Вода поднимается вверх по бетону

Капиллярные явления

Капиллярные явления возникают на границе двух сред — жидкости и газа — и приводят к искривлению поверхности жидкости, делая её выпуклой или вогнутой. В этой статье речь пойдёт о том, как возникает капиллярный эффект в случае воды вообще, и в частности, как проявляется капиллярное поднятие влаги в грунте.

Когда вода налита в сосуд, её поверхность ровная, но возле стенок сосуда возникает изгиб поверхности воды. Если стенки смачиваются, то поверхность получается вогнутая, если стенка сосуда сухая и не смачиваемая — поверхность будет выгнутая.

Капиллярное явление у смачиваемой стенки сосуда.

Притяжение молекул воды и молекул стенки сосуда больше, чем между молекулами воды и воды, поэтому вблизи стенки сосуда вода поднимается вверх по стенке — это и есть капиллярный эффект. Капиллярная сила поднимает воду до тех пор, пока не уравновесится гидростатическим давлением воды.

В узких сосудах расстояние между стенками очень мало, выгнутости поверхности воды соединяются между собой, суммируется и капиллярная сила, поэтому уровень воды в тонкой трубке — капилляре — может подняться выше, чем он есть в большом сосуде.

Поднятие воды в капилляре.

Чем тоньше капилляр, тем больше капиллярная сила, тем выше поднимется вода вверх.

Эффект капиллярного поднятия влаги в грунте

Любой грунт имеет поры, а каждая пора — это такой же капилляр, как стеклянная трубка, только очень маленький. Поэтому все грунты в той или иной степени подвержены капиллярному явлению: происходит подъём влаги снизу вверх вопреки силе тяжести.

Высота подъёма капиллярной влаги зависит от типа грунта: в глинистых грунтах она достигает 1,5 м а в песчаных ограничивается 30 см. Это связано с тем, что в песчаных грунтах поры слишком большие и капиллярная сила мала. Частички глины гораздо меньше песчинок, поэтому в глине поры меньше, а капиллярный эффект больше.

Капиллярный эффект нужно учитывать при заложении фундамента: влага от уровня грунтовых вод может подниматься на 1,5 м выше (в случае глины), и если основание фундамента оказывается ниже этого уровня, то фундамент окажется во влажном грунте. А это означает снижение несущей способности грунта и угрозу переувлажнения фундамента. Для того, чтобы защитить фундамент от влаги необходима гидроизоляция.

Капиллярный эффект в бетоне

Капиллярные явления возникают не только в грунте, но и в бетоне, из которого сделан фундамент. Бетон пористый материал, и его поры — это такие же капилляры, по ним влага будет распространятся вверх и вглубь. Если подошва фундамента опирается на влажный грунт, то влага через его подошву будет подниматься вверх, дойдёт до стены цоколя и дома и пойдёт дальше. В последствии это приведёт к разрушению фундамента и стен. Чтобы этого не происходило делают горизонтальную гидроизоляцию между грунтов и подошвой фундамента, а так же между цоколем и стеной дома.

К этой статье есть подборка видео (количество видеороликов: 2)

Влажность грунта — это характеристика, которая показывает степень его насыщения влагой, выражается в процентах. От влажности зависит несущая способность грунта и его максимальная степень уплотнения.

Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.

Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.

Источник

Капиллярное поднятие

Капиллярное поднятие Капиллярное поднятие – поднятие воды, содержащейся в грунте, по пустотам капиллярного размера под действием сил её поверхностного натяжения. Поднятие воды в капиллярах происходит за счёт энергии взаимодействия молекул воды с молекулами поверхности, разделяющей воду и частицы грунта, в результате поверхностного натяжения воды. В капиллярах между частицами поверхность воды приобретает вид вогнутых менисков, а сила поверхностного натяжения направлена по касательным к вогнутым поверхностям менисков. Под влиянием суммы вертикальных составляющих этих сил вода по капиллярам поднимается на высоту капиллярного поднятия. Его высота увеличивается с ростом поверхностного натяжения, уменьшением радиуса пор, плотности поровой жидкости и с увеличением угла смачивания и капиллярного давления.

Высота капиллярного поднятия

Величина высоты капиллярного поднятия определяется зависимостью h_c=2 σcosθ /rρ_wg= P_кап/ρ_wg, где σ – поверхностное натяжение жидкости; θ – угол смачивания; r – радиус капилляра; ρ_w – плотность воды; g – ускорение свободного падения.

В грунтах высота капиллярного поднятия зависит от их минерального и химического составов, структурно-текстурных особенностей, состава и свойств поровой жидкости. Влияние химико-минерального состава проявляется через угол смачивания, который зависит от смачиваемости минерала жидкостью. У гидрофильных минералов θ→0, у гидрофобных θ→90 0 . Гидрофильные плёнки на поверхности частиц увеличивают величину капиллярного поднятия, гидрофобные снижают её. Влияние структурно-текстурных особенностей грунтов проявляется через их дисперсность, увеличиваясь с её ростом.

Высота капиллярного поднятия в однородных несвязных грунтах (по А. Аттенбергу)

Источник

Какое влияние оказывают грунтовые воды на бетон — что нужно для защиты фундамента?

При строительстве часто происходит так, что во время рабочего процесса грунтовые воды обнаруживаются на глубине 1—2 м от поверхности. Бетонное дно фундамента, которое ниже уровня залегаемого водоносного слоя, будет рыхлым и потеряет первоначальные качества. В таком случае появятся трещины, просадка грунта. Чтобы исключить возможные деформации, на участке проводят дренажные работы, рассчитывают и подбирают устройство основания.

Влияние грунтовых вод на фундамент

Вода, пытаясь преодолеть бетонное препятствие, проходит сквозь пустоты в структуре бетона. Под давлением она поднимается вверх и нарушает целостность бетонного слоя. За счет большого содержания солей, которые называются агрессивными и кристаллизуются, объем в порах становится больше, тем самым разрушаются несущие конструкции, что приводит к деформации основания и повреждениям слоя штукатурки. Отсюда и появление налета, темных пятен и неприятных запахов. На участках с близко расположенной к поверхности верховодкой возникают такие непредвиденные трудности:

• заливание дна подвала водой;
• нарушение прочности под воздействием солей;
• возникновение плесневых грибков из-за повышенной влажности;
• деформация основания вследствие увеличения в объеме при замерзании жидкости;
• сложности при обустройстве садового двора и посадке деревьев;
• необходимость выполнения дренажа для отвода жидкости.

Заливка фундамента при высоком уровне грунтовых вод

Под землей воды, не имеющие стока, оказывают давление на преграды в виде бетонных конструкций. К примеру, 1 кв. метр основания подвала, помещенного на 1 метр в грунтовые воды, получает давление, равное 1 тонне. Сила сопротивления, учитывая эту особенность, должна быть надежной, для этого устанавливают бетонную плиту 0,5 метра. Грунт с верховодкой выше точки его промерзания зимой будет подвержен силам морозного пучения. При выборе фундамента при таком стоянии жидкости необходимы:

• Цельная монолитно-железобетонная плита. Укладывают в грунт со сложным составом и плавучими свойствами, так как конструкция легко выдерживает морозное пучение. Отсутствует необходимость дренировать грунт.
• Ленточное основание. Такой вариант подойдет не для любого здания — имеет значение и его этажность, и материалы, используемые в строительстве. Уровень подпочвенного течения должен быть ниже 1 м.
• Столбчатый фундамент. Противостоит деформации почвы при замерзании жидкости.

Если гидроизоляция заложена неверно, то под давлением дно подвала выдавливается и слой изоляции разрушается. Вода заполняет помещение, оставляет высолы на стенах и способствует размножению грибка и плесени. Лучше всего при высоко поднятом уровне верховодки строить дом без подвала, а стены поднимать сразу от плиты.

Как можно заливать фундамент при высоком уровне ГВ?

Существует 2 способа заливания бетонной смеси в воде: с использованием свай и кессонным методом. В свайном методе используют железобетонные столбы, скрепленные паз-шипом. Для этого процесса применяют особый вид бетона, состоящий из насыщенного и ненасыщенного вида с добавлением портландцемента. Первый вид цемента более прочный, его выкладывают на опалубку, вторым заливают ядро возводящейся конструкции. Чтобы не произошла утечка смеси через щебень, на дно выкладывают брезент, закрывая и опалубку. Когда нижний слой затвердевает, то сверху выливают следующий раствор для создания монолитной конструкции.

Кессонный способ используют при сильном подземном течении либо при волновых явлениях. В таком случае опалубку делают из металла. На больших строительных территориях производят сборку кессона. В котлован забрасывают мешки с бетонным раствором. После их растворения смесь застынет, образуя надежное дно. После установок металлических свай с небольшим внешним уклоном их стягивают металлической крепкой проволокой. Далее под водой подводят специальные трубы с цементом и бетонируют участок.

Как отвести воду при заливке?

Во время строительства вырытая яма может начать заполняться водой. Работы по осуществлению водоотведения заключаются в отводе жидкости, используя комплекс систем из открытого и закрытого дренажа. Их установка может быть по отдельности и одновременно. Вода с помощью специальных глубинных насосов поступает в вырытый котлован-сборник. При сооружении временных водоотводных каналов применяют дренаж и бетонный лоток. При необходимости откачать воду из глубинных горизонтов используют игло-фильтровые установки, которые способны погружаться в землю до 7 м и осушать участок строительства.

Устройство дренажной системы

Дренажные работы проводят с целью снижения уровня грунтовых вод. Применяют 2 метода. Первый подразумевает завоз сухого песка или грунта, укладка его минимум на 0,5 метра. Второй вариант бюджетный и заключается в выстраивании сети мелиоративных канав по границам планируемой постройки. Эти выемки выполняют как в открытом, так и в закрытом виде. На дно выкладывают глину и щебень. Закрытые сделаны из асбестоцементных труб с отверстиями снизу для поступления жидкости. Принцип действия состоит в том, что влага скапливается в вырытых ямах за счет отсутствия сопротивления грунта. Стенки выемок при конструировании укрепляют деревянными элементами, чтобы не допустить появления оползней.

Для исключения возможного оползания стенок, канавы следует засыпать песчано-гравийной смесью или щебнем. Доменный шлак желательно не использовать, чтобы не загрязнять окружающую среду.

При проведении работ немаловажен рельеф местности. Если конструкция будет построена под наклоном, то ямы вырывают поперек, чтобы защитить их от разрушения проливных ливней и паводков. Если участок застройки ровный, то следует выполнить небольшой уклон: для траншеи на расстояние до 10 метров уклон составляет 5 см. Поступающая вода должна отводиться за пределы участка в ров или в специальную дренажную трубу.

Источник

Водонепроницаемость бетона: что это, и от чего она зависит

Бетон — один из самых распространенных в строительных работах материалов.

Поскольку он используется для изготовления объектов, которые напрямую контактируют с неблагоприятными условиями окружающей среды, большое значение имеет способность бетона не пропускать воду.

Почему бетон может пропускать воду, и чем это грозит?

Дело в том, что, хотя бетон выглядит очень плотным и неуязвимым, он имеет большое количество пор и капилляров в своей структуре.

По капиллярам в толщу бетона попадает вода. В результате там может развиться жизнедеятельность бактерий и грибков, споры которых всегда есть в воздухе и воде. Эти микроорганизмы и микрофлора способны серьезно навредить бетону, поскольку продукты их жизнедеятельности содержат губительные для него кислоты и щелочи.

В холодные сезоны, когда температура воздуха опускается ниже нуля, вода в порах бетона замерзает и, согласно законам физики, расширяется. Повторные циклы замораживания и оттаивания приводят к появлению микротрещин, в которые попадает еще больше воды. Так постепенно прочный и крепкий материал разрушается.

Водонепроницаемость бетона имеет особенно большое значение для конструкций, которые в процессе эксплуатации будут намокать: фасады зданий, которые намокают от осадков и могут впитывать влагу из воздуха; фундаменты, особенно на влажных грунтах, в которых вода легко перемещается как вниз так и вверх по грунту возле стен и под полом подвала; гидротехнические сооружения; полы в производственных помещениях и т.д.

Факторы, влияющие на водонепроницаемость бетона

На количество и размер пор и капилляров в толще бетона напрямую влияет его плотность, поскольку, чем выше плотность, тем меньше в бетоне пор, и меньше их диаметр.

Факторы, которые приводят к снижению плотности бетона:

1. некачественное перемешивание смеси;
2. плохое уплотнение бетона;
3. излишек или недостаток воды затворения;
4. несоблюдение условий, необходимых для отвердевания бетона.

Эти факторы связаны друг с другом.

Для получения бетона вяжущее вещество водного твердения — цемент — смешивают с водой и заполнителями. Чтобы запустить реакции гидратации, продуктом которых и является прочный материал с кристаллической структурой (бетон), достаточно водоцементного соотношения, равного 0,3.

На практике такое в/ц обычно не используется; нужно 0,45–0,55, чтобы у бетонной смеси была нормальная для работы консистенция. Тем не менее, чем ниже в/ц, тем плотнее будет бетон, но низкое водоцеменное соотношение приводит к снижению подвижности бетона (смесь становится «жесткой»), и укладка его становится очень трудоемкой. Без виброобработки при укладке бетона в нем возможно появление каверн и полостей, что впоследствии плохо скажется на плотности и водонепроницаемости.

Казалось бы, проблему легко решить, добавив воды. Но это ошибочный ход мыслей; при излишнем добавлении воды в смесь не вся вода вступает в реакцию с цементом. Излишки воды впоследствии высыхают, но они оставляют полости, из-за чего прочность бетона снижается.

Трудоемкие процедуры по уплотнению бетона можно заменить добавлением в бетонную смесь пластификаторов. Эти добавки разработаны таким образом, чтобы минимизировать размер пор и улучшить удобоукладываемость бетона, вследствие чего бетонное изделие получится более плотным, а значит, и менее проницаемым для воды.

Дополнительные преимущества использования пластификаторов:

1. экономия цемента и воды;
2. экономия времени и электроэнергии благодаря отсутствию виброобработки;
3. увеличение срока жизни бетонной смеси.

Советуем изучить: Пластификаторы

Еще один фактор снижения водонепроницаемости бетона — большая усадка, из-за которой появляются трещины.

Причины усадки:

1. отсутствие или недостаток армирования;
2. неправильные условия, в которых бетон отвердевает.

Оптимальные условия твердения бетона — температура около 18° С и почти стопроцентная влажность. При снижении температуры скорость набора прочности снижается вплоть до полной остановки при температуре ниже +5° С. С другой стороны, при повышении температуры воздуха появляется риск высыхания бетона, а поскольку цемент — это вяжущее водного твердения, высыхание приводит к снижению прочности.

Чтобы набор прочности происходил оптимально, используются специальные химические противоморозные добавки, которые позволяют вести бетонные работы даже в морозы, а также используют другие методы (укрывание и обогрев бетона). В жаркую погоду бетон укрывают и поливают водой. Для предотвращения усадки бетон армируют не только металлической арматурой, но и специальными волокнами, к примеру, фиброволокном.

Советуем изучить: Фиброволокно

Как возраст бетона влияет на его водонепроницаемость

Как известно, скорость набора прочности бетона неравномерна. Сразу после укладки она очень высокая, затем постепенно замедляется. Бетон созревает на 28-е сутки. Именно тогда его показатели достигают расчетных значений. Однако набор прочности, пусть и в очень медленном темпе, продолжается в течение многих месяцев.

Вот почему водонепроницаемость бетона с возрастом увеличивается, особенно в тех случаях, когда набор прочности происходил в условиях повышенной влажности.

Способы определения водонепроницаемости

Водонепроницаемость бетона имеет большое значение для конструкций, которые эксплуатируются в условиях высокой влажности, а также при низких температурах. Вот почему необходимы критерии ее оценки и способы определения.

ГОСТ 12730.5-84 рекомендует следующие методы оценки водонепроницаемости бетона:

1. По «мокрому пятну». На образец в специальной установке под давлением подается вода, пока она не просочится на обратную сторону. Давление постепенно повышают и регистрируют ту его величину, при которой вода просочится сквозь бетон.
2. По коэффициенту фильтрации. Через образец пропускают воду и измеряют количество фильтрата и время фильтрации.

Оба этих метода очень длительные, поэтому разработаны ускоренные способы, которые применяются чаще:

1. По воздухопроницаемости.
2. Измерение коэффициента фильтрации фильтратометром.

Характеристика марок бетона по водонепроницаемости

Водонепроницаемость в маркировке бетонов обозначается литерой W с числовым показателем от 2 до 20 в соответствии с ГОСТ 26633 и обозначает максимальное давление воды, которое выдерживает бетонный образец цилиндрической формы высотой 150 мм в ходе стандартных испытаний (в МПА*10 -1 ).

Повышенная водонепроницаемость начинается с W6 и выше. Для большинства конструкций такой водонепроницаемости бетона достаточно.

Способы повышения водонепроницаемости бетона

Водонепроницаемость бетона можно повысить различными способами, выбор оптимального метода или их комбинаций зависит от конкретных целей и требований:

1. Применение пластифицирующих добавок с одновременным снижением водоцементного соотнощения с целью получить более плотный, а значит, более водонепроницаемый бетон.
2. Использование глиноземистого цемента.
3. Добавление сульфатов железа или алюминия в бетонную смесь.
4. Добавление в смесь гидрофобизаторов (объемный метод гидрофобизации).
5. Использование пропиток и обмазочных материалов.

Гидрофобизаторы делятся на группы по типу активного вещества:

1. кремнийорганические полимеры (силоксаны);
2. кремнийорганические олигомеры (силиконы);
3. алкинсиликонаты калия;
4. алкилалкоксисиланы и силоксаны;
5. алюминат натрия.

Если старые гидрофобизаторы отличались токсичностью, современные добавки достаточно безопасны.

Преимущества гидрофобизаторов:

1. повышают прочности бетона;
2. в некоторых случаях увеличивают подвижность бетонной смеси, позволяя обойтись без пластификатора;
3. повышают морозостойкость;
4. защищают арматуру;
5. безопасны.

Основной их недостаток — повышение теплопроводности бетона и снижение его теплоизолирующих свойств.

Какой бетон использовать для фундамента

Для фундамента прежде всего выбирают бетон по прочности. Дома бывают разные: легкие деревянные, более тяжелые кирпичные или из других материалов, одно-, двух и многоэтажные. Соответственно, они требуют разных показателей прочности бетона. Бетон низкой прочности не выдержит нагрузку, что может закончиться фатально, а избыточная прочность приведет к нерациональному расходованию средств.

При выборе бетона учитывается и характер грунта. Большое значение имеет водонепроницаемость бетона, поскольку он будет контактировать с грунтом.

Если дом строится в местности с высоким залеганием грунтовых вод, выбирают более высокий класс бетона и используют гидрофобизирующие добавки.

Для строительства зданий не выше двух этажей, а также бань, деревянных домов применяют бетон В15. Для многоэтажных кирпичных домов — В22,5.

В20 считается универсальным классом бетона для фундаментов в частном строительстве.

Чтобы обеспечить необходимую прочность, подвижность П3—П4, морозостойкость F150 и водостойкость W6, используют, как минимум, 310 кг цемента на 1 куб бетонной смеси.

Принимаясь за самостоятельные строительные работы, следует понимать их объем и трудоемкость. Возможно, имеет смысл закупать готовый бетон. Если же бетонная смесь замешивается и укладывается собственными силами, огромным подспорьем в работе будут специальные добавки для бетона, такие, как пластификаторы и гидрофобизаторы. Они позволяют экономить средства на оплату цемента, воды, электроэнергии, затраты времени и труда на замес, укладку и обработку бетона и при этом получать изделия безупречного качества.

Источник