Гидробетон: характеристики, расчет состава и применение

Гидробетоны предназначены для водных сооружений и обязаны иметь не только высокие показатели прочности, но и быть водостойкими. В зависимости от условий эксплуатации, некоторые виды должны противостоять морозам и агрессивной среде. Поэтому перед выполнением расчета состава бетона важно учитывать климатические условия и химический состав воды.

Требования и общие характеристики

Гидротехнические бетонные конструкции условно классифицируют по следующим признакам:

1. Те, которые постоянно находятся под водой – подводные.
2. В условиях переменного омывания – надводные.
3. Если соприкосновение с водой происходит частично – эпизодные.

Кроме этого, бывают бетоны для массивных и простых сооружений, а также для напорных и безнапорных конструкций. Для каждого назначения подбирают специальный состав компонентов, который будут отвечать физико-механическим свойствам.

В отличие от других видов, гидробетоны испытывают на прочность через 180 суток. Для водной среды такой материал должен отвечать следующим характеристикам:

• класс бетона минимум B10;
• марка – М150 и выше;
• показатель водонепроницаемости – до W8;
• марка по морозостойкости – до F300.

Цикл оттаивания и замораживания важны для тех составов, которые будут эксплуатироваться на территории с отрицательной температурой. Особенное внимание уделяется такому показателю в северных регионах. Для минимизации появления трещин необходимо проводить испытания на осевое растяжение и усадку.

Принцип расчета состава гидробетона и требования к материалам

Проектирование рецептуры осуществляется по методике, которой просчитывают состав тяжелых бетонов. Для грамотного расчета выполняют следующие действия:

1. Выбор сырьевых компонентов.
2. Определение водоцементного отношения (В/Ц).
3. Определение нормированного расхода вяжущего.
4. Подбор оптимального коэффициента раздвижения крупного заполнителя вяжущим (α).
5. Для повышения плотности структуры бетонной смеси возможно добавление тонкодисперсных наполнителей.
6. Подбор и расчет химических добавок для регулирования некоторых свойств, в зависимости от условий применения.

Вяжущее

Во время выбора вяжущего компонента стоит помнить, что портландцемент (ПЦ) первого типа не способен обеспечить требуемую влагостойкость готового изделия. Данный факт обуславливается большим содержанием в цементном клинкере гидроксида кальция. Это химическое соединение быстро растворяется в воде, что приводит к снижению прочности и плотности бетона. Поэтому рекомендуется выбирать другие виды ПЦ:

— шлакопортландцемент;

— пуццолановый;

— с добавлением золы-унос.

Если итоговое сооружение будет эксплуатироваться в морской среде, то желательно использовать сульфатостойкие виды цементов. Химический состав клинкера должен выглядеть следующим образом:

— содержание алита в пределах 3-5%;

— алит + алюмоферрит = до 20%;

— а также повышенное содержания белита.

Заполнители

В качестве микрозаполнителя рекомендуется применять золу-унос ТЭС. Наличие минеральных добавок приводит к снижению расхода вяжущего, обеспечивает требуемые показатели подвижности смеси и плотности самого бетона.

Заполнители должны соответствовать всем требованиям ГОСТа. Стандартными исходными компонентами считаются кварцевые пески, щебень и гравий горных или осадочных пород. Основное требование к пескам – гранулометрический зерновой состав, а для крупного заполнителя – фракционность. В нормативной документации можно найти соответствие марки щебня к желаемому классу бетона, например, для В15 достаточно использовать марку щебня 600, а для В30 – 1200. Таким же образом должны соответствовать и показания по дроблению. Кроме этого, стандарты выдвигают следующие требования к крупному заполнителю:

• средняя плотность не ниже 2,5 г/см³;
• водопоглощение – до 0,5% для метаморфических пород и 1% для осадочных;
• содержание слабых зерен не должно превышать 5% от общей массы;
• морозостойкость F100 при до -20 °С и F200 при t ниже -10 °С.

Кварцевый песок должен соответствовать всем требованиям ГОСТа. Для гидросооружений необходимо применять модуль крупности песков М_к = 1,5-3,5. Содержание ПИГ:

• не более 2% для эпизодических конструкций;
• до 3% – для надводных;
• полное отсутствие – для подводных сооружений.

Определение водоцементного соотношения

Для качественного конечного результата необходимо правильно подбирать В/Ц, которая определяется по формуле Боломея-Скрамтаева. В агрессивной среде рекомендуется применять В/Ц, согласно таблице 1.

Таблица 1 – Зависимость показателя водонепроницаемости от плотности и В/Ц

Химически активные добавки

Гидротехнические бетоны относятся к специальным видам, поэтому невозможно обойтись без добавления химических компонентов. Основная задача добавок – повысить водонепроницаемость и морозостойкость. Для этого применяют воздухововлекающие или пластифицирующие добавки.

Не стоит забывать о таком показателе, как удобоукладываемость смеси, особенно для монолитных гидроконструкций. Значение зависит от массивности будущего сооружения, армирования и способу уплотнения.

Сферы применения

Основной областью применения гидробетона является строительство следующих сооружений:

• мосты;
• дамбы;
• системы водоснабжения и канализации;
• мелиорационные каналы;
• другие конструкции, подвергающиеся контакту с водой.

Правильно спроектированная рецептура поможет получить качественный, а главное – долговечный результат. Важно лишь учитывать особенности окружающей среды, а также выявить химический состав жидкости и вид грунтов.

Источники информации:

1. ГОСТ 4795-53 Бетон гидротехнический. Общие требования [URL: http://docs.cntd.ru/document/1200096339]
2. [Учебник]: Гоц В. И. «Бетони і будівельні розчини», Киев 2003 г.