблемой конструкций, находящихся в воде, является разрушение под действием впитываемой влаги. При этом, в наибольшей опасности находятся отнюдь не те части, которые расположены ниже поверхности. Значительной проблемой является переменный уровень воды, оказывающий крайне негативное воздействие. Таким образом, гидротехнические бетоны должны обладать определёнными отличительными особенностями. Главный критерий — стойкость к агрессивной внешней среде. Дополнительно, следует обеспечить минимальный показатель тепловыделения в процессе набора прочности. Если рассматривать классификацию гидротехнического бетона, то самой популярной считается разделение на восемь марок, в соответствии с предельной прочностью на сжатие: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, а также 500. Особенность данного состава в том, что его пробы должны браться только через полгода с момента укладки, что существенно превышает аналогичный срок и других типов смесей. Следует отметить, что для установки марки на любом сроке используются различные методики. Одним из важнейших показателей является водонепроницаемость. Она определяется тем, какое максимальное давление способен выдержать гидротехнический бетон, чтобы за 180 дней он не пропусти влагу в свою внутреннюю структуру. Морозостойкость — ещё одна характеристика гидротехнического бетона, заслуживающая особого внимания. Она подразумевает деление на несколько марок: 50, 100, 150, 200, 300, 400, 500. Основным критерием оценки является то, сколько циклов изменения температуры вокруг точки замерзания воды может испытать гидротехнический бетон перед тем, как его прочность снизится на 15 процентов от номинального уровня.

В составе данного строительного материала используется шлакопортландцемент и пуццолановый цемент, поскольку они обеспечивают устойчивость к агрессивной среде. Если присутствует переменный уровень воды, применяются вещества со специализированными характеристиками. Сюда относится портландцемент сульфатостойкий, обладающий умеренной экзотермией, а также гидрофобные портландцементы.

Так как на гидротехнический бетон

, находящийся в различных частях конструкции действуют различные факторы, то и требования, предъявляемые к его характеристиками могут отличаться. Разделяют 3 зоны:

• надводная;
• подводная;
• пограничная.

Последняя – наиболее сложный участок, поскольку несмотря на то, что вещество находится большую часть времени на открытом воздухе, его влажность достигает предельной для данного материала величины. Гидротехнический бетон

постоянно омывается водой, которая негативно сказывается на прочности его структуры. Существенные перепады температур тоже не добавляют прочности материалу. Именно по этой причине для многих сооружений требуются материалы с высокой морозостойкостью. В зону риска попадают водосливные элементы плотин, причалы портов, градирни ТЭЦ и металлургических предприятий.
Гидротехнический бетон
изготавливают из специальных заполнителей, отличающихся высокой морозоустойчивостью и чистотой: содержание щелочной составляющей не должно превышать 0,6 процента.

Песок для приготовления смеси должен относиться к высшей категории и иметь минимальное количество каких-либо сторонних включений. В процессе приготовления раствора нужно учитывать требования ГОСТ 8736 1993 года, который регламентирует набор требований к такому компоненту раствора, как мелкий заполнитель. Согласно данному документу гидротехнический бетон производится из песка плотностью 2-2.8 т/м3. Крупность зерен компонента не должна превышать 2 мм, в противном случае возможно возникновение ряда проблем связанных с подвижностью раствора. Любой гидротехнический объект, такой как мост или плотина, требует материала, который обладает не только высокими гидроизоляционными характеристиками, но и достаточной прочностью. Чтобы гидротехнический бетон получил необходимую надежность, крупный заполнитель должен выбираться с особой тщательностью. Разумеется, что в большинстве случаев это гранит, который отличается не только способностью переносить огромные нагрузки, но и практически не пропускает влагу.

Кроме того, специалисты стараются учесть такую характеристику, как лещадность. Чем она выше, тем форма отдельного элемента ближе к плоской. Очевидно, что гидротехнический бетон, который изготавливается из иглоподобного заполнителя, будет иметь меньшую прочность, чем состав, в составе которого содержаться кубовидный щебень. Такие зерна позволяют получить максимальную плотность при укладке в опалубку, а значит, смогут распределить по всему объему более высокие нагрузки. Меньшее количество пустот не только увеличит прочность, но и скажется на снижении расхода песка и цемента. Гидротехнический бетон

для создания мостов, который еще называют мостовым, отличается достаточно высокой прочностью. Такие составы используются для строительства очистных сооружений, эстакад мостов и других объектов, возводимых в схожих условиях.

Только данный вид смеси сможет обеспечить создание конструкций большой протяженности, действующих в условиях непосредственного контакта с водой.

Гидротехнический бетон

в процессе укладки требует проведения операций, направленных на его уплотнение. Чаще всего для этого используются глубинные вибраторы, позволяющие достичь максимальных для данного типа раствора характеристик.

Клинкерные минералы и разрушение бетона

Все типы цементов значительно различаются по минералогическому и химическому составу, так как различны источники сырья и соотношение сырьевых материалов.

Четыре вида минералов

Учеными разных стран предпринимались попытки контролирования свойств цементов для точной классификации по видам назначения и исключения процедуры постоянных физических испытаний. Но попытка установления предельных соотношений и количеств, взятых за основу четырёх клинкерных материалов оказалась неудачной. Причина неудачи в том, что минералогический состав сырья не может быть достаточно точным, не учитывает потребные свойства цемента, а значит контрольные физические испытания цемента необходимы.

Основные клинкерные минералы

• C2S — двухкальциевый и C3S — трёхкальциевый силикаты;
• C4AF четырехкальциевый алюмоферит;
• С3А -трехкальциевый алюминат.

Механизм разрушения бетона

Взаимодействуя с содержащей сульфаты водой алюминат С3А. образуется гидросульфоалюминат кальция с дальнейшей кристаллизацией в структуре бетона. Это приводит к расширению объёма с последующим разрушением бетона.

Подобная кристаллизация чаще всего наблюдается при большом количестве циклов затопления бетона с последующим высушиванием. В первую очередь это относится к гидротехническим сооружениям — мостовым опорам, заглубленным сваям, подтопленным фундаментам.

Даже кристаллы высолов на кирпичной стене способны привести к ее разрушению. Арматура железобетона тоже подвержена аналогичным процессам, для защиты от них применяются антикоррозионные добавки.

Сульфатостойкий цемент: состав и нормы

Технологическое решение для изготовления сульфатостойкого цемента: ограничение количества клинкерного минерала С3А в общем объеме цемента до 5 %.

В сульфатостойком цементе с минеральными добавками не допускается более 8% С3А. Такое же ограничение ГОСТ 22266-94 предусматривает для сульфатостойкого пуццоланового и шлакопортландцемента.

Трехкальциевого силиката C3S в сульфатостойком цементе без минеральных добавок должно быть не более 50%, на остальные виды сульфатостойких цементов эта норма стандарта не распространяется.

Виды цемента

Главное отличие цементов, повышающих устойчивость бетона к воздействию солей серной кислоты — особый химический состав клинкера, идущего на их изготовление. Содержание трехкальциевого алюмината, оксидов магния и алюминия в нем понижено.

Классификация по составу

Сульфатостойкие цементы по составу относят к 4 типам:

• ЦЕМ I — портландцемент;
• ЦЕМ II/А — смесь портландцемента с добавками (содержание до 20%);
• ЦЕМ II/B — смесь портландцемента с добавками (содержание от 21 до 35%);
• ЦЕМ III/A — шлакопортландцемент (содержание шлака от 36 до 65%).

В качестве дополнительных компонентов используют гранулированные доменные шлаки, пуццолану, их смеси с микрокремнеземом.

Классификация по прочности

По прочности на сжатие цементы разделяют на классы и 2 подкласса, сульфатостойкие выпускают только 4 видов.

Таблица 1. Минимальная прочность на сжатие цементов, повышающих устойчивость бетона к сульфатной коррозии (МПа)

Подклассы: Н — нормальнотвердеющий; Б — быстротвердеющий.

Выгодное предложение

Группа BESTO — опытный профессиональный поставщик практически всех видов цемента, в том числе фасованного в мешки сульфатостойкого цемента.

Свойства этого специального цемента не хуже других марок в обычном строительстве, но при возникновении непредусмотренных обстоятельств у застройщика появляется дополнительная уверенность в качестве и долговечности возводимого с применением сульфатостойкого цемента строения.

Наша цена на цемент с защитными свойствами аналогична цене на другие марки, а это означает приобретение материала с бесплатными дополнительными улучшенными свойствами.

Применение и достоинства гидробетона

Из гидробетона строят разные объекты над и под водой:

• плотины;
• дамбы;
• шлюзы и пр.

К тому же, материал с высокими гидроизоляционными характеристиками используют для строительства взлетно-посадочных полос, автомобильных трасс, укрытий от радиации. Также с его помощью возводят сооружения на Крайнем Севере, где постройки подвергаются суровым климатическим воздействиям.

В силу физико-химических характеристик сформировались основные преимущества гидробетона:

• водонепроницаемость независимо от условий эксплуатации;
• невосприимчивость к перепадам температуры;
• высокая прочность по сравнению со строительными смесями стандартных марок.

При этом гидротехнический бетон стоит дороже, чем другие виды растворов, а для его укладки необходимы специальные знания и умения.