ПОВЫШЕНИЕ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОННЫХ ТРУБ —
В производстве бетонных и железобетонных труб актуальным является вопрос обеспечения водонепроницаемости бетона. На некоторых трубных заводах случаи нарушения технологической дисциплины, использование неисправного оборудования, некондиционных заполнителей, цемента и бетона и другие причины приводят к тому, что определенное количество труб не удовлетворяет требованням стандарта, причем от 40 до 60% выбракованных труб не удовлетворяют требованиям по водонепроницаемости.
Одним из способов устранения дефектов труб является использование при гидростатическом испытании взамен воды химически активных растворов, например нитрированной сульфитно-спиртовой барды (НССВ), что позволяет совместить две операции: гидростатическое испытание и уплотнение бетона труб, а также использование дополнительной кольматации бетона труб путем пропитки их коллоидными растворами клеюще- кольматирующих веществ, например натриевого жидкого стекла Исследованы особенности процессов уплотнения бетона труб при их растворами нитрированной ССБ 1,5—5.5%-ной концентрации, жидкого натриевого стекла 30— 48%-кой концентрации, а также при пропитке последовательно растворами НСС.Б и жидкого стекла.
В качестве образцов использовали бетонные трубы диаметром 300 им, длиной 400 мм с толщиной стенки 50 мм Образцы формовали методом радиального прессования на экспериментальном станке ВНИИжелезобетоиа. Составы бетоных смесей (см. таблицу) и режимы формования выбирали так, чтобы обеспечить недоуплотнение смеси и повышенную проницаемость бетона, моделируя в определенной мере свойства труб, которые выбраковываются по водонепроницаемости. В качестве характеристики последней использовался коэффициент фильтрации бетона трубы при установившемся режиме фильтрации, определяемый по известкой формуле Дарси.
Коэффициент фильтрации бетона труб определяли до пропитки, в процессе пропитки (гидроиспытаиий раствором НССБ) и после пропитки. Часть труб (контрольные) не пропитывали и изучали изменение коэффициента фильтрации бетона с увеличением возраста бетона. Раствор подавали внутрь трубы, установленной на стенде для гидроиспытаний. Затем поднимали давление в трубе до 0.5—4 ати в зависимости от проницаемости стенок. Длительность пропитки составляла от 3 до 30 мин, что соответствует времени стабилизации потока жидкости через стенки трубы. Расход жидкости контролировали с помощью мерного бака.
Концентрацию пропиточных растворов, а также ее изменение при пропитке труб определяли с помощью денсиметров, а изменение величины pH раствора НССБ
Распределение пор по размерам в наружном (I) и внутреннем (2) слоях бетона а — труба Ms 1; б — труба № 2; в — труба Л: 3: г — труба As 4; д — труба № 5 с помощью индикаторной бумаги. Характер пористости бетона труб изучали ни разрезах, перпендикулярных и параллельных оси труб, под микроскопом МБС-1, а дифференциальную пористость цементного камня бетона определяли с помощью интеграционного столика ИСА. Фиксировали поры размером более 10 мкм, а частицы заполнителя размером свыше 10 мкм из подсчета исключали. Расстояние между подсчетными линиями составляло 1 мм, а общая длина линий, пройденных по цементному камню — 110—150 мм. Следы пропитки в виде осадка в местах течи труб исследовали под поляризационным микроскопом МИН-8 при увеличении от 30 до 320 раз, а после выделения осадка из образцов — рентгеновским, ИК-спектроскопическим методами и методом дифференциально-термического анализа (ДТА).
Для изготовления труб использовали белгородский портландцемент М400, песок А1 кр 2,3 Тучковского карьера (Московская обл.) и гранитный щебень фракции 5—10 мм. Трубы после тепловлажностной обработки хранили в естественных условиях при температуре 18—25°С и относительной влажности 70—90%.
Испытываемые трубы можно условно разделить на четыре группы в зависимости от исходного коэффициента фильтрации бетона Первая группа труб — С до 1Х10-7 см/с, вторая—К от IX Х107 до 1Х10 см/с, третья — Аф от 1×10 6 до) X10 см/с, четвертая — Кф более 1X10-4 см/с (см. таблицу).
По данным структурных исследований бетон обладает максимальной плотностью в наружном слое стенки (см рисунок). Интегральная пористость бетона наружного слоя больше пористости внутреннего слоя в основном за счет увеличения количества крупных пор, характерных для дефектных участков бетона. В трубах первой группы и в меньшей степени в трубах второй группы структура бетона наружного слоя близка к структуре внутреннего слоя.
В местах течей характерная дефектная структура бетона наблюдалась по всей толщине стенки трубы. Сопоставление кривых дифференциальной пористости бетона (см. рисунок) с его коэффициентом фильтрации (см. таблицу) позволяет предположить, что существенную роль в повышении водопроницаемости бетона играет наличие пор размером более 400— 500 мкм, возможно играющих роль соединительных капилляров между крупными порами. Следует отметить, что по данным петрографического анализа в местах течи поры бетона покрыты белым порошковидным налетом новообразований значительно интенсивнее, чем на других участках.
С возрастом бетона труб коэффициент фильтрации его снижается. За 30—35 сут хранения величина Кф бетона уменьшалась примерно на 50% исходного его значения (эффект самоуплотнения бетона). Однако пропитка труб позволила значительно быстрее и эффективнее снизить проницаемость бетона. Кинетика и степень изменения проницаемости бетона при пропитке зависят от исходного значения Сф. Уплотнение бетона труб первой и второй групп, а также части труб третьей группы, например трубы Кя 8 можно неоднократно использовать один и тот же раствор НССБ при условии, что величина его pH будет меньше 6.5. Такой раствор имеет кислую реакцию и сохраняет способность к химическому взаимодействию с бетоном. Это необходимо иметь в виду, поскольку при пропитке труб величина pH раствора НССБ может возрастать от 1 до 7—9 за счет нейтрализации кислых групп и водородных гидратными составляющими цементного камня бетона.
Для уплотнения бетона труб эффективнее использовать раствор НССБ большей концентрации (10—35%). При этом эффективность кольматируюшего действия НССБ заметно возрастает.
Для снижения проницаемости труб третьей и четвертой группы путем пропитки использовали помимо раствора НССБ раствор жидкого стекла, а также последовательную пропитку труб этими растворами. Коэффициент фильтрации трубы Vs 7 через 14 сут хранения в естественных условиях после однократной пропитки растворами НССБ и жидкого стекла уменьшился с 1,6-10-5 до 5,1 X XI О-7 см/с, а к 28 сут до 2-10-8 см/с. При гидроиспытании течи у такой трубы появились лишь при давлении 1,5 ати.
Трубы со значительными дефектами бетона Кф более ЫО-4 см/с) можно уплотнить только многократной пропиткой раствором жидкого стекла или многократном комбинированной пропиткой последовательно растворами НССБ и жидкого стекла. Снижение проницаемости таких труб в результате многократной пропитки указанными растворами можно проследить на примере труб № 4 и 5. Кф бетона трубы № 5 через 23 сут хранения в естественных условиях после двухкратной пропитки жидким стеклом снизился с 3,2-10-4 до 3,8-10-6 см/с. При гидроиспытании водой течи у этой трубы появились при давлении 1 ати.
Кф бетона трубы № 4 за 25 сут естественного хранения после трехкратной комбинированной пропитки растворами НССБ и жидкого стекла снизился с 3,5-10-4 до 3-10-7 см/с. При гидроиспытаниях водой труба потекла при давлении 2,5 ати.
Исследование структуры бетона труб, пропитанных жидким стеклом, показало, что следы пропитки наблюдаются в виде рыхлого осадка белого цвета в порах, расположенных в местах течи. Этот осадок состоит на 50—60% из остроугольных частиц стекла размером от 5 до 50 мкм и покрывает поры неравномерно отдельными участками толщиной от сотых долей миллиметра до 0,2—0,3 мм. Пс данным рентгеновского анализа и ИК- спектроскопического анализа, кроме щелочных натриевых силикатов (-уз(Si—О) при частоте 930 см-1) в осадке имеются гидросиликаты кальция типа CSH(B) d—ill,3; 2,94; 2,78 A, y3(Si—О) при частоте 980 см-1 и гидрогель кремнезема CYs(Si—О) при частоте 1090—1100 см-1), образующийся в результате химического разложения жидкого стекла соединениями, входящими в состав цементного камня, и углекислотой воздуха. В составе осадка содержится а—кварц (d-4,24; 3,34; 2,45; 2.28; 2,24; 2,12 А и др.; ИК- абсорбция при частоте 1220; 1170; 1090— 1085; 800; 785 см-1), кальцит в виде отдельных кристаллов размером 10—30 мкм (d-3,86; 3,06—3,03; 2,84; 2,49; 2,28; 2.09 А и др., уг(СОз) ПРИ частоте 880—875 см-1 и у, при частоте 725 см-1) и небольшое количество СА(ОН)2 в виде агрегатов
С размером до 10—15 мкм [d-4,92; 2,64 А, у(ОН) при частоте 3645—3540 см2. По данным ДТА, продукт разложения жидкого стекла раствором НССБ, образовавшийся при пропитке трубы № 4. представлен гидрогелем кремнезема (эндотермический эффект при температуре 100°С), содержащим закристаллизованную фазу а-кремнезема (эндоэффект инверсии а- кварца при температуре 570°С). Следует отметить, что сравнение рентгенограмм осадков, выделенных из пор бетона труб, пропитанных отдельно раствором НССБ и жидкого стекла, позволяет сделать вывод о том, что в трубах, пропитанных жидким стеклом, содержится больше гидросиликатов кальция.
На участках труб, не имевших течи, следов пропитки раствором НССБ и жидким стеклом не наблюдалось Определение пористости бетона труб в местах течи (трубы № 4 и 5) (см. рисунок) с учетом и без учета осадка показало, что объем пор размером до 300 мкм после пропитки жидким стеклом уменьшается более чем в два раза.
Из сказанного выше можно сделать вывод о том, что пропитка труб растворами НССБ и жидкого стекла позволяет значительно снизить проницаемость бетона. Эффективность уплотнения бетона труб зависит от коэффициента фильтрации и дефектности бетона, состава и концентрации пропиточных растворов.
Для уплотнения бетона труб с исходным Кф не более МО6 си/с достаточно использовать 1—5%-ный раствор НССБ, Для гарантированного уплотнения бетона труб с КФ более 1-10-6 см/с (до IX XIО-4 см/с) необходимо пропитывать их последовательно растворами НССБ и жидкого стекла. Уплотнение бетона труб с Кф более МО-4 см/с может быть достигнуто лишь многократной пропиткой жидким стеклом или последовательно многократной пропиткой растворами НССБ и жидкого стекла.
Пропитка труб растворами НССБ и жидкого стекла приводит к значительному уменьшению количества пор размером менее 300 мкм в бетоне в результате кольматаций их продуктами коагуляции жидкого стекла и продуктами взаимодействия пропиточных растворов с цементным камнем бетона.