Гидротехнический бетон — характеристики и причины использования

Гидротехнический бетон создан для конструкций, находящихся в воде или постоянно соприкасающихся с ней.

Задачей гидротехнического (водостойкого) бетона является обеспечение длительной качественной работоспособности сооружений и их деталей, контактирующих с водой.

Требования, виды

Учитывая обстоятельства и условия использования, марки такого бетона должны отвечать специальным требованиям прочности, водонепроницаемости, морозостойкости. Его разделяют на несколько видов:

• подводный — он постоянно находится под водой;
• для переменных водных зон;
• надводный;
• периодически омываемой водой.

По зернистости частиц в составе он может быть мелкозернистый и литой. Кроме указанных видов, есть бетоны, используемые в сооружениях, выдерживающих напор воды и в безнапорных конструкциях, а также массивные и немассивные растворы. За расположением элементов из такого бетона в конструкции, он есть для наружных и внутренних участков.

Требования

Для этого строительного гидроизоляционного материала есть обязательный перечень требований. В первую очередь, водостойкость (герметизация) — это стойкость к разрушающему влиянию воды. Во-вторых, непроницаемость воды. Это значение наибольшего давления жидкости для просачивания в бетон (от 2 до 8 am). Оценивают этот показатель также по коэффициенту фильтрации. Испытуемый раствор выдерживают 180 дней.

В третьих, морозостойкость — показатель состоит из количества циклов замерзания/оттаивания, при которых бетон утрачивает 25% своей прочности. Значение морозостойкости, как правило, от 50 до 300 и больше. В этом случае бетон испытывается в морозильных установках. Также важна прочность при сжатии, растяжении, изгибе, низкое выделение тепла при высыхании.

Другие требования и характеристики: небольшая усадка, высокая деформативность, стойкость к стиранию водной средой и мелкими частицами. Все требования должны присутствовать в различных пропорциях, зависимо от условий использования.

Особенности

Гидротехнический бетон обладает рядом особенностей:

• его испытывают по прошествии 180, а не 28 дней;
• используют классы В10-В40, чаще всего — обычные или тяжелые бетоны;
• имеет водонепроницаемость четырех ступеней: от W2 до W8. Марка W2 не должна пропускать воду при напоре в 0,2 МПа, для других марок этот показатель: 0,4; 0,6; 0,8 Мпа;
• по стойкости к низким температурам есть 5 позиций: F50, 100, 150, 200, 300. Цифровое обозначение — это количество замерзаний/оттаиваний, после которых прочность уменьшится на 25%. Это требование применяется только к тому раствору, который будет подвергаться влиянию водных сред и мороза.

Состав, свойства

Гидротехнический бетон принадлежит к тяжелым типам: его состав с повышенным сопротивлением воздействию воды, водонепроницаем и выдерживает низкие температуры, имеет высокую плотность, идеальную стойкость к любым механическим деформациям.

Обязательным при его производстве становятся смеси подобные портландцементу, пластификаторы, наполнители (щебень, песок, галька).

При выборе ингредиентов состава для раствора учитывают:

• материалы, способные обеспечить морозо- и водостойкость;
• свойства цемента, его количество, пропорции воды и цемента (В/Ц);
• показателем коэффициента раздвижки для необходимой плотности и долговечности;
• необходимость в специальных наполнителях, которые уменьшают тепловыделение и деформации;
• применение в смеси воздухововлекающих веществ.

Важным из перечисленных есть правильное В/Ц – то есть воды к массе цемента. Таблица В\Ц бетона для различных гидротехнических сооружений:

Условия службы	Железобетонные конструкции в воде		Бетонные и малоармированные массивные конструкции в воде
	Морской	Пресной	Морской	Пресной
В частях сооружения, расположенных в зоне переменного горизонта воды, а также:	0,5	0,55	0,55	0,6
а) суровых климатических условиях	0,55	0,6	0,6	0,65
б) в умеренных и мягких климатических условиях	0,55	0,6	0.6	0,65
В частях сооружения постоянно находящихся под водой:
а) напорных	0,55	0,6	0,6	0,65
б) безнапорных	0,6	0,65	0,65	0,65
В надводных частях сооружения, периодически омываемых водой	0,65	0,65	0,7	0,7

Возможные компоненты

В гидробетоне может применяться портландцемент и пластифицированный цемент. Их используют для переменных водных сред в суровом климате. Они позволяют создавать улучшенную герметизацию, особо водонепроницаемые, морозостойкие бетоны, и уменьшать при этом расход цементной смеси и выделения тепла в процессе затвердевания.

Также для замеса применяют и гидрофобный цемент. Специальные гидрофобные добавки придают его порам водоотталкивающие качества.

Пуццолановый цемент — идеально стойкий к воздействию воды, но менее морозостойкий. Сульфатостойкий состав применяется лишь в некоторых случаях при наличии особо агрессивной среды. Может использоваться также шлаковый цемент.

В рассматриваемом виде бетона применяются также и добавки (СДБ и СНВ), микронаполнители (зола-унос). Они обеспечивают уменьшение расхода цемента, тепловыделения, деформации, увеличивают подвижность бетонной массы. Для бетона гидротехнических конструкций часто используют как добавку золу-унос. Обычными заполнителями являются кварцевые пески, щебень, гравий. Пластификаторы препятствуют проникновению воздуха.

Рецепт

Один из рецептов гидротехнического бетона для зоны переменного уровня воды (на 1 куб. метр раствора) представлен в таблицах ниже:

Табл.1 – Характеристика смеси

Характеристика	Значение
Класс бетона	В25
Водонепроницаемость	W8
Морозостойкость	F150
Удобоукладываемость	П3

Табл.2 – Компоненты

Составляющие	Масса (в кг)
Цемент М400	492
вода	204
щебень	1092
песок	600
Добавки:
Суперпластификатор С3	1,5
Уплотнитель (НК)	5
Гидрофибризатор ГКЖ-11К	1

Применение, укладка

В связи со своими особенностями водостойкий бетон должен укладываться в сжатые сроки и большими объемами.

Требования к параметрам

Для обеспечения сохранности свойств при укладке, раствор должен отвечать требованием уменьшенного тепловыделения при высыхании. Его значение ограничивается допустимым увеличением температуры, назначенным с целью сведения к нулю возможностей образования трещин в элементах гидротехнических сооружений толщиной от 2,5 м.

Для уменьшения тепловыделения в состав раствора подмешивают цементные смеси с низкой теплотой гидратации или измельченный лед. Он уменьшает температуры составляющих и самого раствора. Для охлаждения бетонной кладки используют также трубы с холодной водой. Содержание цемента определяется назначением бетона. Для внутренних зон рекомендуемый показатель 120–160 кг/м3, а для наружных участков – 230–275 кг/м3 и выше.

Соотношение между фракциями заполнителя:

Наибольшая крупность зерна, мм	Содержание заполнителя
	5-20 мм	5-40 мм	20-40 мм	20-60 мм	40-80 мм	80-150 мм
40	45-60%		40-55%
60	35-50%
80	25-35%		25-35%		35-50%
80		50-65%			35-50%
150	15-25%		15-25%		25-35%	30-45%
150		30-40%			25-35%	30-45%

Крупность частиц заполнителей для бетонного раствора достигает 150 мм в некоторых случаях – 200 мм и больше. Кроме мелкого заполнителя используются большие сплошные камни или их куски от 400 мм. При приготовлении смеси их утапливают вибрационными трамбовочными механизмами. Это экономит расход цемента и снижает тепловыделение.

Жесткие растворы

При строительстве современных гидротехнических сооружений широко используются малопластичные бетонные растворы. Их еще называют жесткими.

Они имеют несколько особенностей при укладке, а именно их укладывают механизированным способом посредством специальной техники – разравнивающих бульдозеров, самоходок с навесными механизмами для виброутрамбовки, число которых может достигать шести.

На строительстве крупных сооружений (гидростанций, дамб и т. д.) применяют непрерывно-поточную укладку.

Укладка некоторых видов

По крупности фракций частиц различают мелкозернистый и литой гидротехнический бетон. Первый применяется для облицовки каналов, изготовления емкостей, дорожных плит, для ремонта гидротехнических конструкций, аэродромов. Такой состав очень быстро застывает. Он имеет наполнитель с размером фракций до 10 мм и укладывается торкретированием посредством цемент-пушки.

В это устройство засыпают сухую бетонную смесь, которая сжатым воздухом направляется по гибкой трубе к месту укладки. К выходному отверстию шланга присоединяется еще один шланг, подающий воду под давлением. Таким образом, сухая смесь перемешивается с водой, и готовый раствор наносится на место бетонирования.

Есть также пневмобетонирование – по шлангу подается уже замешанная смесь, а это уменьшает водоцементное отношение на 25% и упрощает технологию работ. Применяют также и обычный способ – укладка в опалубку с уплотнением и термообработкой.

Литой бетон

Литой используют для бетонирования отверстий, тонкостенных конструкций со сложными формами, где укладка и трамбовка, как для обычных смесей, затруднена. Он уменьшает на 20% расход воды при затворе и при этом сохраняет заданную подвижность. Такой бетон позволяет увеличить прочность на две позиции (марки) или снизить потребление цемента на 15–36%. Также ему не требуется утрамбовка вибрированием, что экономит ресурсы. Он имеет морозостойкость большую на 25–40%, а стойкость к проницаемости воды — на 2–4 ступени при том же расходе составляющих.

Литой бетон состоит из цементной смеси, песка частицами мельче, чем 0,15 мм, водоудерживающих добавок (бетонной глины), наполнителей (зола-унос, керамзит). Смесь выглядит очень однородно, как расплавленное вещество — это делает возможным укладку ее без дополнительной трамбовки, заливку в отверстия и обеспечивает отличную герметизацию.