Рекомендованы к изданию секцией по коррозии, спецбетонам и физико-химическим исследованиям НТС НИИЖБ Госстроя СССР (протокол от 27 сентября 1977 г.).

Рекомендации содержат основные положения, касающиеся особенностей получения бетонов низкой проницаемости из бетонных смесей различной пластичности.

В Рекомендациях приводятся требования к материалам, особенности подбора состава бетонов различных марок по водонепроницаемости, приготовление бетонных смесей с добавками, снижающими проницаемость бетонов, и требования по технике безопасности при приготовлении бетонных смесей с добавками электролитов и пластификаторов.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников предприятий по изготовлению сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и работников проектных и научно-исследовательских организаций.

Табл. 5.

Настоящие Рекомендации содержат основные положения по получению бетонов низкой проницаемости из подвижных бетонных смесей. Дано определение бетонов низкой проницаемости, приведены требования к материалам для получения таких бетонов, рассмотрены добавки, обеспечивающие снижение проницаемости бетона при приготовлении его из подвижных бетонных смесей, а такие указаны возможные пределы снижения проницаемости бетонов за счет различных добавок.

В Рекомендациях содержится расчетный метод определения максимально допустимого коэффициента фильтрации бетона, при котором проницаемость не отражается на его стойкости при действии агрессивной сульфатной среды; представлены материалы, позволяющие получить сравнительные данные по прочности и проницаемости при применении тех или иных добавок в бетонную смесь в зависимости от ее подвижности.

Рекомендации разработаны НИИЖБ Госстроя СССР Центральной лабораторией, коррозии (д-р техн. наук, проф. Ф.М. Иванов, канд. техн. наук Ю.А. Саввина, инженеры Т.А. Гамхарашвили, И.В. Божич).

Замечания и предложения по содержанию настоящих Рекомендаций просьба направлять в НИИЖБ по адресу: 109389, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6.

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для проектирования и изготовления бетонов марок М300 - М400 низкой проницаемости из подвижных бетонных смесей (осадка стандартного конуса от 6 до 18 см), применяемых для промышленных и инженерных сооружений при предъявлении к бетону требований, регламентирующих проницаемость (до В20).

1.2. К бетонам низкой проницаемости относятся бетоны, характеризуемые коэффициентами фильтрации, которые соответствуют маркам бетона по водонепроницаемости В8 и выше.

1.3. Настоящие Рекомендации содержат также расчетный метод определения максимально допустимого коэффициента фильтрации бетона, при котором проницаемость не отражается на его стойкости при действии агрессивной сульфатной среды.

1.4. Технология изготовления бетонов из подвижных бетонных смесей для получения бетонов низкой проницаемости имеет ряд особенностей. В этом случае предъявляются повышенные требования к качеству и чистоте заполнителей, их гранулометрическому составу, однородности бетонной смеси и качеству ее укладки в конструкции.

1.5. Установление требований к бетону, в том числе по проницаемости, выбор вяжущего, заполнителей должны производиться проектной организацией.

1.6. Подбор состава бетона низкой проницаемости должен, как правило, производиться в лабораториях на местах строительства с учетом специфики применяемых материалов и проверкой марки по водонепроницаемости.

1.7. Удобоукладываемость бетонной смеси при подвижности от 6 до 18 см должна соответствовать технологическим методам ее укладки в конструкцию, обеспечивающим получение однородного бетона.

1.8. Получение бетонов низкой проницаемости из подвижных бетонных смесей в производственных условиях требует организации всего технологического цикла работ, применения материалов требуемого качества, тщательной укладки бетонной смеси в конструкцию и соответствующего ухода за бетоном.

2.1. Для получения бетона марок М300 - М400 низкой проницаемости следует применять цементы марок М300 - 500, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178-76 "Портландцемент и шлакопортландцемент" и ГОСТ 22266-76 "Цементы сульфатостойкие". Если с момента изготовления цемента до его применения прошло более трех месяцев, он должен быть повторно испытан по методике ГОСТ 310.1-76 "Цементы. Методы испытаний. Общие положения".

2.2. При наличии сульфатной агрессивности воды-среды к бетону выше соответствующих показателей (по ), принятых в главе СНиП II-28-73 "Защита строительных конструкций от коррозии", возможно применение сульфатостойких, низкоалюминатных портландцементов, сульфатостойких пуццоланового портландцемента и шлакопортландцемента.

2.3. В качестве мелкого заполнителя могут быть применены природные (с естественной гранулометрией) или природные обогащенные (фракционированные) кварцевые или кварцево-полевошпатные пески, имеющие модуль крупности М_кр = 2,5 - 3,2. Содержание отмучиваемых примесей в песке не должно быть более 1% по массе. Органические примеси не должны давать окраску пробы темнее цвета эталона в соответствии с ГОСТ 8269-76 "Щебень из естественного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ". При повышенной загрязненности песка отмучиваемыми (глинистыми, илистыми и органическими) примесями необходимо устранять ее путем промывки песка водой.

2.4. При неоднородности зернового состава песка в карьере для обеспечения постоянства его гранулометрии в бетонные смеси должен применяться песок, классифицированный по фракциям.

2.5. При фракционировании песка гранулометрический состав его определяется при просеивании через следующий набор сит (0,315; 0,63; 1,25; 2,5; 5 мм). Фракции песка мельче 0,315 и крупнее 5 мм подлежат удалению.

2.6. Гранулометрический состав песка для получения бетонов низкой проницаемости должен находиться в пределах, указанных в табл. 1.

При фракционировании песка содержание в каждой фракции зерен песка другой фракции не должно превышать 10% по массе.

Снижение крупности и отклонение от оптимальной гранулометрии снижает марку по водонепроницаемости бетона, что должно быть учтено при подборе состава бетона на песках, отличающихся от оптимального.

2.7. В качестве крупного заполнителя для бетона низкой проницаемости применяется фракционированный гранитный или диабазовый щебень из естественного камня, полученный дроблением горных пород, или щебень из известняка. Марка щебня изверженных пород по прочности породы при сжатии в насыщенном водой состоянии (по ГОСТ 8267-75 "Щебень из естественного камня для строительных работ") должна быть выше 100 МПа, из известняка - должна быть выше 60 МПа.

2.8. Щебень должен применяться в виде отдельных фракций размером 5 - 10 мм, 10 - 20 мм, 20 - 40 мм и раздельно дозироваться при приготовлении бетонной смеси. Содержание загрязняющих примесей в щебне не должно быть более 0,5% по массе. При повышении загрязненности щебня глинистыми, илистыми и пылевидными включениями щебень необходимо промывать водой.

2.9. Гранулометрический состав щебня для получения бетонов низкой проницаемости, в том числе стойких в агрессивных сульфатных средах, должен находиться в пределах, указанных в табл. 2.

2.10. Заполнители (песок, щебень) не должны обладать реакционной способностью к щелочам цемента, вызывающей опасные растягивающие напряжения в бетоне и появление в нем трещин. Определение реакционной способности заполнителей производят в соответствии с "Рекомендациями по определению реакционной способности заполнителей бетона со щелочами цемента" (М., НИИЖБ, 1972).

3.1. Водонепроницаемость бетона определяется маркой бетона по водонепроницаемости (ГОСТ 4800-59 "Бетон гидротехнический. Методы испытаний бетона") или коэффициентом фильтрации (ГОСТ 19426-74 "Бетоны. Метод определения коэффициента фильтрации воды"). Значения коэффициентов фильтрации воды и газа при равновесной влажности бетона , соответствующие маркам бетона по водонепроницаемости, представлены в табл. 3.

3.2. Проницаемость бетонов значительно возрастает при увеличении процента загрязненности глинистыми, илистыми и пылевидными включениями заполнителей - песка и щебня - с превышением величин, указанных в пп. 2.3 и 2.8 настоящих Рекомендаций.

Возможное изменение проницаемости бетона в зависимости от различных технологических факторов в качестве примера представлено в Приложениях 1 и 2.

3.3. Бетон по водонепроницаемости характеризуется суммарной равномерной проницаемостью по площади сечения и проницаемостью отдельных каналов, по которым идет сосредоточенная фильтрация. Вероятность образования таких каналов зависит от качества применяемых материалов, от исходной подвижности бетонной смеси и от методов уплотнения. В ГОСТ 19426-74 предусматривается изготовление 10 образцов-близнецов с последующей отбраковкой дефектных образцов и испытание 6 образцов.

3.4. Для повышения надежности подземных сооружений с замкнутым внутренним объемом рекомендуется принимать в расчет значение коэффициента фильтрации 8 из 10 образцов. Для определения значения среднего коэффициента фильтрации из 10 образцов принимается среднеарифметическое 8 образцов, выстроенных по степени увеличения значений коэффициента фильтрации с отбраковкой 2 наибольших значений К_ф. Данная методика повышает значение К_ф, и, соответственно, снижает марку бетона по водонепроницаемости в сравнении с ГОСТ 19426-74, однако обеспечивает с вероятностью P = 0,75 получение определенной марки бетона по водонепроницаемости.

На основании вероятностной оценки лабораторных испытаний по коэффициенту фильтрации с построением кривых распределения в силу неоднородности бетона 100%-ная вероятность (P = 1) получения требуемой марки бетона по водонепроницаемости не может быть достигнута. Однако, исходя из практических соображений, без ущерба для проницаемости бетона в конструкции в целом, можно принять предельно допустимую вероятность получения результата по коэффициенту фильтрации, равную P = 0,75.

4.1. Подбор состава бетона низкой проницаемости следует производить на основании:

а) проектной марки бетона;

б) требований по проницаемости бетона.

Последовательность подбора составов должна быть следующая:

установление максимально допустимого водоцементного отношения; определение минимального необходимого расхода цемента.

4.2. Расход цемента на 1 м³ бетона должен быть в пределах, обеспечивающих требуемую марку по водонепроницаемости при соответствующей подвижности бетонной смеси.

4.3. Определение оптимального содержания песка в смеси заполнителей должно производиться из условия получения повышенной удобоукладываемости бетонной смеси и минимальной проницаемости бетона.

Наилучшее соотношение по проницаемости между песком и щебнем, полученное при лабораторных исследованиях, колеблется в пределах (по массе)

4.4. Определение максимально допустимого водоцементного отношения должно производиться на основании экспериментальной зависимости прочности и проницаемости бетона от водоцементного отношения с учетом предельно допустимых величин В/Ц, указанных в табл. 4.

4.5. Для приготовления бетона низкой проницаемости в зависимости от требуемых марок бетона по водонепроницаемости рекомендуются следующие составы бетона (см. табл. 4), подобранные и испытанные в соответствии с требованиями настоящих Рекомендаций с минимально возможным расходом цемента на портландцементе марки М400, песке с модулем крупности М_кр = 2,7 и гранитном щебне фракции 5 - 10 и 10 - 20 мм при подвижности бетонной смеси, характеризуемой осадкой конуса ОК = 2 см.

4.6. При подвижности бетонной смеси, характеризуемой осадкой конуса ОК = 6 - 8 см, расходе портландцемента 500 кг/м³ и применении заполнителей оптимальной гранулометрии и оптимального соотношения между песком и щебнем возможно получение марки бетона по водонепроницаемости не выше В8 (см. Прил. 2).

4.7. При подвижности бетонной смеси, характеризуемой осадкой конуса ОК = 10 - 12 см, расходе цемента 500 кг/м³ и применении заполнителей оптимальной гранулометрии и оптимального соотношения между песком и щебнем возможно получение марки бетона по водонепроницаемости не выше В4 (см. Прил. 2).

4.8. При подвижности бетонной смеси, характеризуемой осадкой конуса ОК = 16 - 18 см, расходе цемента 500 кг/м³ и применении заполнителей оптимальной гранулометрии и оптимального соотношения между песком и щебнем возможно получение марки бетона по водонепроницаемости не выше В2 (см. Прил. 2).

4.9. Для получения бетона низкой проницаемости (В8 - В20) из бетонных смесей с подвижностью, характеризуемой осадкой стандартного конуса от 6 до 18 см, обязательно применение комплексных добавок электролитов и пластификаторов.

В качестве электролитов рекомендуются следующие соли совместно с добавкой-пластификатором; на основании лабораторных исследований получены оптимальные пределы и соотношения добавок (в % от массы цемента в расчете на сухое вещество):

1) 1 + 2% Na₂SO₄ + 0,1 + 0,25% СДБ;

2) 1 + 1,5% Al₂(SO₄)₃ + 0,1 + 0,25% СДБ;

3) 1 + 1,5% KCr(SO₄)₂ + 0,1 + 0,25% СДБ;

4) 0,5 + 1,5% FeCl₃ + 0,1 + 0,25% СДБ;

5) 1 + 1,5% нитрит-нитрат-хлорида кальция + 0,1 + 0,25% СДБ;

6) 1 + 2% Ca(NO₃)₂ + 0,1 + 0,25% СДБ.

4.10. На основании лабораторных исследований установлено, что добавки электролитов, в зависимости от механизма их действия и образующихся в цементном камне соединений, обусловливают образование структур различной проницаемости и прочности, что дало возможность определить максимально возможную марку бетона по водонепроницаемости в зависимости от подвижности бетонной смеси.

Высокое содержание сульфатов, хлоридов и нитратов в жидкой фазе цементного камня способствует образованию гидросульфоалюмината, гидрохлоралюмината и гидронитроалюмината кальция на ранней стадии твердения в период сохранения тиксотропных свойств, когда внутренние напряжения в системе полностью релаксируют. Образующиеся при этом гидросульфоалюминат и гидрохлоралюминат кальция уплотняют структуру цементного камня больше, чем гидронитроалюминат кальция.

4.11. При одних и тех же составах бетоны имеют различную проницаемость в зависимости от условий твердения (естественное или пропаривание). Как правило, бетоны естественного твердения имеют более низкую проницаемость в сравнении с пропаренными бетонами (при пропаривании по мягкому режиму).

4.12. Для получения бетонов низкой проницаемости с перечисленными выше добавками, в зависимости от подвижности бетонной смеси и условий твердения бетона при соблюдении требований, изложенных в настоящих Рекомендациях, возможно получение бетонов следующих марок по водонепроницаемости (табл. 5).

Составы бетона, их прочность и коэффициенты газопроницаемости представлены в Прил. 3.

4.13. При постоянном действии агрессивной сульфатной среды коррозионная стойкость бетона в определенных пределах может быть достигнута снижением проницаемости бетона, характеризуется коэффициентом фильтрации и зависит от степени агрессивного воздействия среды и срока службы сооружения.

Действие сульфатной среды на бетон сооружений, в первую очередь подземных, с точки зрения разрушения бетона, возможно рассчитать исходя из допустимой проницаемости бетона по коэффициенту фильтрации. В этом случае ориентировочный расчет оценки допустимой предельной проницаемости бетона по коэффициенту фильтрации может быть произведен по уравнению

где P_агр - количество вещества в расчете на 1 см² поверхности, которое может быть внесено в бетон при потере последним несущей способности (г/см²);

L - толщина конструкции (см);

C_агр - концентрация вещества (г/см³), вносимого в бетон, - средняя за расчетный срок службы сооружений (с);

Н - гидростатический напор (см вод. ст.);

- срок службы сооружения (с).

Полученные при расчете по формуле (2) коэффициенты фильтрации являются максимальной величиной К_ф, при которой обеспечивается коррозионная стойкость сооружения за данный срок.

Исходя из приведенных расчетов, в качестве характеристики стойкости бетона в коррозионно-активных сульфатных средах следует принимать показатели проницаемости бетона.

Данный расчет позволяет получить соответствующую марку бетона по водонепроницаемости, при которой может быть обеспечена сохранность сооружения за требуемый срок его эксплуатации.

Пример расчета приведен в Прил. 4.

5.1. Приготовление подвижных бетонных смесей должно осуществляться непосредственно на месте укладки бетона при требуемой осадке стандартного конуса.

5.2. Дозировку компонентов для приготовления бетонной смеси следует производить по массе.

5.3. Приготовление бетонной смеси следует производить не ранее чем за 10 - 20 мин до укладки в конструкцию.

5.4. Загрузка всех материалов в бетономешалку должна производиться в следующем порядке: сначала дозируют воду и вводят в нее добавки, а затем загружают заполнители и цемент; смесь непрерывно перемешивают до получения однородной массы.

5.5. Добавки-электролиты вводятся в воду затворения в виде раствора в требуемом количестве, в процентах от массы цемента.

5.6. Растворение добавок-электролитов должно производиться в химически стойких емкостях.

5.7. Сульфитно-дрожжевая бражка вводится в воду затворения в растворенном виде.

Приготовление водных растворов добавок производится в соответствии с требованиями "Руководства по применению химических добавок к бетону" (М., Стройиздат, 1975).

5.8. Общее количество воды на замес уменьшается на количество воды, содержащееся в добавках.

5.9. Транспортирование бетонных смесей пониженной проницаемости производится теми же механизмами, что и обычных бетонных смесей без добавок.

6.1. Производство работ по укладке бетонной смеси должно производиться в соответствии с действующими правилами по технике безопасности при производстве бетонных работ.

6.2. Растворы с добавками солей-электролитов следует приготавливать в очках, перчатках и резиновых сапогах, так как раствор солей-электролитов может оказывать разъедающее действие на кожу.

6.3. Вблизи места, где производится приготовление растворов солей-электролитов, таких как FeCl₃, Al₂(SO₄)₃, KCr(SO₄)₂, ННХК, должен находиться бак с водопроводной водой и специальный нейтрализующий 0,5%-ный раствор углекислой соды.

6.4. Рабочие, занятые на всех видах работ по приготовлению и укладке бетонных смесей с комплексными добавками, должны быть проинструктированы по технике безопасности.

Примечание. Добавки в составах: 13 - 2% Na₂SO₄ + 0,2% СДБ и 14 - 1,5% FeCl₃ + 0,2% СДБ.

Примечания: 1. <x> - Песок и щебень имеют 3% глинистых, илистых и пылевидных примесей, во всех остальных составах количество этих примесей равно: в песке ~ 1%, в щебне ~ 0,5%.

2. Песок фракционирован на 2 фракции: 0,315 - 1,25 и 1,25 - 5 мм, соотношение фракций - 60 и 40%. Щебень фракционирован на 2 подфракции: 5 - 7,5 и 7,5 - 10 мм, соотношение подфракций - 60 и 40%.

Примечание. Количество электролитов и СДБ принято в % от массы цемента: 2% Na₂SO₄; 1,5% FeCl₃; 1,5% KCr(SO₄)₂; 1% Al₂(SO₄)₃; 1,5% ННХК; 2% Ca(NO₃)₂; 0,2% СДБ для всех электролитов. Песок М_кр = 2,3.

Для оценки предельно допустимой проницаемости бетона по коэффициенту фильтрации ориентировочный расчет стойкости бетонной обделки с точки зрения разрушения ее от действия сульфатов произведен по уравнению (2).

Концентрацию агрессивного вещества по сульфат-иону, характерную для условий работы данной обделки, принимаем среднюю, равную 1700 мг/л = 1,7 x 10³ г/см³; гидростатический напор Н = 1500 см; срок службы сооружения .

Принимаем расход цемента Ц = 427 кг/м³ = 0,43 г/см³. При толщине обделки L = 50 см допустимая глубина слоя перерождения бетона l = 10 см.

Принимаем, что содержание сульфатов в цементном камне по отношению к цементу не должно превышать 10%, т.е. ; тогда предельно допустимое количество сульфатов

Получаем предельно допустимую проницаемость бетона по коэффициенту фильтрации

Полученный коэффициент фильтрации соответствует марке бетона по водонепроницаемости В6.

При ведении расчета для возможных наиболее неблагоприятных условий, когда агрессивность по сульфат-иону максимальная, равная 19,17 x 10^-3 г/см³, предельно допустимая проницаемость бетона:

Полученный коэффициент фильтрации соответствует марке бетона по водонепроницаемости В8 и является предельно допустимым коэффициентом фильтрации, обеспечивающим коррозионную стойкость для данных условий сульфатной агрессии в заданный срок эксплуатации сооружения.