М.Н.ВАУЧСКИЙ, Ю.В.ДОБРИЦА, А.П.СМИРНОВ кандидаты техн. наук; О.И.КАНИНСКИЙ, инж. (НИЦ 26 ЦНИИ МО РФ), К вопросу о фильтрационных характеристиках бетона
Действующий стандарт [1] регламентирует определение водопроницаемости бетона путем измерения фактической водопроницаемости образцов- цилиндров при фиксированных давлениях. Величины коэффициентов фильтрации, рассчитанные по этому стандарту, связаны с предусмотренными СНиП [2] марками бетона по водонепроницаемости. Однако, по нашему мнению, в единицах измерения величин, входящих в формулу для определения коэффициента фильтрации, имеются неточности.
Для проверки обратимости к одной из основных работ в области движения жидкостей и газов в пористой среде [3]. Фильтрационные характеристики пористых сред рекомендуется определять путем измерения объемного расхода воды через образец при фиксированном давлении. В ГОСТ 12730.5-84* принята аналогичная методика, но с определением весового количества фильтрата.
Сравним величины коэффициентов фильтрации, полученные расчетом по формулам, указанным в [3] и [1]. Предположим, что при проведении опыта получены количественные данные, приведенные во втором столбце табл. 1. Расчетом получаем коэффициент фильтрации Кф = 1 см/с. Далее эти данные, не меняя их фактических величин, выразим в единицах измерения, используемых в ГОСТ, как указано в третьем столбце табл. 1. Расчетом в этом случае получаем коэффициент фильтрации Кф = 1 102 см/с.
Причиной этой неточности явилась ошибка при использовании дробных и кратной единиц длины, площади и давления (см, см2, МПа). Если в формулу ввести основные единицы (м, м2, Па), то при указанных данных получим искомую величину коэффициента фильтрации =1 10'2 м/с = 1 см/с. Следует отметить, что предложенные в ГОСТ методы определения марок бетона по водонепроницаемости весьма трудоемки, продолжительны по времени и не позволяют определять проницаемость относительно тонких образцов (например, слоя торкрет-штукатурки, выбуренных кернов диаметром менее 50 мм и др.).
В рекомендуемом приложении 4, внесенном в ГОСТ в 1994 г., сделана попытка связать воздухопроницаемость и водонепроницаемость бетона путем измерения сопротивления бетона прониканию воздуха. По нашему мнению, этот способ не может дать объективных характеристик проницаемости бетона, так как при испытаниях не обеспечивается одновременный поток воздуха через образец (подсос воздуха осуществляется не только через противолежащую грань образца, но и через боковые грани). Это не дает возможности вычислить основные фильтрационные характеристики бетона (коэффициент проницаемости, коэффициент воздухопроницаемости, коэффициент фильтрации).
Коэффициент фильтрации может быть определен по воздухопроницаемости с учетом проницаемости пористого материала и динамической вязкости воздуха. Проницаемость пористых материалов (к которым относятся бетоны и растворы) характеризуется коэффициентом проницаемости, который объективно отражает свойства пористой среды, не зависит от вида проникающего флюида (газа или жидкости) и имеет размерность площади. Коэффициент проницаемости определяется путем измерения расхода воздуха, прошедшего через образец [3].
Нами проведены экспериментальные работы по определению воздухо- и водопроницаемости различных видов бетонов и растворов. Методика предусматривала последовательное измерение расхода воздуха и воды, прошедших через каждый образец. При испытании образца, когда на одной из его границ давление равно атмосферному, а на другой незначительно превышает его, объемный расход
Формула не учитывает сжимаемость газа, что при малых давлениях вполне приемлемо: например, при перепаде давления 104 Па (0,1 ат) ошибка составляет около 5%.
Бетоны и растворы, легко проницаемые для воздуха при небольших давлениях, практически не представляют собой преграды и для воды. Марка по водонепроницаемости таких бетонов не назначается, так как их водопроницаемость значительно выше минимальной границы в 0,2 МПа, указанной в СНиП. С другой стороны, бетоны и растворы, воздухопроницаемость которых при малых давлениях (до 0,05 МПа) практически не фиксируется, являются практически водонепроницаемыми при давлениях воды до 1,2 МПа включительно — верхней границы по СНиП. Очевидно, это обусловлено тем, что в таких бетонах отсутствует взаимосвязанная система капиллярных пор, и перенос флюида происходит в основном посредством молекулярной диффузии.
По результатам экспериментальных работ и соответствующих расчетов в табл. 2 приведены величины фильтрационных характеристик бетона: коэффициентов проницаемости, воздухопроницаемости, фильтрации и марки бетона по водонепроницаемости.
Несмотря на сравнительно ограниченное количество опытов, порядки величин, указанных в табл. 2, являются достаточно достоверными и могут быть учтены в случае пересмотра указанного ГОСТ. Вместе с тем, авторы не претендуют на абсолютную точность приведенных численных значений коэффициентов, которые могут и должны уточняться по мере получения дополнительных экспериментальных данных.
Бетон и железобетон, 1998 №5