6.4.2. Пористость и плотность бетона

Затвердевший бетон — пористый материал. Поры образует вода, не вступившая в гидратацию с цементом и введенная для получения удобоукладываемой бетонной смеси. Пористость П, %, определяется по формуле:

П = [(В – Ц) / 100] х 100,

где В и Ц— содержание воды и цемента, кг/м³; — химически связанная вода, количество ее принимается 0,15 от массы цемента через 28 суток отвердения.

Дополнительная пористость в бетоне создается вследствие воздухововлечения при приготовлении бетонной смеси и при нарушении сплошности на границе раздела между цементным камнем и заполнителями.

Уменьшить пористость и соответственно повысить плотность бетона можно понижением В/Ц, применением глиноземистого, расширяющихся и пуццоланового цементов с более плотным цементным камнем, качественным уплотнением бетонной смеси, созданием благоприятных температурно-влажностных условий твердения.

От плотности бетона зависит его прочность, водонепроницаемость, долговечность.

6.4.3. Водонепроницаемость бетона

Водонепроницаемостью бетона называют способность его не пропускать воду под давлением. Она важна для гидротехнических сооружений, резервуаров для хранения воды. По степени водонепроницаемости бетон подразделяют на марки W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18 и W20. Цифры 2–20 обозначают давление в кгс/см², при котором стандартные бетонные образцы диаметром и высотой 15 см не пропускают через себя воду.

Таблица 6.4

Классификация портландцементов по скорости твердения

Тип цемента	Минеральный и вещественный составы портландцементов	К = Rb(90) / Rb(28)	К = Rb(180) / Rb(28)
I	Алюминатный (С3А = 12%)	1–0,5	1,0–1,1
II	Алитовый (C3S  50%, С3А = 8)	1,05–1,2	1,1–1,3
III	Портландцементы сложного минерального и вещественного состава (пуццолановый портландцемент с содержанием в клинкере С3А = 14%, шлакопортландцемент с содержанием шлака 30–40%)	1,2–1,5	1,3–1,8
IV	Белитовый портландцемент и шлакопортландцемент с содержанием шлака более 50%	1,6–1,7	1,55
	Для сравнения предел прочности бетона, определенный по формуле:	1,35	1,55

Таблица 6.5

Влияние в/ц и возраста на скорость твердения бетона на цементе III типа

В/Ц	Относительная прочность через сут.
	1	3	7	28	90	360
0,4	0,24	0,48	0,70	1	1,15	1,38
0,5	0,17	0,43	0,66	1	1,19	1,47
0,6	0,11	0,37	0,64	1	1,21	1,55
0,7	0,08	0,33	0,64	1	1,35	1,67
По формуле	-	0,33	0,58	1	1,35	1,77

Рис. 6.6. Рост прочности бетона при разной температуре

Q — вес фильтрата;

d — толщина образца, см;

S — площадь образца, см2;

t — время испытания образца, в течение которого измеряют вес фильтрата, с;

р — избыточное давление, МПа.

Проницаемость бетона может оцениваться коэффициентом фильтрации, КФ, см/с, определяемым по формуле:

К_Ф =  Q /(S p),

где  - коэффициент, учитывающий вязкость воды при различной температуре; Q - вес фильтрата;  - толщина образца, см; S - площадь образца, см²;  - время испытания образца, в течение которого измеряют вес фильтрата, с; р - избыточное давление, МПа

Поры и капилляры размером менее 10^-5 см непроницаемы для воды, более 10^-5 см — способны пропускать воду при действии давления или градиента влажности. Объем макропор в бетоне колеблется от 0 до 40%. Их можно вычислить по формуле:

Vмп = [(В – 2Ц) / 100]х100.

Водонепроницаемость бетона зависит, в основном, от В/Ц, вида вяжущего, а также от содержания в бетоне тонкомолотых и химических добавок, условий твердения и возраста бетона. Кроме того, на водонепроницаемость бетона влияет структура пор. Понизив В/Ц, мы уменьшаем макропористость и повышаем водонепроницаемость бетона. Это хорошо видно из рис. 6.7. Уменьшить В/Ц можно повышением расхода цемента при постоянном расходе воды, применением пластифицирующих добавок, в особенности суперпластификаторов, которые понижают водопотребность бетонных смесей на 20–30%.

Более высокую водонепроницаемость имеют бетоны на глиноземистом, расширяющемся, напрягающемся и высокопрочном цементах. Они присоединяют при гидратации большее количество воды и образуют более плотный цементный камень. Пуццолановый портландцемент за счет заполнения пор пуццолановыми добавками и их набухания также повышает водонепроницаемость бетонов. Можно вводить пуццолановые добавки непосредственно в бетонную смесь.

Рис. 6.7. Зависимость проницаемости бетона от В/Ц

Повышают водонепроницаемость бетона на 2–3 марки уплотняющие добавки сульфата алюминия, сульфата железа, нитрата кальция и др. Повышение степени уплотнения бетонной смеси увеличивает его водонепроницаемость. Это достигается механическими способами: вибрированием, прессованием, центрифугированием и т. д. или же удалением воды вакуумированием.

С возрастом увеличивается количество гидратных новообразований, заполняющих макропоры. При этом, как видно из приведенного ниже графика (рис. 6.8), водонепроницаемость повышается в значительной степени.

Рис. 6.8. Влияние возраста бетона на его водонепроницаемостьВ(за 100% принята водонепроницаемость в возрасте 30 суток)

Воздухововлекащие или газообразующие добавки изменяют характер пористости. Поры становятся закрытыми и более водонепроницаемыми для бетона, чем открытые сообщающиеся.