Водопроницаемость, свойственная обычному бетону, объясняется его специфической структурой. Как известно, бетон состоит из цементного теста, песка и гравия (щебня). Наличие в бетоне большого количества воздушных пор обусловливает его водопроницаемость. Тем не менее, это не значит, что с увеличением числа пор водопроницаемость бетона повышается. Она зависит не только от числа, но и от формы и характера пор.
Поры укладки возникают в результате неправильного подбора состава бетонной смеси, недостаточного уплотнения этой смеси при укладке и от избыточного количества воды, требуемого для обеспечения достаточной удобоукладываемости бетонной смеси. Вода впоследствии испарится, останутся поры и сообщающиеся капилляры. Эти поры и служат основными путями для фильтрации воды.
Обладая сравнительно большим весом, заполнитель оседает, образуя скелет, цементные частицы с небольшой скоростью также опускаются вниз, а свободная вола поднимается на поверхность бетона или скапливается под нижней поверхностью зерен-заполнителей.
В результате на поверхности бетона возникает слой, отличающийся высоким водоцементным отношением. После испарения воды в этом слое образуются большие сообщающиеся поры.
Под нижней поверхностью заполнителя также возникают пустоты (поры). Соединяясь с другими порами, они способствуют большему просачиванию воды. Капиллярные поры в цементном камне появляются в результате испарения избыточной воды. Они соединяют названные выше поры, прокладывая тем самым основные пути для фильтрации воды. Поры геля возникают в процессе гидратации цементного теста и равномерно распределяются в массе в промежутке между капиллярными порами. Их относят к «закрытым», водонепроницаемым порам.
Седиментационные и капиллярные поры взаимосвязаны.
Интенсивность фильтрации при сообщающихся открытых порах зависит от давления и размеров капилляров. При определенном диаметре капилляра требуется определенное давление, чтобы наступила фильтрация.
По данным, полученным многими исследователями, установлено, что капилляры диаметром до 0,3 мк практически абсолютно водонепроницаемы.
Из всего сказанного следует, что водонепроницаемость бетона зависит от количества и вида пор, соотношения исходных материалов, подбора состава бетонной смеси и характера ее укладки. При определенной консистенции бетонной смеси количество цемента влияет па плотность структуры и водоцементное отношение — два фактора, обусловливающие водонепроницаемость бетона.
Надо иметь в виду, что с увеличением количества цемента снижается водоцементное отношение, в силу чего уменьшается расслоение бетонной смеси, повышается плотность, а следовательно, и водонепроницаемость бетона.
Вид цемента оказывает существенное влияние на водонепроницаемость бетона. Необходимо применять цементы более тонкого помола; в этом случае цементное тесто будет обладать более высокой водонепроницаемостью, что обусловливается малым водоотделением (седиментацией), малыми и более равномерно распределенными порами и большой степенью гидратации.
Для получения водонепроницаемого бетона проф. С. Д. Окороков предложил следующую последовательность применения цементов различных видов: глиноземистый цемент, портландцемент, пуццолановый портланд-цемент, шлакопортланд-цемент.
Наиболее широкое применение получил портландцемент.
Чем выше водоцементное отношение — тем ниже прочность и водонепроницаемость бетона. Поэтому для затворения бетонной смеси следует брать наименьшее количество воды. Фильтрация, вызываемая недостаточным уплотнением (особенно при жесткой смеси) бывает более интенсивной, чем при повышенном водоцементном отношении.
Для определения оптимального водоцементного отношения были проведены опыты на образцах из цементного теста и бетона (портланд-цемент М-500). Образцы (усеченные конусы) имели высоту 3,5 см, диаметр нижнего основания 7 и верхнего — 6 см. Сначала образцы хранились в течение 28 дней во влажных условиях, а затем испытывались на водонепроницаемость, причем давление воды повышалось через каждые 12 час. на 1,5.
Таким образом, для получения водонепроницаемости бетонная смесь должна иметь водоцементное отношение 0,40—0,45.
На водонепроницаемость бетона влияют также и заполнители. Бетонная смесь для изготовления водонепроницаемых конструкций обязательно должна быть приготовлена из заполнителей плотной породы.
Во всех случаях необходимо считаться с одним важным обстоятельством. При увеличении предельной крупности зерен уменьшаются пустотность смеси заполнителей и количество воды для получения заданной пластичности бетонной смеси. Это в свою очередь значительно повышает плотность и водонепроницаемость бетона.
Правильно подобранный гранулометрический состав заполнителей обеспечивает водонепроницаемость бетона. При этом в каждом отдельном случае требуется подбор оптимального содержания мелкого заполнителя. Песок и щебень (гравий) в отдельности должны иметь гранулометрический состав согласно ГОСТ 2780—50 и 2781—51.
При подборе бетонной смеси водонепроницаемых сооружений следует пользоваться методами, предложенными проф. Б. Г. Скрамтаевым. Существуют и другие методы, которые предусматривают меньшее содержание песка, что способствует повышению прочности бетона.
Для тонкостенных водонепроницаемых конструкций решающим показателем является плотность бетона. Для получения ее необходимо увеличить содержание песка, так как в этом случае повышается связность (нерасслаиваемость) бетонной смеси, наблюдаются малое водоотделение и хорошая удобоукладываемость.
В подтверждение этого положения были проведены опыты по подбору плотного бетона, причем количество песка в составе заполнителей принималось от 25 до 55%. Было заготовлено четыре состава сухой смеси заполнителей с различным содержанием песка, которыми последовательно загружался постоянного объема сосуд. После взвешивания смеси в рыхлом состоянии сосуд устанавливался на вибростол. В течение 20 сек. смесь уплотнялась причем непрерывно производилась подсыпка до верха сосуда. После этого заново определялись объемный вес заполнителей и пустотность смесей как в рыхлом, так и в уплотненном состоянии.
Наиболее плотным оказался состав № 4 с содержанием песка 55%; пустотность смеси заполнителей при наибольшем ее объемном весе в этом случае получена наименьшая — 24,4%. Следовательно, цементного теста для заполнения всех пустот потребуется на 6% (от общего веса смеси) меньше. Таким образом, учитывая возможность снижения расхода цемента, рекомендуется состав смеси заполнителей с большим содержанием песка (45—55%).
Таким образом, зная влияние на водонепроницаемость этих факторов, можно безошибочно выбрать наилучшие условия, обеспечивающие получение водонепроницаемого бетона.
