Ученые Пермского Политеха повысили достоверность испытаний бетона на водонепроницаемость с 30% до 80%

Статья опубликована в сборнике трудов конференции «Современные технологии в строительстве. Теория и практика».

Вода разрушает бетонные конструкции: мосты и дороги, тоннели метро, плотины и дамбы, а также жилые дома. В мостах влага вместе с противогололёдными реагентами вызывает коррозию стальной арматуры — бетон отслаивается, и сооружение может потребовать экстренного ремонта. В тоннелях просачивание грунтовой воды приводит к постоянным протечкам и авариям. Для плотин и дамб опасность в другом: из материала вымываются известковые соединения, он становится рыхлым и теряет прочность. В жилых домах вода поднимается по фундаменту и стенам, вызывая сырость, трещины и ржавчину арматуры. На балконах и плитах влага замерзает в трещинах и постепенно разрушает здания.

Бетон пористый, как губка. Если он плохо держит воду, влага из подвала или грунта поднимается вверх. Зимой жидкость в микропорах замерзает, расширяется и разрывает конструкцию изнутри. Это усиливает сырость и ведёт к постепенному износу.

Водонепроницаемость бетона можно повысить. Делается это либо на этапе приготовления смеси — с помощью специальных добавок и рецептур, либо обработкой уже готовых конструкций гидрофобными (водоотталкивающими) составами.

В России качество бетона на водонепроницаемость проверяют по ГОСТу «методом мокрого пятна». Образец-цилиндр зажимают в установку, снизу подают воду, повышая давление. Лаборант следит за поверхностью и отмечает момент появления влаги. Такое испытание длится непрерывно несколько суток.

Точность метода напрямую зависит от человека: специалисты могут по-разному интерпретировать момент протекания. Освещение в лабораториях, острота зрения, усталость — всё может повлиять на решение. Из-за этого один и тот же бетон в разных лабораториях получает разные оценки: разброс может достигать 4 марок водонепроницаемости (показатели давления, которое выдерживает бетон, например, W4, W8, W12; чем выше число, тем лучше защита от воды). Итоговая достоверность метода всего 30%, то есть в трёх случаях из десяти результат ошибочен: бетон могут признать водонепроницаемым, а на деле он будет пропускать воду.

Ученые ПНИПУ предложили, как модернизировать этот способ. Для этого они создали уникальную автоматизированную испытательную установку с контактным датчиком. Он устанавливается на поверхность образца: как только вода просачивается, цепь замыкается, и прибор мгновенно фиксирует давление и время протекания, что исключает человеческий фактор полностью. Кроме того, исследователи заменили обычный технический манометр на более точный электронный датчик давления, это позволило повысить точность.

— Чтобы доказать эффективность, мы провели эксперименты с участием шести строительных лабораторий. Сначала испытания провели по стандартному «методу мокрого пятна». Результаты сильно различались: один и тот же бетон получил оценки, отличающиеся на 3 марки водонепроницаемости, например, от W8 до W14, а это значительный разброс. Затем провели испытания на модернизированной установке с датчиками. Теперь разногласия между лабораториями сократились до 1–2 марок. Достоверность метода выросла с 30% до 80%, то есть риск получить некачественный по водонепроницаемости бетон снизился, — отмечает Наталья Ванькова, старший преподаватель кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ.

Чтобы испытательная установка работала точно, ее нужно регулярно проверять (аттестовывать), например, испытывать образец с заранее известным значением водонепроницаемости. Для бетона таких образцов на сегодня нет: он слишком нестабилен, даже образцы из одной партии могут отличаться.

Учёные ПНИПУ впервые создали эталоны из кремнезёма — искусственного материала, свойства которого можно контролировать. Они разработали технологию: спрессовали кремнезём и высушили при строгой температуре 200 °C (при более низких значениях часть влаги остаётся, при более высоких — структура разрушается). Измерения показали, что отклонение свойств от образца к образцу — всего 5–7 %. Это значит, что они почти одинаковы, следовательно, их можно использовать для настройки испытательного оборудования.

Модернизированную установку и эталоны для её настройки можно использовать в любой строительной лаборатории — на заводах, стройплощадках, в испытательных центрах. Они дают более точный инструмент для определения водонепроницаемости бетона — одной из главных характеристик после прочности. Это позволит надёжнее отсеивать некачественный материал, а значит, повысит долговечность и безопасность строящихся объектов.