СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОНА И ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к способам контроля свойств материалов и изделий и может быть использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий.

Известен способ определения водопроницаемости фильтровальных материалов, в котором определение водонепроницаемости производится по количеству воды, проходящей через единицу площади поверхности фильтровального материала в единицу времени (л/м²•сек) и подаваемой к материалу с небольшой высоты (Скобеев И.К. Фильтрующие материалы).

Недостатком известного способа является его неприменимость для плотных материалов, подобных бетону, для которых данным способом невозможно выделить количество воды, проходящей сквозь бетон из-за ее незначительного объема и испарения, а вода, которая остается в бетоне, характеризует водопоглощение, а не водопроницаемость.

Наиболее близким по совокупности признаков к предложенному является способ определения водонепроницаемости бетона по "мокрому пятну" (ГОСТ 12730.5-84 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости), в котором воду подают через нижнюю торцевую поверхность бетонного образца; давление воды повышают ступенями по 0,2 МПа в течение 1-5 мин и выдерживают на каждой ступени в течение времени, указанного в таблице вышеуказанного ГОСТа. Испытание проводят до тех пор, пока на верхней торцевой поверхности образца появятся признаки фильтрации воды в виде капель или мокрого пятна. Водонепроницаемость каждого образца оценивают максимальным давлением воды, при котором еще не наблюдалось ее просачивание через образец.

Известным решением не достигается поставленная задача из-за того, что определение водонепроницаемости проводят под давлением, а это не позволяет корректно назначать и надежно обеспечивать марку бетона по водонепроницаемости для безнапорных условий. Так, для железобетонных блоков Харьковского метрополитена требуемая марка бетона по водонепроницаемости равна B4 - B6. При испытании по ГОСТ 12730.5-84 заводской бетон для этих изделий соответствует марке B6 и значительно выше, то есть выдерживает во время испытаний давление воды 6 атм и более. В реальных условиях эксплуатации давление воды не может превысить 0,1-0,2 МПа из-за незначительной глубины метрополитена (до 10 - 20 м). Однако железобетонные конструкции в этих практически безнапорных условиях пропускают воду. Указанный способ является также недостаточно надежным из-за трудности обеспечения герметичности установки для испытаний, особенно в случае высокой водонепроницаемости образцов. Кроме того, недостатком этого способа является его невысокая точность, т.к. при наблюдении появление "мокрого пятна" сопровождается субъективными ошибками, а количественная оценка водонепроницаемости осуществляется с точностью до 0,2 МПа (2 кгс/см²).

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа определения водонепроницаемости бетона, в котором, используя влияние капиллярного давления внутри образца, обеспечивается более точная фиксация момента перехода от режима водонасыщения к режиму водопроницаемости образца и за счет этого упрощается и повышается точность определения водонепроницаемости бетона как в напорных, так и в безнапорных условиях эксплуатации.

Поставленная задача достигается способом определения водонепроницаемости бетона, когда пропускают воду через испытываемый образец, в котором согласно изобретению непрерывно измеряют количество впитавшейся воды в течение проведения эксперимента, определяют графическую зависимость количества поступающей воды в образец от времени, выделяют на графике точки перелома, определяют продолжительность поступления воды от начала эксперимента до второй точки перелома, оценивают водонепроницаемость по отношению
B = 0,092τ
где
B - водонепроницаемость;
τ - продолжительность поступления воды;
полученную величину округляют до ближайшего меньшего значения, кратного двум.

Возможность сравнительной оценки водонепроницаемости вытекает из следующего.

В безнапорных условиях, т.е. по предлагаемому способу, вода фильтрует через образец (после его водонасыщения) под влиянием капиллярного давления. Расчеты и литературные данные (Д.А.Фридрихсберг. Курс коллоидной химии) свидетельствуют, что величина капиллярного давления в бетоне для капилляров цементного камня составляет несколько единиц МПа, что превышает давление, которое поддерживается при стандартных испытаниях. Следовательно, при стандартных испытаниях вода поступает в бетон под влиянием внешнего давления P и капиллярного давления P_кап, при этом P_кап>P. В результате этого возникновение "мокрого пятна" определяется не величиной внешнего давления P, а скоростью капиллярного поднятия (перемещения) и продолжительностью прохождения воды через бетонный образец. В связи с тем, что по стандартному способу давление воды поднимается через каждые 16 ч на 0,2 МПа, между продолжительностью прохождения воды через бетонный образец (главным образом под влиянием капиллярного давления) и суммарным давлением устанавливается зависимость:
P_кап+P = (τ/16)×2.
Так как фактическое давление воды складывается из капиллярного P_кап и внешнего P, т.е. превышает внешнее, указанная разность учитывается экспериментально установленным коэффициентом 0,735. В результате соотношение между P и τ принимает вид:

Эта формула дает высокую степень совпадения с экспериментом.

На фиг. 1 представлено предложенное устройство; на фиг. 2 - графики изменения количества воды, поступающей в образец, в зависимости от продолжительности испытания.

Предлагаемый способ осуществляют устройством, состоящим из герметичной ячейки 1, имеющей с торца фланцы 2, между которыми закрепляется через резиновые прокладки 3 бетонный образец 4 и затягивается болтами 5. На противоположном торце ячейки имеется трубка 6, в которой укрепляется бюретка 7.

Образец устанавливают между фланцами и надежно закрепляют. Заполняют ячейку водой до нулевого уровня в бюретке. Воду пропускают через бетонный образец, определяя с помощью бюретки ее количество как объем впитавшейся в образец воды V (см³). Результаты обрабатывают следующим образом. Строют график V = f(τ), на нем выявляют характерные переломы между прямыми участками; оценивают продолжительность τ поступления в образец воды от начала эксперимента до второго перелома. Определяют водопроницаемость B как величину B = 0,092 τ и округляют полученную величину B до ближайшего меньшего значения, кратного двум.

Пример 1. Изготавливают серию 1 из семи одинаковых по составу цилиндрических образцов диаметром 15 см и высотой 15 см из бетона, хранят их в камере нормального твердения при температуре (20±2)^oC и относительной влажности воздуха не менее 95%. Один образец закреплен в установке. Вода поступает в образец через отверстие. Сначала через каждые 30 мин, а затем реже, определяют по бюретке с делениями количество поступающей в образец воды V (см³) в зависимости от продолжительности испытания τ (ч). По данным V для различных τ построили график V = f(τ). Результаты построения приведены на фиг. 2, кривая a. На графике V = f(τ) определяют характерные переломы между прямыми участками в точках 1, 2, ..., соответственно τ₁ = 8 ч, τ₂ = 33 ч. Водонепроницаемость B определяют как величину B=0,092 τ, где τ - продолжительность поступления воды от начала эксперимента до второго перелома (т.2). Водонепроницаемость образца серии 1, определенная безнапорным способом, равна B_бн= 0,092•33= 3,03. Полученное значение округляют до ближайшего меньшего значения, кратного двум, и этим определяют марку по водонепроницаемости. Она равна B2.

Остальные шесть образцов серии 1 испытывали на водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5-84. По данным испытаний марка бетона по водонепроницаемости для них равна B2.

Пример 2. Аналогично изготавливают серию из семи образцов одного и того же состава бетона, с более плотной структурой, чем в серии 1. На фиг. 2 кривая б представляет график V = f(τ) для этого образца, испытанного безнапорным способом. Водонепроницаемость образца серии 2, определенная безнапорным способом, равна B_бн=5,8, а марка по водонепроницаемости B4. По стандартным испытаниям марка по водонепроницаемости бетона серии 2 равна B4.

Пример 3. Изготавливают серию 3 из семи образцов одного и того же состава бетона с еще более плотной структурой, чем в серии 1 и 2. На фиг. 2 кривая в представляет график V = f (τ) для этого образца, испытанного безнапорным способом. Водонепроницаемость образца серии 3, определенная безнапорным способом, равна B_бн = 10,5, а марка по водонепроницаемости бетона B10. Марка по водонепроницаемости бетона остальных образцов серии 3, определенная по ГОСТ 12730.5-84, равна B10.

Таким образом, в предлагаемом способе определение количества воды как объема впитавшейся в образец воды с помощью мерной трубки, построение графика V = f (τ) и выявление характерных переломов между прямыми участками на графике V = f (τ) позволяет более точно, чем по "мокрому пятну", зафиксировать момент перехода от режима водонасыщения образца к режиму его водопроницаемости (фильтрации).

Определение водонепроницаемости B по формуле B=0,092 τ позволяет более точно оценивать величину B (до сотых долей МПа, а не до 0,2 МПа).

Округление полученной величины B до ближайшего меньшего значения, кратного двум, позволяет выразить марку по водонепроницаемости в величинах, предусмотренных существующим стандартом.

Последние два признака расширяют информативность способа.

Использование: изобретение относится к способам контроля свойств материалов и изделий и может бить использовано в производстве бетонных и железобетонных изделий. Сущность изобретения: пропускают воду через испытываемый образец, непрерывно измеряют количество впитавшейся воды в течение проведения эксперимента, определяют графическую зависимость количества поступающей воды в образец от времени, выделяют на графике точки перелома, определяют продолжительность поступления воды от начала эксперимента до второй точки перелома, оценивают водопроницаемость по отношению : B = 0,092τ, где В - водопроницаемость, τ-продолжительность поступления воды, полученную величину округляют до ближайшего меньшего значения, кратного двум. 2 ил.

Способ определения водонепроницаемости бетона, при котором пропускают воду через испытуемый образец, отличающийся тем, что непрерывно измеряют количество воды в течение проведения эксперимента, определяют зависимость количества поступающей воды в образец от времени, выделяют точки перелома, определяют продолжительность поступления воды от начала эксперимента до второй точки перелома, оценивают водонепроницаемость по отношению
B = 0,092τ,
где B - водонепроницаемость,
τ - продолжительность поступления воды, полученную величину округляют до ближайшего меньшего значения, кратного двум.