Бетон для гидротехнических конструкций и сооружений

Бетон для гидротехнических сооружений должен не только обеспечить необходимую прочность при сжатии, но и устойчивость конструкций, постоянно или периодически омываются водой. Поэтому в зависимости от условий эксплуатации к этому бетону предъявляются также требования по водостойкости и водонепроницаемости, а также - довольно часто и морозостойкости. Поэтому в процессе проектирования состава гидротехнического бетона необходимо иметь в виду необходимость принятия соответствующих технологических решений для обеспечения указанных требований.

В зависимости от характера конструкций и условий их эксплуатации, гидротехнический бетон делят на следующие разновидности: подводный, который постоянно находится в воде (под водой), тот, что находится в зоне переменного уровня воды надводный, который омывается водой только эпизодически. Кроме того, отличают массивный и не массивный бетон и бетон для напорных и безнапорных конструкций. Для каждого из этих видов бетона нормируются требования по их механических свойств.

В отличие от обычного тяжелого бетона марки гидротехнического бетона по прочности, водонепроницаемости и морозостойкости определяют не в возрасте 28 суток, а в возрасте 180 суток. В гидротехническом строительстве применяют бетон классов В10 ... В40 (марки 150 ... 500 кг/см2), марки по водонепроницаемости до W8, по морозостойкости к Р300. Требования по морозостойкости предъявляются только к тем гидротехнических бетонов, подвергающихся в конструкциях воздействия воды и мороза (например, в зоне переменного воды).

Для обеспечения необходимой устойчивости гидротехнического бетона нормируется также показатель растяжения и усадки. Проектирование состава (рецептуры) гидротехнического бетона, возможно по методике, которую используют для обычного тяжелого бетона. Специальные свойства гидротехнического бетона при этом обеспечиваются:

- Выбором и применением исходных (сырьевых) материалов, которые обеспечивают специальные свойства бетона, (водостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость и т.п.);
- Определением необходимой величины В / Ц не только как условия прочности, но и устойчивости в данных условиях и долговечности;
и определением расхода цемента в определенных нормированных пределах;
- Определением оптимальной рекомендованной нормативными документами структуры бетона, в частности коэффициента раздвижки крупного заполнителя цементным раствором , что обеспечивает необходимую плотность и устойчивость бетона;
- Применением в некоторых случаях минеральных тонкодисперсных наполнителей, которые уменьшают тепловыделение и объемные деформации бетона при низких затратах цементная также повышают плотность структуры бетона;
- Применением химических добавок, регулирующих свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона, в частности добавок.

При выборе вяжущего для гидротехнического бетона необходимо иметь в виду, что портландцемент в чистом виде не способен обеспечить необходимую водостойкость бетона, который постоянно омывается водой или находится под водой. Главная причина - высокое содержание в продуктах гидратации гидроксида кальция Са (ОН) 2, хорошо растворяется в воде, что приводит к выщелачиванию цементного камня, а также постепенного снижения его плотности и прочности. Поэтому надо отдавать предпочтение разновидностям портландцемента с гидравлическими добавками (пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, портландцемент с добавкой золы-уноса и т.п.). Рекомендуются пластифицированные и гидрофобные их разновидности. В некоторых случаях, особенно для морских гидротехнических сооружений, рекомендуется цемент. Желательно, чтобы содержание С3А в цементе не превышал 3 ... 5%, а сумма С3А + С4АР была меньше 20%. Лучше, чтобы в цементе было повышенное содержание белить.
Для снижения расхода цемента, а значит тепловыделение и объемных деформаций бетона, а также для обеспечения требуемой подвижности бетонной смеси и плотности бетона, в его состав вводят различные минеральные микро заполнители. Достаточно эффективная добавка золы.

Заполнители для гидротехнического бетона должны быть водостойкими и морозостойкими. Лучше применять кварцевые пески, а щебень или гравий - из горных изверженных или осадочных пород с высокой водостойкостью и морозостойкостью. Важное значение имеет гранулометрический состав песка, крупного заполнителя должен быть фракционированным, эффективно принимать рекомендованные соотношения между фракциями.
Согласно требованиям ДСТУ Б В.2.7-43-96 для гидротехнического бетона марки щебня из природного камня должны быть не ниже:

- 600 - для бетона по прочности В15 и ниже;
- 800 - для бетона класса по прочности от В20 до В30 включительно
-1200 - для бетона класса по прочности выше В30.

Марки гравия и щебня из гравия по показателю дробления должны быть не ниже Др12 для бетона по прочности В15 и ниже; Др8 Я для бетона класса по прочности В20 и выше. Если к бетону предъявляются требования по морозостойкости, следует применять щебень из изверженных пород марки не ниже 1000. Средняя плотность щебня должна быть не ниже 2,5 г/см3, а вода поглощение не более 0,5% для изверженных и метаморфических пород и 1,0% - для щебня. Содержание зерен слабых пород не должен превышать ваты 5% по массе.
Для гидротехнических бетонов допускается с модулем крупности от 1,5 до 3,5. Содержание пылевидных частиц не должен превышать 2% для бетонов переменного уровня воды, 3% - для надводной зоны, 0% - для подводной.

Морозостойкость щебня и гравия должна быть марки Р100 при температуре до минус 20 ° С и Р200 - при температуре ниже минус 10 ° С.

В процессе проектирования состава гидротехнического бетона очень важным является правильное определение величины водоцементного отношения В / Ц не только как условия прочности, но и с учетом обеспечения необходимой водонепроницаемости и морозостойкости.

Расход цемента на 1 м3 гидротехнического бетона должна быть на 5 ... 10% больше чем описано в рекомендациях относительно минимального расхода цемента для получения бетонной смеси для обычного тяжелого бетона. Вместе с тем в гидротехническом бетоне расход цемента для массивных конструкций не должна превышать 350 кг/м3 при условии ограничения интенсивности тепловыделения, а для немассивная 400 кг/м3.

Удобно укладываемость бетонной смеси при возведении монолитных гидротехнических конструкций зависит от их массивности, коли кости и густоты армирования, а также от способа уплотнения смеси (применение глубинных вибраторов).