Ключевые слова: фибробетон, трещина, гидроизоляция, добавка, кристалл, прочность, бетонная конструкция
Keywords: fiber concrete, crack, waterproofing, additive, crystal, strength, concrete structure

В статье анализируется способность фибробетона к самовосстановлению. Проводится сравнительный анализ автогенной и активированной добавлением кристаллических добавок (Penetron Admix) способностей бетона к так называемому заживлению трещин. Описывается эксперимент, проведенный учеными Миланского политехнического университета. В ходе испытания образцы подвергались однолетнему периоду непрерывных циклов «разлома – заживления» при различных условиях воздействия. Результаты показали высокую стабильность процесса заживления в долгосрочной перспективе при многократном растрескивании и отверждении образцов при использовании кристаллических добавок Penetron Admix.

Строительная индустрия постоянно меняется и совершенствуется. Разработка новых технологий и материалов в области строительства имеет важное значение для более быстрого возведения различных, в том числе бетонных конструкций. Кроме того, новые технологии значительно упрощают жизнь строителям. К таковым относятся кристаллические гидроизоляционные добавки. Кристаллическая гидроизоляционная технология играет жизненно важную роль в строительной отрасли сегодня, обеспечивая экономически эффективное и современное строительство водонепроницаемых и прочных бетонных конструкций. Одним из лидеров на рынке кристаллической гидроизоляции является известная во всем мире американская компания ISC/Penetron, головной офис которой находится в городе Восточный Сетокет (East Setauket).

В естественных условиях бетон самоисцеляется благодаря тому, что процесс гидратации не завершен. Со временем бетон в большинстве случаев подвергается воздействию воды, которая проникает через трещины пористого бетона в течение недель, месяцев или даже лет после завершения строительства. Вода вступает в контакт с 20-30% неувлажненных частиц цемента. В результате активируется отложенный процесс гидратации и образуются первичные кристаллы CSH, которые способствуют закрытию трещин. Дополнительное закрытие трещин может происходить в результате взаимодействия ионов кальция, реагирующих с карбонатными ионами, чтобы сформировать кристаллы карбоната кальция, которые способствуют самовосстанавливающему эффекту. Этот процесс называют автогенным исцелением, то есть исцелением, происходящим без дополнительного специального воздействия. Автогенное исцеление бетона имеет существенные размерные ограничения, не обеспечивает герметичности, занимает много времени и, кроме того, имеет обратный эффект – разрушение бетона.

Когда кристаллические примеси добавляются к бетону, он приобретает дополнительные возможности исцелять и запечатывать все трещины, поры и капилляры внутри бетонной матрицы, придавая бетону водонепроницаемость и возможность выдерживать высокое гидростатическое давление. Добавление кристаллических примесей к бетону стимулирует способность к самозалечиванию, которое происходит гораздо быстрее и эффективнее, обеспечивая в итоге долговечность бетонной конструкции.

Принципиальной особенностью самовосстанавливающей способности бетона, содержащего кристаллическую примесь, является то, что это явление может происходить на протяжении всей жизни бетона, даже при многократном образовании трещин. Об этом свидетельствуют выдержки из доклада Миланского политехнического университета, посвященного исследованиям способности данного бетона к непрерывному самоисцелению при возникновении повторяющихся трещин между циклами исцеления [1].

Основная цель исследования состояла в том, чтобы проанализировать и сравнить повторяющиеся самовосстанавливающие способности волокнисто-армированного бетона с добавлением и без добавления кристаллической добавки в бетонную смесь. С помощью визуального контроля трещины тщательно контролировались и изучались для мониторинга периодов эволюции образования трещин и процесса залечивания.

Рис. 1. Индекс герметизации трещин (CSI), показанный на графике как функция условий воздействия и ширины трещин в течение одного года исследования. Обозначения: бетон M1 – контрольный образец без добавок; бетон M2 – с кристаллической добавкой; FT-1 – начальный цикл лечения 1 месяц; FT-6 – начальный цикл лечения 6 месяцев [3]

Были подготовлены две идентичные смеси. Одна смесь использовалась в качестве контрольной и не содержала какой-либо кристаллической примеси (М1). В другую (М2) была введена добавка Penetron Admix. Она была дозирована в пропорции 0,8% на вес цемента, что соответствовало спецификациям производителя. Изначально в бетонную смесь для контроля процесса образования трещин добавили фибру.

Девять образцов размерами 150x150x600 мм были отлиты для каждой смеси и разделены на две половины. Каждая из них была разрезана на образцы в форме плитки. Образцы отверждены во влажной комнате при T=20°С и относительной влажности 95% в течение 4-х месяцев.

После того как процесс отверждения был завершен, плитки предварительно подверглись растрескиванию в соответствии с методикой DEWS – испытаний клинового расщепления с двойным краем [2]. Среднее раскрытие трещины, равное 0,25 мм, контролировали и измеряли на глубине средней связки как на передней, так и на задней поверхности образца.

Образцы с трещинами подвергались воздействию при соблюдении различных условий:

– при полном погружении в воду;

– на открытом воздухе (в лабораторном дворе);

– при чередовании циклов мокрого/сухого (4 дня в воде, затем 3 дня на открытом воздухе – с повторением).

Эксперимент проводился при различных по длительности периодов отверждения, соответственно равных одному (FT-1), трем (FT-3) и шести месяцам (FT-6). Когда начальный период отверждения был завершен, образцы вновь подвергались растрескиванию до дополнительного среднего раскрытия трещины в 0,25 мм и затем отверждались в тех же начальных условиях в течение дополнительного периода, продолжающегося один или два месяца. Циклы растрескивания и отверждения повторялись с общей продолжительностью до одного года. Хотя ширина трещины тщательно контролировалась на уровне 0,25 мм, ее максимальная ширина в отдельных случаях все же составляла 0,3 мм.

Герметизация трещин исследовалась с помощью цифрового микроскопа. Самозалечивание трещин контролировалось путем сравнения ширины трещины на основании изучения изображений одного и того же образца в разное время процесса самогерметизации. Данный процесс был применен к каждому образцу.

Результаты показали, что герметизация трещин является функцией условий экспозиции и времени, которые приводят к наиболее благоприятному состоянию в условиях непрерывного погружения в воду (рис. 1).

Очевидно, что присутствие кристаллической примеси Penetron Admix приводило к последовательному и более быстрому процессу самовосстановления после повторных экспериментальных циклов.

Итак, напомним, что цель исследования состояла в том, чтобы проанализировать способность армированного бетона к самозаживлению трещин при добавлении кристаллической добавки Penetron Admix в бетонную смесь, а также сравнить эту способность со способностью бетона к автогенному заживлению.

Основные выводы данного исследования:

• Образцы M1 (контрольный образец/стандартная бетонная смесь), погруженные в воду, непрерывно или спорадически (полностью погруженные или подверженные воздействию мокрых/сухих циклов), привели к среднему заживлению трещины на 45-85% для трещин размером до 0,15 мм и среднему закрытию трещины на 35-75% для трещин размером до 0,3 мм. Это действительно так и происходило – до образования новых трещин.

• Образцы М2 (с кристаллической добавкой), погруженные в воду, непрерывно или спорадически (полностью погруженные или подверженные воздействию мокрых/сухих циклов), привели к почти полному закрытию трещины на 80-100% для трещин размером до 0,15 мм и среднему закрытию трещин на 50-100% для трещин размером до 0,3 мм (наибольшая ширина трещины, возникшая при тестировании).

• Самовосстанавливающая способность образцов М2 (с кристаллической добавкой), погруженных в воду, усиливалась со временем даже при многократных циклах растрескивания и заживления. Этот феномен связан с осмотическим движением частиц свежей кристаллической добавки, которые, будучи меньше и подвижнее, чем цементные, способны глубже проникать в бетонную матрицу вдоль трещины. Эта миграция не происходит с частицами цемента. В итоге самовосстанавливающая способность бетона, содержащего кристаллическую добавку (активированное самовосстановление), приводит к более последовательному и более быстрому самоисцелению по сравнению с контрольным образцом.

• Автогенное самозаживление возможно для трещин раскрытием не более чем 0,15 мм, тогда как в случае добавления кристаллических примесей очевиден процесс непрерывного закрытия трещин до 0,3 мм, причем в более короткие сроки.

• Правомерно предположение, что применение кристаллической примеси Penetron Admix позволяет бетонным конструкциям закрывать трещины и большего размера – до 0,5 мм и более.

Очевидно, что бетонные конструкции, построенные с использованием кристаллических примесей Penetron Admix, будут иметь возможность самостоятельно исцелять трещины на протяжении всего срока службы бетона, что дает более прочной структуру и обеспечивает снижение эксплуатационных расходов.

Библиографический список
1. Ferrara L., Cuenca E., Tejedor A. and GastaldoBrac E.M.: «Performance of concrete with and without crystalline admixtures under repeated cracking/healing cycles», Proceedings ICCRRR2018, Cape Town, November 19-21, 2018.
2. Di Prisco M., Ferrara L. and Lamperti M.G.L. Double Edge Wedge Splitting (DEWS): an indirect tension test to identify post-cracking behaviour of fibre reinforced cementitious composites //Materials and Structures, vol. 46, n° 11, November 2013, pp. 1893-1918.
3. Cuenca E., Tejedor A. and Ferrara L. A methodology to assess crack sealing effectiveness of crystalline admixtures under repeated cracking-healing cycles// Construction and Building Materials, 179, 10 August 2018, pp. 619-632.

Текст статьи предоставлен компанией Penetron International Ltd
45 Research Way, Suite 203
East Setauket, NY 11733 USA
Тел: 631-941-9700; Факс: 631-941-9777
E-mail: info@penetron.com
Web: www.penetron.com