Вода затворения

Вода затворения — вода, необходимая для получения растворной или бетонной смеси или цементного теста требуемой консистенции.

Вода затворения — обязательный компонент цементных бетонов, гипсобетонов, силикатных бетонов и ряда других бетонов, обеспечивающий твердение неорганических вяжущих в результате протекания химических реакций между вяжущим и водой, таких как гидратация цемента.

Например, расход воды затворения для изготовления тяжёлого бетона лежит в диапазоне 80-240 л/куб.м^[1], для строительных растворов — 150—250 л/куб.м. Расход воды затворения зависит как от количества воды, необходимой для протекания реакции вяжущего с водой, так и от требуемой консистенции бетонной смеси.

Свойства воды затворения способны повлиять на все параметры качества бетонных и растворных смесей и цементного теста. Вода затворения выполняет функции растворителя и основного химического реагента, взаимодействующего с минералами цемента. Но в то же время, являясь активным растворителем, вода способна внести в состав бетона многие примеси, некоторые из которых могут быть отнесены к вредным^[2].

Источники воды затворения

Загрязнённая вода, используемая при изготовлении бетона, может вызвать проблемы при схватывании бетона или преждевременный выход конструкции из строя^[3]. Степень загрязнения воды устанавливают прежде всего по её цвету, запаху, вкусу, содержащимся взвешенным частицам и имеющейся или возникающей при сильном ударе пены. Эти критерии субъективны и недостаточны для оценки степени степени загрязнения воды — могут потребоваться инструментальные методы контроля^[4].

Возможные источники воды для затворения могут быть разделены на группы:

1. Питьевая вода. Не требует предварительных испытаний на пригодность. Является эталоном для сравнения с остальными источниками воды.

2. Вода из подземных источников. Пригодна после проведения испытаний.

3. Вода природных поверхностных вод, промышленных сточных вод. Пригодна после проведения испытаний.

4. Вода после промывки оборудования для приготовления и транспортирования бетонных смесей. Пригодна после проведения испытаний^[5][6]

5. Морская вода или вода с примесями солей (засоленная). Может быть использована для приготовления строительного раствора, бетона без армирования; в целом не подходит для железобетона и тем более для бетона с предварительно напряжённой арматурой, поскольку примеси солей (особенно хлоридов) вызывают коррозию арматуры. Не подходит для штукатурных растворных смесей, так как могут появиться высолы^[7].

6. Сточные воды. Для использования не подходят.

7. Болотная и торфяная воды. Для использования не подходят из-за высокого содержания гуминовых веществ и прочих органических загрязнителей.

Допускаемая к использованию вода не должна содержать химических соединений и примесей в количествах, которые могут повлиять на сроки схватывания цемента, скорость твердения, прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона, коррозию арматуры.

Помимо определения содержания отдельных загрязнителей проводятся сравнительные испытания составов на предлагаемой к использованию воде и на питьевой воде. Если по сравнению с результатами испытаний, проведённых на питьевой воде, сроки схватывания цемента изменяются не более чем на 25 %, прочность бетона через 7 и 28 дней нормально-влажностного твердения, а также морозостойкость и водонепроницаемость бетона не снижаются, а арматурная сталь в бетоне находится в устойчивом пассивном состоянии, то вода допускается к использованию.

Вредные примеси в воде затворения

Хлориды приводят к быстрой коррозии арматуры, что особенно опасно на преднапряжённом бетоне; в присутствии хлоридов ускоряется щелочная коррозия заполнителей^[8]. Содержание хлоридов не должно превышать 500 мг/л для железобетона с преднапряжённой арматурой; 1000—1200 мг/л — с обычной арматурой; для бетонов, не усиленных арматурой, количество хлоридов, не приводящее к негативным последствиям может доходить до 4500 мг/л^[9].

Сульфат-ионы SO₄^2- могут приводить к сульфатной коррозии цементного камня, максимальное содержание сульфат-ионов может составлять до 600 мг/л для преднапряжённого бетона, до 2000—2700 мг/л для прочего бетона и раствора^[10].

Водородный показатель должен быть не менее 4, оптимально 6-8. Если предполагается использование заполнителей , которые могут реагировать с щелочами, то вода должна быть испытана на содержание щелочей, как правило, их количество в пересчёте на гидроксид натрия не должно составлять более 1500 мг/л. Если этот предел превышен, вода используется только в случае принятия мер для предотвращения вредных щёлочно-кремнезёмных реакций, протекающих между щелочами и реакционноспособным микрокремнезёмом. Значение водородного показателя воды затворения практически не сказывается на времени схватывания цемента^[11] .

Такие примеси как сахара и фенолы способны замедлить схватывание цемента. Рекомендованное содержание сахаров в воде затворения не превышает 100 мг/л. В таких популярных добавках в бетон как лигносульфонаты (ЛСТ) содержится некоторое количество сахаров, которые приходится по этой причине удалять при очистке продукта^[12]. Качество использованной воды влияет и на сроки схватывания бетона^[13].

Нефтепродукты, масла и жиры могут сорбироваться на частицах цемента, замедляя гидратацию, а, следовательно, схватывание и твердение бетона и раствора; также они могут сорбироваться на частицах заполнителя, уменьшая их адгезию к цементному камню и прочность материала в целом. Нефтепродукты в воде затворения допустимы только в виде следов (радужной пленки) на поверхности.

Наличие поверхностно-активных веществ, определяемых по пене на поверхности недопустимо из-за возможного избыточного вовлечения воздуха в материал, что приводит к снижению прочности.

Вода с окраской, а также вода с гуминовыми веществами (проявляется увеличением интенсивности окраски при пробе со щелочью) должна с осторожностью использоваться в технологии декоративных бетонов, а также при изготовлении изделий для монтажа на наружных поверхностях зданий и сооружений.

Примеси карбонатов и бикарбонатов натрия и калия влияют на время схватывания бетона, при этом бикарбонат натрия может вызвать быстрое схватывание. Бикарбонаты могут ускорять или замедлять время схватывания в зависимости от соли, присутствующей с бикарбонатами^[14].

Примеси солей марганца, олова, меди и свинца вызывают снижение прочности бетона.

Общая жёсткость воды влияет на скорость схватывания цемента — чем выше жёсткость воды, тем быстрее происходит схватывание цемента^[11].

Температура воды затворения

Скорость схватывания и твердение вяжущих зависят от температуры цементного теста, растворной или бетонной смеси, а значит, и от температуры воды затворения. Оптимальной принятой в РФ при испытаниях цемента является температура воды затворения 18-22 °С^[15][16]. При отклонениях в температуре воды необходимо учитывать, что повышение температуры ускоряет схватывание цемента, снижение температуры замедляет схватывание цемента^[17].

В технологии бетона температура воды затворения позволяет управлять температурой бетона.

В жаркое время вода затворения охлаждается (вплоть до замены части воды затворения льдом)^[18].

При среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5°С и минимальной суточной температуре ниже 0°С вода затворения подогревается, поскольку подогрев воды технически осуществить легче чем заполнителей. Температура воды затворения не должна превышать 70 °С^[19] , в противном случае возможно «заваривание» цемента — резкое протекание процессов структурообразования в цементном тесте с потерей подвижности бетонной смеси.

Для ячеистого бетона, в частности пенобетона неавтоклавного типа, температура воды затворения является эффективным способом управления структурой пенобетона, позволяющим регулировать прочностные свойства^[20].

Изменением температуры воды затворения создаётся возможность регулировать сроки вспучивания формовочной смеси ячеистого бетона и достигать планируемую максимальную температуру массива^[21].

Активация воды затворения

Предпринимаются большие усилия для поиска путей активации воды затворения различными малозатратными методами. Цель активации воды затворения — в снижении расхода вяжущего и повышении экономической эффективности производства бетона. Известны научные работы по активации воды затворения физическими, механическими методами, особое внимание ученые уделяют электро- и магнитной активации воды^[22][23][24], а также ультразвуковой активации^[25]. Несмотря на достигнутый эффект в лабораторных условиях указанные способы не получили широкого распространения на практике.

Примечания

1. Руководство по подбору составов тяжёлого бетона  (рус.). М.: Стройиздат (1979). Дата обращения: 10 марта 2021. Архивировано 8 августа 2020 года.
2. Мюзиряев С.А., Лопатко И.С. Влияние состава воды на свойства бетона (рус.) // Самарский государственный технический университет : сборник статей "Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии". — Самара, 2017. — С. 136—137.
3. A.S.Al-Harthy. Use_of_Production_and_Brackish_Water_in_Concrete_Mixtures (англ.) // International Journal of Sustainable Water and Environmental Systems. — 2010. — January (vol. 1). — P. 39—43.
4. Райхель В., Конрад Д. Бетон. Часть I. Свойства. Проектирование. Испытания.. — М.: Стройиздат. — С. 20. — 1979 с.
5. С. Абдул Чайни, Уильям Дж. Мбвамбо. Безвредные для окружающей среды решения по утилизации промывочной воды на бетонном производстве  (рус.).
6. Санюкович А.В. Альтернативный метод очистки сточных вод бетонного производства  (рус.). Белорусский национальный технический университет.
7. Перкинс Ф. Железобетонные сооружения. Ремонт, гидроизоляция и защита. — М.: Стройиздат, 1980. — С. 48—50. — 258 с.
8. Добавки в бетон. Справочное пособие / под ред. В.С. Рамачандрана. — М.: Стройиздат, 1988. — С. 63—65. — 575 с. — ISBN 5-274-00208-0.
9. EN 1008:2002 Mixing water for concrete. Specification for sampling, testing and assessing the suitability of water, including water recovered from processes in the concrete industry, as mixing water for concrete
10. ГОСТ 23732-2011 Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия
11. How Does Mixing Water Quality Affect Cement Properties (англ.).
12. Тараканов О.В., Логинов Р.С. Влияние замедляющих добавок на формирование структуры цементных композиций (рус.) // Региональная архитектура и строительство. — 2009. — Т. 1. — С. 45—52. — ISSN 2072-2958.
13. Гомелаури В.Г., Мартыщенко Д.О. Влияние воды на качество железобетонной конструкции (рус.) // Проблемы развития современного общества. Сборник научных статей 6-й Всероссийской национальной научно-практической конференции, в 3-х томах.. — 2021. — С. 86-87.
14. Quality of Water used for Concrete Mixes-Concrete Technology (англ.). Дата обращения: 8 марта 2021. Архивировано 12 апреля 2021 года.
15. ГОСТ 310.1-76 Цементы. Методы испытаний  (рус.).
16. ГОСТ 30744-2001 Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка  (рус.).
17. Невиль А.М. Свойства бетона / Сокращённый перевод с английского канд. техн. наук В. Д. Парфёнова и Т. Ю. Якуб. — М.: Издательство литературы по строительству, 1972. — С. 16. — 344 с.
18. Льдогенераторы для строительных проектов в г. Абу Даби  (рус.).
19. СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная версия СНиП 3.03.01-87  (рус.).
20. Моргун Л.В., Моргун В.Н., Смирнова П.В. Регулирование прочностных свойств пенобетонов с помощью температуры (рус.) // Сб. тр. «Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве». — Украина, Севастополь, 2007. — С. 199—201.
21. Лаукайтис А.А. Влияние температуры воды на разогрев формовочной смеси и свойства ячеистого бетона (рус.) // Строительные материалы. — 2002. — № 3. — С. 37—39. — ISSN 0585-430X.
22. Макаева А.А., Помазкин В.А. Об использовании магнитоактивированной воды для затворения бетонных смесей // Бетон и железобетон, 1998, №3. – С.26-28.  (рус.)
23. Баженов Ю.М. и др. Теоретическое обоснование получения бетонов на основе электрохимически- и электромагнитноактивированной воды затворения // Интернет-вестник ВолгГАСУ. 2012. Выпуск 2 (22).  (рус.) Дата обращения: 8 марта 2021. Архивировано 19 августа 2019 года.
24. Сафронов В.Н., Петров Г.Г., Кугаевская С.А., Петров А.Г. Свойства твердеющих композиций на омагниченной воде (рус.) // Вестник ТГАСУ. — 2005. — № 1. — С. 134-142. — ISSN 1607-1859.
25. Кудяков А.И., Петров А.Г., Петров Г.Г., Иконникова К.В. Улучшение качества цементного камня путем многочастотной ультразвуковой активации воды затворения (рус.) // Вестник ТГАСУ. — 2012. — № 3. — С. 143-152. — ISSN 1607-1859.