В 2025 году объем производства бетона в России составил 60,7 миллиона кубических метров. Этот материал используется при возведении жилых зданий, мостовых конструкций, плотин, подземных тоннелей и дорожного полотна.
Екатерина Григорьева
Источник фото: пресс-служба ПНИПУ
Почему вода главная угроза для бетона?
Основная угроза для бетона воздействие воды: жидкость проникает в микроскопические поры, при замерзании увеличивается в объеме, разрушает структуру изнутри и провоцирует коррозию металлической арматуры. В результате объекты, запроектированные на эксплуатацию в течение 50 лет, начинают терять целостность уже через 5–10 лет. Именно поэтому критически важно оценивать способность бетона сопротивляться давлению воды.
Как проверяют водонепроницаемость сегодня и в чем проблема? В настоящее время испытания на водонепроницаемость выполняются по ГОСТу с применением нескольких методик, однако ключевым и решающим среди них считается метод «мокрого пятна». Его основной недостаток заключается в субъективности: лаборант визуально фиксирует появление влаги, из-за чего точность такого подхода составляет лишь около 30%.
Прорыв пермских ученых: как повысили точность с 30% до 80%?
Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) усовершенствовали процедуру, заменив визуальный контроль автоматическим устройством с контактным датчиком. Благодаря этому достоверность результатов возросла до 80%. Кроме того, ученые впервые разработали эталонные образцы из кремнезема для калибровки измерительного оборудования ранее для бетона подобных аналогов не существовало.
Данная работа опубликована в сборнике материалов конференции «Современные технологии в строительстве. Теория и практика».
Примеры разрушений: мосты, тоннели, плотины и жилые дома
Мосты: влага вместе с противогололедными химикатами вызывает коррозию стальной арматуры бетон отслаивается.
Тоннели: проникновение грунтовых вод приводит к протечкам и авариям.
Плотины и дамбы: вымываются известковые соединения, материал теряет несущую способность.
Жилые дома: вода поднимается по фундаменту, появляются сырость, трещины и ржавчина на арматуре. На балконах и плитах перекрытия влага замерзает в трещинах.
Как вода разрушает структуру бетона изнутри? Бетон имеет пористую структуру, напоминающую губку. Если его водонепроницаемость недостаточна, влага из подвала или грунта поднимается вверх. В зимний период жидкость в микропорах замерзает, расширяется и разрывает конструкцию изнутри, усиливая сырость и ускоряя износ материала.
Как улучшить водонепроницаемость бетона?
Улучшить водонепроницаемость бетона возможно двумя способами:
- На стадии приготовления смеси добавление специальных присадок и корректировка рецептуры.
2. После возведения конструкции обработка гидрофобными (водоотталкивающими) составами.
Метод «мокрого пятна»: как он работает и в чем его недостатки
В России контроль качества бетона по водонепроницаемости осуществляется согласно ГОСТу с использованием метода «мокрого пятна». Цилиндрический образец фиксируется в установке, снизу подводится вода с постепенным повышением давления. Лаборант наблюдает за поверхностью и отмечает момент, когда появляется влага. Такое испытание может длиться непрерывно несколько суток.
Точность этой методики напрямую зависит от человека: освещение, острота зрения, утомление все это влияет на результат. Расхождение между лабораториями достигает 4 марок водонепроницаемости (например, W4, W8, W12). Итоговая достоверность метода всего 30%.
Усовершенствованная установка ПНИПУ: как исключили человеческий фактор?
Ученые ПНИПУ разработали автоматизированную испытательную установку с контактным датчиком. Датчик крепится на поверхность образца: как только вода просачивается, электрическая цепь замыкается, и прибор мгновенно фиксирует давление и время протекания. Дополнительно механический манометр заменили на более точный электронный датчик давления.
Эксперимент в шести лабораториях: подтверждение эффективности Мы провели эксперименты с участием шести строительных лабораторий. Сначала по стандартному методу результаты варьировались на 3 марки (от W8 до W14). Затем на модернизированной установке расхождения сократились до 1–2 марок. Достоверность возросла с 30% до 80%, комментирует Наталья Ванькова, старший преподаватель кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ.
Проблема калибровки и новое решение эталоны из кремнезема
Для точной работы установки требуется регулярная аттестация на образцах с известными свойствами. Для бетона такие образцы отсутствовали из-за неоднородности материала. Ученые ПНИПУ впервые создали эталоны из кремнезема искусственного материала с контролируемыми свойствами. Технология включает прессование и сушку при строгой температуре 200 °C. Отклонение свойств между образцами составляет всего 5–7%, что делает их практически идентичными.
Практическое применение разработки
Модернизированную установку и эталонные образцы можно применять в любых строительных лабораториях на заводах, стройплощадках, в испытательных центрах. Они обеспечивают более точный инструмент для определения водонепроницаемости бетона одной из важнейших характеристик наряду с прочностью. Это позволит эффективнее отсеивать некачественный материал и повысит долговечность и безопасность строящихся объектов.
Кстати, ранее наш журнал рассказывал об учёных Пермского Политеха, которые создали новый состав пеностекла. Благодаря этой разработке прочность бетона удалось повысить на 27%.
Журнал «Химагрегаты» опубликовал эксклюзивное интервью с Любовью Владимировной Закревской, доцентом кафедры «Строительное производство» Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ). В беседе она раскрыла секрет уникального материала, способного делать здания невидимыми для тепловизоров.