Влияние кристаллических присадок на проницаемость бетона: новые экспериментальные данные

Мировая строительная отрасль имеет более чем 40-летний опыт применения интегральной (комплексной) гидроизоляции. Безусловным лидером в сфере разработки и применения кристаллических гидроизоляционных присадок является американская компания ISC/Penetron, головной офис которой находится в городе Восточный Сетокет (East Setauket).

Линейка инновационных разработок компании весьма значительна и включает в себя инъекционные составы (PeneSplitSeal), гидроизоляционные жгуты (Penebar), антибактериальные присадки, защищающие бетон и арматуру от воздействия вырабатываемой бактериями серной кислоты (Penetron BioMIC), средства для мгновенной остановки течей (Peneplug), систему ПенеБанд (PeneBand System), применяемую для гидроизоляции деформационных швов, и многие иные системные продукты. При этом наиболее известным и распространенным в мире (105 стран) продуктом является кристаллическая добавка Penetron Admix[1].

Общеизвестно, что, просто добавив Penetron Admix к бетону, можно возводить экономичные и долговечные конструкции, во-первых, в более короткие сроки, во-вторых, с жизнестойкостью более 60 лет. Обработка бетона с помощью Penetron Admix приводит к появлению у бетона под воздействием воды свойств к самовосстановлению и герметизации различных микротрещин, пор и капилляров. Получаемая водостойкая бетонная матрица оказывается способной выдерживать высокое гидростатическое давление и химическое воздействие с диапазоном рН от 3 до 11.

Проблема сегодня заключается не только и не столько в эффективности научных и технологических разработок ISC/Penetron, которая хорошо известна, сколько, во-первых, в постоянном совершенствовании имеющихся продуктов, во-вторых, в создании новых, в-третьих, в перманентном тестировании качества и имеющихся, и новых продуктов компании, которая имеет весьма значительный исследовательский штат сотрудников. Кроме того, любой тест качества должен быть максимально наглядным. Задача этой статьи – предоставить визуальное подтверждение роста кристаллов внутри бетонной матрицы, которые и придают бетону свойства самовосстановления и герметизации.

Эксперименты и результаты

Первый тест был нацелен на визуальное подтверждение эффективности Penetron Admix. Бетонные образцы, содержащие Penetron Admix, были помещены в воду на 6 месяцев и исследованы под микроскопом для проверки роста кристаллов. Изображения, представленные на рис. 1-3, были получены от одного и того же образца и одной и той же трещины, только при различном увеличении: ×100, ×500 и ×1000. Совершенно очевидно, что игольчатые кристаллы, образующиеся внутри бетонной матрицы, способствуют затягиванию микротрещин и, таким образом, самоисцелению бетона. Причем при значительном увеличении видно, что кристаллы росли не только в области трещин, но и во всей бетонной матрице.

01.tif

Рис. 1. Рост кристаллов в треснувшем бетоне (увеличение ×100)

02.tif

Рис. 2. Рост кристаллов в треснувшем бетоне (увеличение ×500)

03.tif

Рис. 3. Рост кристаллов в треснувшем бетоне (увеличение ×1000)

Вторая группа экспериментальных тестов – тесты на проницаемость.

Первое испытание на водопроницаемость проводилось по стандарту DIN 1048:5. При тестировании образцы бетона подвергались воздействию давления, равному 72,5 фунтов/кв. дюйм (0,5 N/mm2) в течение 72 часов. По завершении образцы были извлечены из соответствующего условиям теста устройства и разделены по центру. После чего была замерена и промаркирована глубина проникновения воды в образцы: контрольные и обработанные Penetron Admix. Результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1. Стандарт DIN 1048:5 – результаты теста на водонепроницаемость[2]

ОбразецМаксимальная глубина проникновения воды в дюймах (мм)Средняя глубина проникновения воды в дюймах (мм)
1P (образец, обработанный Penetron Admix)Абсолютная водопроницаемость, проникновение воды отсутствуетАбсолютная водопроницаемость, проникновение воды отсутствует
2P (контрольный образец)1,026 дюйма (26 мм)0,695 дюйма (18 мм)

Второе испытание на проницаемость проводилось в соответствии со стандартом ASTM D5084. Тест предполагает измерения с использованием пермеаметра гидравлической проводимости насыщенных пористых материалов. Применялись два метода: метод A (метод испытания с постоянным напором воды), метод D (метод испытания с постоянным расходом воды).

Необработанные/контрольные образцы показали гидравлическую проводимость 2,1×10-9 см/сек. Образцы, обработанные Penetron Admix, продемонстрировали гидравлическую проводимость 3,1×10-11 см/сек. Замеры выполнялись через 40-45 дней после начала эксперимента. Таким образом, экспериментальные данные свидетельствуют о том, что образцы, обработанные Penetron Admix, имели измеренную гидравлическую проницаемость в 68 раз меньше, чем необработанные образцы[3].

Третий эксперимент был проведен в соответствии со стандартным методом тестирования водопроницаемости бетонов CRD-C 48-92, разработанным Корпусом военных инженеров армии США (United States Army Corps of Engineers – USACE), старейшей (существует с 1775 г.) и известнейшей инженерной организации, объединяющей как военных, так и гражданских специалистов.

Контрольный образец и образец, обработанный Penetron Admix, испытывали, применяя давление воды 200 фунтов/кв. дюйм (1,379 N/mm2). В эксперименте добивались постоянного потока воды, средняя скорость которого за последние пять дней эксперимента использовалась для расчета средней водопроницаемости. Основной результат – проницаемость обработанного образца меньше проницаемости образца контрольного почти в 6 раз (5,93). Результаты приведены в табл. 2.

pressure1.tif
pressure2.tif
pressure3.tif
pressure4.tif

Таблица 2. Стандарт CRD-C 48-92. Результаты теста на водонепроницаемость[4]

 Контрольный образецОбразец, обработанный Penetron Admix
Средний поток воды за последние 5 дней (cm3/hr)0,0520,009
Средняя водопроницаемость (ft3/sec)/(ft2(ft head/ft))2,86 × 10-124,82 × 10-13

Некоторые выводы

Цель этой статьи – анализ экспериментальных практик, связанных с изучением эффективности применения Penetron Admix для уменьшения проницаемости бетонов и увеличения их долговечности. Основываясь на данных, полученных в результате тестовых экспериментов, можно сделать следующие основные выводы:

• когда бетон с добавлением Penetron Admix подвергается воздействию воды, активируется химическая реакция, приводящая к образованию нерастворимых кристаллов во всех микротрещинах, порах и капиллярах бетонной матрицы;

• в процессе исследования образца под микроскопом отчетливо виден рост иглоподобных кристаллов, перекрывающих трещины в бетоне и герметизирующих бетонную матрицу;

• рост кристаллов в бетонной матрице сопровождается уменьшением проницаемости бетона, что делает его практически полностью водонепроницаемым;

• испытание на водопроницаемость по стандарту DIN 1048:5 показало, что образец, обработанный Penetron Admix, полностью выдерживает рабочее давление в 72,5 psi (0,5 N/mm2) в течение 72 часов по сравнению с контрольным образцом, уровень проницаемости которого был зафиксирован по максимальному значению в 1,026 дюйма (26 мм), по минимальному – в 0,695 дюйма (18 мм);

• тест на проницаемость воды стандарта ASTM D5084 показал, что образец, обработанный Penetron Admix, имел измеренную гидравлическую проводимость в 68 раз меньше, чем контрольный образец;

• метод испытаний на водопроницаемость бетона по стандарту C 48-92 показал, что образец, обработанный Penetron Admix, был примерно в 6 раз менее проницаемым, чем контрольный образец.

Согласно стандарту ACI 201.2R-01[5], «долговечность гидротехнического бетона определяется как его способность противостоять атмосферным воздействиям, химическому воздействию, истиранию или любому другому процессу разрушения. Долговечный бетон должен сохранять свою первоначальную форму, качество и удобство обслуживания при воздействии окружающей среды». При этом очевидно, что вода играет принципиально важную роль в химических и большинстве физических процессов, происходящих в бетоне, включая неизбежные естественные, в том числе процессы разрушающего характера. Соответственно, снижение проницаемости бетона приведет к снижению износа, увеличивая его долговечность.

Можно сказать, что ISC/Penetron не просто осознает взаимосвязь между ростом кристаллов, снижением проницаемости и долговечностью бетона, но и владеет действительно эффективными технологиями значительного продления жизни любым бетонным конструкциям.

penetron.tif

Penetron International Ltd.
45 Research Way, Suite 203
East Setauket, NY 11733 USA
Ph.: 631-941-9700
Fax: 631-941-9777
E-mail: info@penetron.com
Web: www.penetron.com

[1] См. например, «Технологии бетонов». Информационный научно-технический журнал. 2019, №3-4 (152-153), с. 8-10.

[2] Report of Results for ASTM C39 and DIN 1048:5 (EN 12390-8): Water Permeability, Professional Service Industries Inc.

[3] Report of Results for ASTM Standard D5084: Permeability Tests on Treated and Untreated Concrete, Ardaman & Associated Inc. 12 February 2015.

[4] Report of Results for CRD-C 48-92: Water Permeability, Penetron Permeability Testing, TEC Services, 26 September 2016.

[5] ACI 201.2R-01.