Бетон увеличивает свою водонепроницаемость с возрастом благодаря продолжающимся химическим процессам гидратации цемента, уплотнению структуры материала и заполнению пор новообразованиями. Эти процессы зависят от взаимодействия воды и непрореагировавших частиц цемента, а также от постепенного уменьшения количества капиллярной пористости в бетоне.

1. Основные химические процессы, влияющие на увеличение водонепроницаемости

Гидратация цемента

Гидратация цемента — это основная химическая реакция, которая происходит при смешивании цемента с водой. В процессе гидратации образуются новые соединения (гидраты), которые заполняют поры и капилляры в структуре бетона, уменьшая его проницаемость для воды.

  • Реакция клинкерных минералов:
    • Основные компоненты портландцемента, такие как трикальцийсиликат (C3S) и дикальцийсиликат (C2S), вступают в реакцию с водой, образуя кальциевые гидросиликаты (C-S-H гель) и гидроксид кальция (Ca(OH)₂).
    • C-S-H гель является основным продуктом гидратации и отвечает за прочность и плотность бетона. С течением времени он продолжает расти, заполняя межпоровое пространство.
  • Долговременная гидратация:
    • После стандартного периода твердения (28 суток) около 50-60% цемента обычно уже прореагировало. Однако оставшиеся непрореагировавшие частицы цемента продолжают взаимодействовать с влагой из окружающей среды или внутренней влаги бетона.
    • Этот процесс может длиться годами, постепенно улучшая физико-механические свойства бетона и снижая его проницаемость.

Уменьшение капиллярной пористости

  • В начальной стадии твердения бетон содержит множество капилляров и микропор, которые образуются из-за избытка воды затворения.
  • По мере протекания реакции гидратации эти поры начинают заполняться продуктами реакции (например, C-S-H гелем), что приводит к уменьшению их объема и диаметра.
  • Уменьшение размеров капилляров снижает способность воды проникать внутрь бетона.

Карбонотация

  • Карбонотация — это процесс взаимодействия диоксида углерода (CO₂) из воздуха с гидроксидом кальция (Ca(OH)₂), который содержится в бетоне.
  • Реакция приводит к образованию карбоната кальция (CaCO₃), который дополнительно уплотняет структуру бетона: Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
  • Карбонат кальция осаждается в порах бетона, уменьшая их размер или полностью закрывая их.

2. Роль влаги во внутренних процессах

Внутренняя влага

  • Даже после завершения первичного твердения бетон сохраняет некоторую внутреннюю влагу благодаря физико-химическим связям воды с твердыми компонентами.
  • Эта внутренняя влага служит источником для продолжения реакции гидратации непрореагировавшего цемента.

Абсорбированная влага

  • Бетон способен поглощать влагу из окружающей среды. Это особенно важно для старого бетона, так как дополнительная вода активирует оставшиеся частицы цемента для дальнейшей гидратации.

3. Долговременное уплотнение структуры

С течением времени структура бетона становится более плотной за счет следующих факторов:

  1. Продолжение образования C-S-H геля.
  2. Осаждение карбоната кальция вследствие карбонотации.
  3. Уплотнение структуры под воздействием внешних нагрузок или условий эксплуатации.

Эти процессы приводят к значительному снижению количества открытых пор и капилляров, что делает бетон менее проницаемым для воды.

4. Зависимость от условий эксплуатации

Нормальные условия

При нормальных условиях влажности и температуры бетон демонстрирует постепенное увеличение водонепроницаемости благодаря стабильным реакциям гидратации и карбонотации.

Сухой жаркий климат

В условиях сухого жаркого климата скорость испарения влаги из бетона увеличивается, что может замедлить или даже остановить процессы гидратации на ранних стадиях. Это приводит к повышенной проницаемости материала на начальном этапе эксплуатации. Однако при поступлении влаги извне процессы могут возобновиться.

С возрастом бетон увеличивает свою водонепроницаемость благодаря следующим ключевым химическим процессам:

  1. Продолжение реакции гидратации непрореагировавших частиц цемента.
  2. Уменьшение капиллярной пористости за счет заполнения пор продуктами реакции.
  3. Карбонотация с образованием карбоната кальция.
  4. Постепенное уплотнение структуры материала под воздействием внутренних процессов и внешних факторов.

Эти процессы обеспечивают долговечность конструкции из бетона даже при неблагоприятных условиях эксплуатации.

От Админ

СибАДИ