Betono atsparumo vandeniui ir šalčiui tyrimas

Betono ir gelžbetonio konstrukcijas grunte nuolat veikia gruntinis vanduo, kapiliarinė bei paviršinė lietaus drėgmė. Spustelėjus šalčiams ji, įsiskverbusi į mikroįtrūkimus, šąla ir plečiasi, vėliau orui atšilus ištirpsta. Itin nuostolinga drėgmės pasekmė yra gelžbetonio armatūros korozija, silpninanti konstrukcijas. Fizinės korozijos priežasties yra daugkartinis cikliškas sukietėjusio betono drėkimas ir džiūvimas, užšalimas ir atšilimas, taip pat druskų kristalizacija sukietėjusio betono kapiliaruose.

Eksploatuojant kelio konstrukcijas, stovėjimo aikšteles, rezervuarus, krantines ir kitas betonines konstrukcijas, kurios nuolat veikiamos atmosferos poveikio, vienas svarbiausių kriterijų, apsprendžiančių, kiek ilgai tarnaus betonas, yra betono atsparumas šalimo-šilimo ciklams. Betono irimas dėl šalimo-šilimo ciklų poveikio ilgainiui sukelia armuojančio plieno koroziją, o tai ardo ir silpnina visą betoninę konstrukciją. Vanduo į betoną patenka per trūkius, mikrotrūkius, poras ir kapiliarus. Net ir aukštos kokybės, mažai vandens įgeriantis betonas gali būti pažeidžiamas, nes šalimo metu vanduo betone gali atsirasti dėl kondensacijos, kai išsiskiria ore esanti drėgmė.

Dėl permainingo Lietuvos klimato, drėgmės ir šalčio, betono irimas yra amžina problema. Betono atsparumas šalčio-šilimo ciklų poveikiui priklauso nuo cementiniame akmenyje susiformavusios atvirų ir uždarų kapiliarų struktūros.

Betono atsparumo šalčiui tyrimo metodika

Betono bandinių atsparumo šalčiui tyrimo metu buvo nustatytas taikant tūrinio užšaldymo ir atšildymo bandymo metodą pagal standarte LST 1428-17 pateiktus reikalavimus. Atsparumo šalčiui bandymui naudoti bandiniai kubai 100×100×100 mm matmenų. Pasiekę projektinį stiprį betono bandiniai pamerkiami į vonią su vandeniu, kurio temperatūra (18±5) °C.

Bandinių įmirkomi taip: pirmąją parą į vonią pripilama tiek vandens, kad jis apsemtų apie 1/3 bandinių aukščio. Taip apsemti bandiniai laikomi 24 h. Po to į vonią pripilama tiek vandens, kad būtų apsemta apie 2/3 bandinių aukščio. Taip apsemti bandiniai vėl laikomi 24 h. Po to vandens pripilama tiek, kad visiškai apsemtų bandinius ir jo sluoksnio storis virš bandinių ir iš visų jų pusių būtų ne mažesnis kaip 20 mm. Taip apsemti bandiniai laikomi dar 24 h (iš viso 4 paras).

Prisotinti bandiniai prieš atsparumo šalčiui nustatymą išimami iš vonios. Atsparumo šalčiui bandymui skirti betono bandiniai (6 bandiniai, jeigu atsparumo šalčiui nustatymo trukmė ilgesnė nei 100 ciklų) sudedami į šaldymo kamerą. Šaldymo kameros centre užšaldymo metu turi būti minus (18± 2) °C temperatūra. Esant minėtajai temperatūrai užšaldymo trukmė turi būti ne trumpesnė kaip 2,5 h, kai bandomi (100 × 100 × 100) mm bandiniai.

Po atsparumo šalčiui nustatymo bandiniai iš šaldymo kameros išimami ir sudedami į vonią su vandeniu, kurio temperatūra (18±5) °C. Vonioje bandiniai turi būti laikomi ne trumpiau kaip (2±0,5) h, kai bandomi (100 × 100 × 100) mm bandiniai. Bandiniai apžiūrimi po tam tikro užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus.

Bandymų rezultatai ir analizė

Jeigu bandinių serijos (3 bandiniai) vidutinis gniuždymo stipris po reikiamo (projektinio) užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus atitinka arba yra ne daugiau kaip 5 mažesnis už kontrolinių bandinių gniuždymo stiprį, laikoma, kad betonas išlaikė atsparumo šalčiui bandymą.

Betono bandinių gniuždymo stiprio po atsparumo šalčiui bandymo sumažėjimas apskaičiuojamas pagal formulę:

∆ f = [(fk - fš) / fk] * 100%

čia:∆ f - betono bandinių gniuždymo stiprio sumažėjimas procentais lyginant su kontrolinių bandinių stipriu;fk - kontrolinių bandinių gniuždymo stiprio verčių vidurkis prieš atsparumo šalčiui bandymą megapaskaliais (MPa);fš - bandinių gniuždymo stiprio verčių vidurkis po tam tikro užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus megapaskaliais (MPa).

Jeigu po atsparumo šalčiui bandymo bandinių gniuždymo stipris sumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, betonas atsparumo šalčiui bandymo neišlaikė.

Tyrimo metu betono mišinio vandens ir cemento santykis (V/C) buvo pastovus, plastifikuojančios įmaišos bei orą įtraukiančios įmaišos kiekiai nekito. Tyrimo metu buvo keičiamas tik kristalizacijos procesus betono porose skatinančios betono įmaišos (kiekis procentais cemento masės: 0,8%, 1,0% ir 1,5%).

Iš pateiktų duomenų matyti, kad kontrolinio betono (nenaudojant įmaišos Xypex Admix C-1000 NF) po atsparumo šalčiui bandymo bandinių gniuždymo stipris sumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu. Pridėjus į mišinį Xypex Admix C-1000 NF 0,8%, 1,0% ir 1,5% cemento masės, po atsparumo šalčiui bandymo bandinių gniuždymo stipris ne tik nesumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, tačiau ir padidėjo.

Kietinant kontrolinius betono bandinius vandenyje 1 metus, po 150 ir po 200 užšaldymo ir atšildymo ciklų skaičiaus betono bandinių gniuždymo stipris nesumažėjo daugiau kaip 5% lyginant su kontrolinių bandinių gniuždymo stipriu, nustatytu prieš bandymą, tai yra po 150 ciklų sumažėjo 3,75%, o po 200 ciklų sumažėjo 2,66%.

Betono hidroizoliacijos priemonės

Hidroizoliuojantys betono priedai - integruota hidroizoliacija, teptinė hidroizoliacija, hidroizoliuojančios juostos sandūroms - apsaugo jį nuo drėgmės ir vandens poveikio ir užtikrinanti ilgą betoninių konstrukcijų amžių. Tačiau įrengiant bet kurią šio tipo hidroizoliaciją itin didelė žmogiškojo faktoriaus reikšmė - tai papildomas darbas, ne visada pavyksta parinkti tinkamą hidroizoliacijos sistemą, sujungti vertikalią ir horizontalią hidroizoliaciją. Bet koks betono įtrūkimas, plyšys, taip pat ir hidroizoliacijos plyšimai dėl deformacijų, įtrūkiai dėl per greito džiūvimo, vėliau tampa drėgstančiomis sienomis, trupančiu betonu ir dideliais nuostoliais.

Šie hidroizoliuojantys priedai - tai miltelių arba skysto pavidalo kristalinės technologijos medžiagos. Kristalinės hidroizoliacinės technologijos esmė yra nano medžiagos, kurios, patekusios į betoną ir sąveikaudamos su vandeniu bei cemento kalkėmis, formuoja nano kristalus ir taip užpildo iki 0,4 mm kiauryminius ir iki 0,5 mm nekiauryminius, betono viduje užsibaigiančius įtrūkius. Kitaip tariant, betonui sąveikaujant su drėgme, susidaro iki 0,5 mm dydžio nano kristalai, užkertantys kelią vandeniui.

Vokietijos gamintojo „SCOMBURG GmbH & Co KG“ kristalizuojantys priedai BETOCRETE yra unikalūs tuo, jog betonas ne tik užpildo ir izoliuoja paviršius, bet ir įgauna hidrofobinių - vandenį atstumiančių savybių, mažėja betono vandens įgeriamumas. Nepriklausomų laboratorijų tyrimai parodė, kad betono su BETOCRETE priedais vandens įgeriamumas mažėja iki 80%. Betone, kuriame vidutinis vandens prasiskverbimas buvo iki 25 mm, vandens skverbimasis sumažėjo iki 5 mm. Vandens garų pralaidumas sumažėjo 10 kartų. Ši apsauga nuo vandens išlieka visą statinio gyvavimo laiką, nes įsiskverbianti hidroizoliacija, kaip ir kapiliarus užpildantys kristalai, tampa betono dalimi ir veikia jo viduje.

Nepageidaujamas drėgmės ir vandens poveikis pasireiškia ne tik irstančiu betonu, bet ir armatūros korozija, kuri dar stipriau ardo konstrukcijas. Betone, turinčiame vandens atstūmimo efektą, armatūra daug ilgiau išlieka patvaresnė, tuo pačiu ilgėja ir statinio tarnavimo laikas. Skaičiuojama, kad naudojant BETOCRETE produktus, galima iki 75% sutaupyti.

Betono hidroizoliavimo kristalais arba įsiskverbiančios izoliacijos technologija žinoma jau porą dešimtmečių ir nuo to laiko gerokai patobulinta. Kristalinis betono priedas su hidrofobiniu efektu - BETOCRETE-CP-360-WP. Tai miltelių pavidalo, hidroizoliuojantis betono priedas du viename, nepakeičiamas betono konstrukcijose, kurios tiesiogiai liečiasi su gruntu. Priedas betono gamybos metu įmaišomas į betono masę, todėl nereikia gaišti laiko ilgai trunkantiems, kartais labai nepatogiose vietose esančių paviršių hidroizoliavimo darbams. Tai yra inovatyvus ir kaštus taupantis sprendimas požeminių konstrukcijų apsaugai.

Kauno Technologijos universiteto Statybos ir architektūros fakulteto Statybinių medžiagų ir konstrukcijų tyrimo centras (toliau KTU) atliko betono gaminių - grindinio trinkelių atsparumo šalčiui eksperimentą. Eksperimento paruošimo eiga yra tokia: trinkelės visos pusės, išskyrus eksploatacinį paviršių yra izoliuojamos 3 mm storio lanksčios gumos sluoksniu, sudarant kraštelį virš eksploatacinio paviršiaus (jis reikalingas, kad veikliosios medžiagos nenubėgtų). Trinkelės paviršiaus kraštai užhermetizuojami naudojant specialios paskirties vandeniui ir šalčiui atsparų silikoną. Taip paruošta trinkelė bus veikiama 3 % NaCl vandeniniu tirpalu, užpilamu ant eksloatacinio paviršiaus 5-7 mm sluoksniu. Šis tirpalas naudojamas, nes yra agresyvesnis nei vanduo bei šaldymo metu labiau ardo betoną. Bandymas atliekamas specialioje kameroje, atitinkamu grafiku keičiant temperatūrą nuo maksimalios +20°C iki minimalios -20°C, kitaip sakant vykdomas šildymo-šaldymo ciklas. Ciklo metu NaCl tirpalas trinkelės paviršiuje bei betono kapiliaruose užšala, o kadangi ledo tūris yra didesnis nei vandens, vandeniui virstant ledu betonas patiria didelį slėgį.

Taip pat Xypex stabdo chloridų jonų skverbimąsi, todėl betonas tampa atsparesnis ledo tirpinimo druskoms ir sūriam jūros vandeniui.

Betono atsparumo įtrūkimams tyrimas

Planuojamas gelžbetoninių konstrukcijų tvirtumo tyrimas apima atsparumo įtrūkimams tyrimą. Tokiu būdu statybininkai turi galimybę išsiaiškinti tiriamos medžiagos atsparumą įvairiems išorės ir vidiniams veiksniams. Šis rodiklis nurodo, per kiek laiko atsiranda pirmieji įtrūkimai. Kuo ilgiau konstrukcija nepraranda vientisumo, tuo aukštesnis medžiagos atsparumas įtrūkimams. Tikslų šio rodiklio įvertinimą gali garantuoti tik betono pavyzdžių ekspertizė.

Smulkių pažeidimų atsiradimą ir išsivystymą betone gali provokuoti išoriniai veiksniai: drėgmė ir temperatūra, taip pat pačios žaliavos savybės. Nustatant atsparumą įtrūkimams vertinami duomenys, susiję su medžiagos kokybe, elastingumu, susitraukimu ir kt. Reikia atkreipti dėmesį ir į cemento gamybos technologiją. Net mažų įtrūkimų betono konstrukcijose atsiradimas yra pakankamai grėsmingas požymis. Smulki destrukcija gali sąlygoti cemento nubyrėjimą ir armatūros apsaugos praradimą - atsiranda korozija, provokuojanti tolesnę destrukciją. Prieš pradedant betoninių konstrukcijų remontą reikia nustatyti įtrūkimų atsiradimo priežastį.

Reikia pažymėti, kad šiuo atveju optimaliu įtrūkimų pašalinimo metodu būtų injekcijų metodas. Į probleminę zoną įleidžiamas specialus tirpalas. „URETEK“ kompanijos specialistai turi visą įrangą, reikalingą betonasinėms konstrukcijoms analizuoti, remontuoti ir atstatyti.

Neprofesionaliai atlikta kietėjančio betono priežiūra. Betonui kietėjant tinkamai atlikti jo priežiūrą/apsaugą yra labai svarbu. Kas atsitinka betonui, jei jis subręsta nekokybiškai atlikus kietėjančio betono priežiūrą?

tags: #betono #vandens #atsparumas