Водонепроницаемый бетон

Водонепроницаемый бетон

Водонепроницаемый бетон – это полученный по специальной технологии строительный материал, который содержит в своей основе компоненты классического бетона. Для придания водостойкости в его состав вводятся вещества различной природы, приводящие к уплотнению структуры или образованию гидрофобных пленок.

Основа водонепроницаемых бетонов

В качестве связующего в бетоне обычно применяются портландцемент или быстротвердеющие саморасширяющиеся композиции. Функцию мелкого наполнителя выполняет песок, а крупного – гравий, щебень или отходы промышленных производств [1]. Отношение связующего к наполнителю составляет по массе от 1 : 11,6 до 1 : 3,6 для марок М100 и М450 соответственно. Отношение песка к щебню колеблется от 1 : 1,5 для составов меньшей прочности до 1 : 2,2 для самых прочных бетонов [2].

Причины пропускания воды бетонным слоем

Разветвленная система пор является основным путем проникновения влаги через кажущийся непроницаемым материал. Увеличение пористости происходит в результате избытка или недостатка воды в исходном растворе.

Избыток воды приводит к нахождению в составе затвердевшей массы капель, не вступивших в реакцию. Со временем они испаряются, а на их месте остаются микроскопические пустоты – поры.

Недостаток воды снижает пластичность раствора, в результате чего конгломерат формируется с нарушением целостности. Низкая подвижность не позволяет бетону уплотниться и уменьшает не только влагонепроницаемость, но и прочность. Пористость, связанная с недостаточным уплотнением смеси, относится к дефектам бетонного покрытия.

Оптимальное содержание воды в растворе зависит от пропорций вяжущего и наполнителя. При протекании реакций затвердевания ее необходимо около 25 % от массы вяжущего (цемента). Для получения максимальной пластичности при строительстве добавляют 40-70 % воды [3].

• усадка бетона в процессе затвердевания. Для классических составов (цемент, песок, щебень и вода) этот процесс неизбежен;
• замерзание и оттаивание свободной влаги в бетоне. При замерзании объем образовавшегося льда превышает объем пор или трещин и приводит к их расширению;
• большие знакопеременные нагрузки, наблюдающиеся при значительной массе постройки и неустойчивом грунте.

Подходы к увеличению водостойкости бетонного конгломерата

1. Добавление пластификаторов, улучшающих удобоукладываемость

Действие таких добавок состоит в повышении пластичности раствора и качественном заполнении формы, ограниченной опалубкой. Одновременно наблюдается снижение содержания избыточной влаги, способствующей порообразованию.

Примечание: пластичность измеряют путем оценки осадки конуса. Его начальную форму придают при заполнении бетоном стандартной конусообразной заготовки. После наполнения формовочный конус медленно поднимают и измеряют разницу между его высотой и высотой осевшего под действием силы тяжести бетонного конуса [4].

Пластификаторы добавляются в количестве от 0,1 до 3,0 % по массе. Они подразделяются на 3 группы, состоящие преимущественно из поверхностно-активных веществ (ПАВ) [5]:

• высокоэффективные (суперпластификаторы) – повышают осадку конуса от 2-4 см до 20 см и более (продукты сульфометилирования меламина и сульфирования ароматических углеводородов с последующим конденсированием с формальдегидом);
• сильнопластифицирующие – увеличивают осадку до 14-19 см (сульфонаты щелочных металлов);
• — слабопластифицирующие – рост осадки достигает 8 см (крахмал, кремнийорганические жидкости, животный клей).

Такой подход получил распространение в процессе приготовления вязкой бетонной смеси и придании водонепроницаемости уже затвердевшему материалу. Суть способа заключается во введении в состав бетона неорганических солей металлов – хлорного железа, силиката натрия и калия, нитрата кальция и пр. Одним из наиболее эффективных некоммерческих препаратов считается нитрат кальция (кальциевая селитра) [6]. Ее добавление к бетону в количестве 0,5-1 % максимально повышает водонепроницаемость и конечную прочность.

В качестве гидрофобных компонентов применяются щелочные соли высших кислот (олеат или стеарат натрия, кальция, цинка и др.) и силиконовые жидкости. Содержание этих веществ невелико и составляет обычно 0,15-1 % от массы связующего [7].

Водонепроницаемый бетон на основе расширяющегося и напрягающего цемента

В отдельную группу выделяют бетоны, связующее которых частично или полностью состоит из алюминатов кальция. Особенностью таких бетонов является быстрое время схватывания, составляющее от нескольких минут до 10-12 часов [8].

При затвердевании расширяющегося алюминатного цемента происходит не усадка, а расширение, препятствующее образованию трещин. Использование напрягающего цемента, состоящего из 65-75 % портландцемента, 13-20 % глиноземистого цемента и 6- 10 % гипса, позволяет достичь не только высокой водостойкости, но и значительной прочности железобетонной конструкции [9]. Расширение бетонной массы при схватывании разносторонне растягивает и напрягает арматуру, увеличивая общую прочность.

Начало схватывания раствора с добавлением напрягающего цемента составляет не менее получаса, а завершение процесса наступает не позднее четырех часов после приготовления.

Важной особенностью всех видов водонепроницаемого бетона является их эффективность лишь при условии монолитности. Наличие конструкционных швов минимизирует эффект от применения водонепроницаемого состава и требует дополнительных работ по гидроизоляции. Заливка единого бетонного монолита, стойкого к воздействию влаги, является надежным способом достичь максимальной водонепроницаемости, прочности и долговечности конструкции.

Состав водопроницаемого бетона

В основе материалов данного типа глиноземистые, расширяющиеся, напрягающиеся и высокопрочные цементы. Именно эти компоненты присоединяют при гидратации большее количество воды и образуют плотнейший цементный камень. Аналогичное конечное действие имеет пуццолановый портландцемент из-за заполнения пор добавками и их набухания, в этой связи состав становится плотнее и не пропускает воду.

Многочисленные добавки (сульфат алюминия, железа, нитрата кальция) также могут послужить причиной водонепроницаемости бетона (их можно ввести в состав и получить необходимое свойство). Увеличение плотности путём тромбования, вакуумирования, центрифугирования, воздухововлекающие и газообразующие добавки также увеличивают водонепроницаемость материала.

Что такое гидрофобный бетон?

В отличие от гидрофобных мембран «гидрофобный бетон» представляет совершенно новую передовую технологию. Она основана не на гидроизоляции уже готовых бетонных конструкций, а на производстве водонепроницаемого бетона. Гидрофобные бетоны получают путем введения особых добавок еще на этапе его производства. Эти добавки предотвращают капиллярную инфильтрацию воды в бетон, делая его тем самым водонепроницаемым. Такой материал успешно применяется в Азии, Европе и Австралии и хорошо зарекомендовал себя среди строителей, поскольку позволяет производить строительные работы даже под дождем.

Как противостоять губительному воздействию влаги?

Использование специальных добавок повышает влагозащитные характеристики. Гидрофобные компоненты вводятся различным путем:

• перемешиваются с остальными ингредиентами при замесе. В результате реакции повышается марка по водонепроницаемости бетона;
• наносятся на поверхность бетонных изделий. Герметизация ячеек добавками, значительно увеличивающимися в объеме, повышает влагостойкость.

Гидрофобные вещества увеличивают влагостойкость, повышают прочность, теплоизоляционные характеристики и морозостойкость.

Особенности материала

Бетон – недорогое и прочное вяжущее вещество, которое используют при строительстве. После высыхания в структуре раствора остаются воздушные пузырьки. Во влажной среде микроскопические полости накапливают влагу, что приводит к плохому уплотнению, расширению и разрушению материала.

Водостойкий (влагостойкий) цемент – усовершенствованное сырье, в котором нет кислородных включений. Посторонние капилляры, поры заполняют специальные присадки. В итоге получают очень плотный гидрофобный раствор. После высыхания в структуре нет швов, пузырьков, поэтому вода не просачивается.

Сырье производят в 2 разновидностях. Водостойкий вид отталкивает, не пропускает жидкость во внутрь, но разрушается под сильным напором. Водонепроницаемый цемент можно узнать по очень низкой пористости, которая не позволяет влаге проникать в нижние слои. Строительный материал выдерживает высокое давление.

Водостойкие марки сырья применяют в условиях влажности, в местах, где присутствует риск разрушения построек жидкостью. Гидрофобный раствор используют при:

• возведении несущих конструкций, фундаментов;
• гидроизоляции шахтных стволов;
• сооружении стяжки в погребе, гараже;
• создании колодцев;
• обустройстве водонепроницаемых оболочек бассейнов;
• заливке поверхностей септиков;
• строительстве водоводов.

Влагостойкий цемент применяют в условиях высокой влажности – от 75% и выше. При эксплуатации в более сухом микроклимате материал дает сильную усадку, о чем стоит помнить при проектировании объекта. Бетонный раствор уместен при ремонте разрушенных железобетонных строений и при обустройстве любых подземных сооружений.

Водонепроницаемый бетон

Водостойкий бетон – это особый вид бетона, который не содержит пустот (пор и капилляров), которые могут пропускать влагу. Водонепроницаемый бетон обладает повышенной плотностью, которая и обеспечивает его специфические характеристики. Однако, чтобы обеспечить полную гидроизоляцию, одной плотности недостаточно. Для гидроизоляции необходим не только специальный бетонный раствор, но и герметизация швов. Достичь водонепроницаемости можно только в монолитных конструкциях. Сборные конструкции, содержащие множество подвижных швов, быть водонепроницаемыми не могут. Водонепроницаемый бетон можно сделать своими руками.

Существует 3 возможные причины проникновения воды в бетон:

Таблица данных о составе бетона.

• поры, образующиеся из-за избытка воды в бетонной смеси;
• дефекты, обусловленные недостаточным уплотнением смеси;
• деформация и появление трещин.

Трещины в бетонной конструкции могут образовываться из-за деформации здания. Деформация может быть вызвана усадкой здания, которая происходит в первый год эксплуатации. Конструкция бетонного фундамента должна быть рассчитана на деформацию, тогда трещин можно избежать.

Появление трещин зависит от проектировщиков строительства, поэтому желательно обратиться к профессионалам, которые смогут просчитать нагрузку на грунт под зданием, усадку и необходимые параметры монолитной бетонной конструкции, которые позволят фундаменту выдержать нагрузку и не деформироваться.

Типы водостойких цементов

Существует несколько разновидностей такого материала, как водонепроницаемый цемент, в т.ч.:

• расширяющийся;
• безусадочный;
• быстротвердеющий;
• с гидрофобными добавками.

Данные варианты материала отличаются некоторыми характеристиками и особенностями, обеспечивающими водонепроницаемость готового покрытия.

Расширяющийся цемент

Цемент MasterEmaco А 640.

Чтобы сделать водонепроницаемый расширяющийся цемент, в состав смеси вводят гидроалюминат. Существует несколько вариантов таких составов.

Наиболее распространенный и часто применяющийся в строительстве состав включает:

• глиноземистый цемент — 70%;
• гидроалюминат кальция — 10%;
• полуводный гипс — 20%.

Компоненты в сухом виде смешиваются и тщательно измельчаются. Это приводит к увеличению массы состава и его первичному отвердению. После добавления воды в состав уже через несколько минут отмечается появление первых признаков схватывания. Данный процесс завершается всего за 10 минут. При этом степень расширения увеличивается с повышением влажности.

Отмечается, что внутреннее расширение материала занимает более длительное время. Примерно через 3 суток он соответствует марке М300, а через 28 суток — М500.

Если во время проведения строительных работ требуется увеличить продолжительность застывания, в состав следует добавить уксусную кислоту или буру. Введение данных компонентов не влияет на эксплуатационные качества готовой конструкции.

Особенностью расширяющегося цемента является усиление гидроизоляционных свойств при длительном контакте с водой. Благодаря этому свойству материал хорошо подходит для строительства бассейнов, плотин и дамб. Кроме того, благодаря внутреннему расширению готовые конструкции почти не дают усадки.

Безусадочный цемент

Основой для производства безусадочного материала выступает глиноземистый цемент, масса которого в смеси достигает 85%. До 5% смеси должно быть представлена асбестом. Остальной объем занимает гидроалюминат кальция и полуводный гипс. После разведения водой состав достигает 75% своей окончательной прочности в течение часа. В дальнейшем для завершения внутреннего расширения требуется около 28 суток.

Обязательным условием хорошего застывания состава является высокая влажность среды. Рекомендуемая влажность воздуха составляет не менее 70%. Если заливка производится в сухую погоду, велика вероятность появления усадочных процессов. Это сильно ограничивает сферы применения этого материала.

Цемент влагостойкий данного типа предназначен для возведения конструкций, которые постоянно будут находиться в контакте с водой. Для защиты металлического армирующего каркаса можно вводить в состав антикоррозийные вещества, в т.ч. ферросилиций, азотнокислый кальций, алюминиевую пудру и т.д.

Гидрофобные добавки позволяют получить не только водостойкий цемент, но и сокращаю время его схватывания.

Гидрофобные добавки

Можно приобрести марки цемента, в состав которых уже включены специальные вещества, обеспечивающие повышенную водостойкость материала.

К гидрофобным добавкам, которые наиболее часто применяются для улучшения характеристик материала, относятся:

• синтетические кислоты;
• асидол;
• олеиновая кислота;
• мылонафт и т.д.

К наиболее популярным маркам, включающим гидрофобные добавки, относятся М400 ДО ГЦ, М500 ДО ГЦ, М600 ДО ГЦ. Кроме того, можно отдельно приобрести добавки, которые вносятся перед приготовлением смеси.

Быстротвердеющий цемент

Цемент водонепроницаемый быстротвердеющий позволяет получить поверхности высокой прочности. Максимальная прочность материала достигается только на 3 сутки после его заливки. Данный вариант состава отличается включением кальциевого силиката. Объем этого компонента достигает 50% от общего.

Для работы с этим материалом нужно иметь немало опыта, т.к. после смешивания с водой состав начинает твердеть в считанные минуты. Этот материал рекомендуется использовать для возведения конструкций и отделки поверхностей вне зданий, т.к. в нем содержатся добавки, которые могут быть вредны для организма человека.

Такой материал рекомендован для производства тротуарной плитки и изготовления бордюров. Кроме того, благодаря высокой прочности готового покрытия данный материал может быть использован для возведения железнодорожных конструкций и т.д