Способ определения водонепроницаемости бетона и устройство для его осуществления
METHOD OF DETERMINING WATER IMPERMEABILITY OF CONCRETE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к исследованию свойств бетонов, в частности к оценке их водонепроницаемости.
Известен способ определения водонепроницаемости бетона по мокрому пятну, включающий подачу воды к нижней торцевой поверхности образца бетона, постепенное повышение давления воды ступенями и фиксацию величины давления, при которой появились признаки фильтрации воды на верхней торцевой поверхности образца (см. ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. - М.: Стандартинформ, 2019. - С. 2-3, п. 4).
Недостатком известного способа является невозможность испытания непосредственно конструкции при одновременно высокой трудоемкости и продолжительности испытания, связанных с необходимостью установки образцов в гильзы и длительным выдерживанием образцов на каждой ступени давления соответственно.
Известен способ определения водонепроницаемости бетона по коэффициенту фильтрации, включающий подачу воды к верхней торцевой поверхности образца бетона, постепенное повышение давления воды ступенями до появления признаков фильтрации в виде отдельных капель, измерение давления, температуры, геометрических параметров образцов, времени фильтрации и веса фильтрата и расчет коэффициента фильтрации (см. ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. - М.: Стандартинформ, 2019. - С. 3-5, п. 5).
Недостатком данного способа является невозможность испытания непосредственно конструкции при одновременно высокой трудоемкости и продолжительности испытания, связанных с необходимостью гидроизоляции боковой поверхности образцов и длительным процессом фильтрации соответственно.
Наиболее близкими аналогом к заявляемому способу является ускоренный способ определения водонепроницаемости бетона по коэффициенту фильтрации, включающий подачу воды под давлением к одной из граней образца бетона, выдержку под постоянным давлением в течение времени, необходимого для поглощения бетоном заданного количества воды, измерение диаметра мокрого пятна и оценку скорости фильтрации путем расчета коэффициента фильтрации (см. ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. - М.: Стандартинформ, 2019. - С. 11-12).
Недостатком известного способа является невозможность испытания непосредственно конструкции при низкой точности испытания, связанной с фильтрацией воды преимущественно через поверхностный слой образца.
Известен фильтратометр, состоящий из гидравлического ручного насоса, рабочих цилиндра и поршня, манометра, уплотнительной шайбы и клапана (см. ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. - М.: Стандартинформ, 2019. - С. 11, рис. Г.1).
Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является устройство для определения водонепроницаемости бетона, состоящее из резервуара с водой, водяного насоса, компенсационной камеры, манометра, испытательных гнезд и измерителей массы фильтрата (см. ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. - М.: Стандартинформ, 2019. - С. 10, рис. В.1).
Известные технические средства для определения водонепроницаемости бетона не позволяют производить испытания непосредственно конструкции в соответствии с заявляемым способом.
Техническая проблема известных технических решений заключается в невозможности испытания непосредственно конструкции при одновременно высокой трудоемкости и продолжительности известных способов определения водонепроницаемости образцов в одних случаях и их низкой точности - в других.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что способ определения водонепроницаемости бетона включает подачу в бетон воды под давлением к стенкам предварительно выбуренного шпура в испытуемом бетоне и оценку скорости фильтрации воды по времени падения давления от заданного начального до заданного конечного значения. При этом устройство для осуществления заявляемого способа состоит из резервуара с водой, водяного насоса, компенсационной камеры, манометра и гидрошланга с анкером для подачи воды под давлением к стенкам предварительно выбуренного шпура.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении возможности Проведения испытаний, как на образцах, так и непосредственно на конструкциях при одновременном увеличении точности измерения за счет исключения влияния поверхностного слоя испытуемого материала с одновременным снижением трудозатрат на определение водонепроницаемости бетона за счет сокращения времени испытания.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематично изображено устройство для определения водонепроницаемости бетона по скорости фильтрации через стенки выбуренного шпура;
- на фиг. 2 схематично изображена установка анкера в выбуренный шпур для определения водонепроницаемости бетона.
Устройство для определения водонепроницаемости бетона представляет собой насосную станцию, включающую резервуар 1 с водой, водяной насос 2, компенсационную камеру 3 и манометр 4 и соединенную посредством гидрошланга 5 с анкером 6 (фиг. 1) для подачи воды под давлением к стенкам предварительно выбуренного шпура 7 в испытуемом бетоне 8. Анкер содержит тело 9 в виде металлической трубки со сквозным отверстием и с упором на одном конце и наружной резьбой на другом, подвижную гильзу 10, уплотнитель 11 и гайку 12, позволяющую зажимать уплотнитель 11 между упором тела 9 анкера и подвижной гильзой 10 для создания внутри шпура 7 замкнутого объема (фиг. 2).
В соответствии с заявляемым способом водонепроницаемость бетона оценивают по скорости фильтрации воды через стенки предварительно выбуренного шпура в испытуемом бетоне. Известно, что скорость фильтрации воды через тело бетона при заданном давлении зависит от его водонепроницаемости, чем она выше, тем медленнее фильтруется вода. Поэтому для оценки скорости фильтрации воды по скорости падения давления в испытуемом бетоне 8, например, в образце или непосредственно конструкции, подготавливают шпур 7 заданного диаметра D и глубины путем бурения. Затем к стенкам шпура 7 подают воду с заданным избыточным давлением посредством устройства, состоящего из резервуара 1 с водой, водяного насоса 2, компенсационной камеры 3, манометра 4 и гидрошланга 5 с анкером 6 на конце. Для этого анкер 6 устанавливают в шпур 7, предварительно выбуренный в испытуемом бетоне 8. Вода из резервуара 1 поступает к анкеру 6 через водяной насос 2 и гидрошланг 5, которые позволяют осуществить подачу воды под давлением к стенкам шпура 7. Давление при этом контролируют с помощью манометра 4. При первой прокачке воды через систему (для удаления из нее воздуха) в компенсационной камере запирается воздух, который при росте давления сжимается, а при снижении расширяется по закону Бойля-Мариота P1*V1=P2*V2. Это позволяет строго привязать скорость падения давления к количеству отфильтрованной воды. После прокачки системы водой для герметизации поданкерного пространства между телом 9 анкера и подвижной гильзой 10 при помощи гайки 12 зажимают уплотнительное кольцо 11. Таким образом анкер 6 фиксируют на заданном удалении L от дна шпура 7, что создает замкнутый объем с заданной площадью стенок шпура и не позволяет воде свободно выходить вдоль стенок шпура 7. Уплотнительное кольцо 11 анкера 6 и обратный клапан водяного насоса 2 позволяют создать замкнутую систему, в которой фильтрация воды при избыточном давлении возможна только через стенки шпура 7 заданной площади. Затем поднимают давление за счет водяного насоса 2 до заданного начального значения давления р, регистрируют время  падения давления воды от р, МПа до заданного конечного давления  МПа. Полученное значение  при прочих равных условиях будет зависеть исключительно от водонепроницаемости бетона. Далее определяют марку по водонепроницаемости бетона, соответствующую измеренному времени  по заранее составленной градировочной зависимости, которая учитывает значения диаметра D шпура 7, длины L от дна шпура 7 до уплотнителя 11 анкера 6, начального давления р, конечного давления  и объема компенсационной камеры V.
Пример фактического использования.
Для обоснования заявляемого изобретения сконструировано и изготовлено устройство для определения водонепроницаемости бетона по скорости фильтрации через стенки шпура. В таблице 1 указаны основные характеристики данного устройства. Для построения градуировочной зависимости изготовлены образцы бетона различного состава и различной марки по водонепроницаемости (W0, W2, W4, W6, W8, W10, W12). В таблице 2 представлена составленная градуировочная зависимость. Фактическая марка по водонепроницаемости бетона определялась по методу мокрого пятна согласно ГОСТ 12730.5-2018. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости. Скорость фильтрации определялась по времени падения давления в соответствии с заявляемым способом. Полученная градуировочная зависимость позволила произвести сравнительные испытания с определением марки по водонепроницаемости для бетонов четырех различных составов. Образцы были испытаны по методу мокрого пятна согласно ГОСТ 12730.5-2018 Бетоны. Методы определения водонепроницаемости и в соответствии с заявляемым изобретением. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 3.
Как видно из таблицы 3 заявляемое изобретение позволяет с высокой точностью определять водонепроницаемость бетона. При этом одно испытание, включая подготовку шпура и установку анкера, занимает не более 40 минут, а проводить его возможно как на образцах, так и непосредственно на конструкции.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить возможность проведения испытаний, как на образцах, так и непосредственно на конструкциях при одновременном увеличении точности измерения за счет исключения влияния поверхностного слоя испытуемого материала с одновременным снижением трудозатрат на определение водонепроницаемости бетона за счет сокращения времени испытания.