Бетоны на основе цемента НЦ, разработанного в НИИЖБе, условно можно разделить на две основные группы: бетоны напрягающие и бетоны с компенсированной усадкой. Первые применяют, если в проекте есть требование по самонапряжению, то есть предварительному напряжению бетона и арматуры в результате расширения цементного камня и бетона. Состав напрягающего бетона подбирают из условия получения необходимой величины самонапряжения. В этом случае расход НЦ оказывается, как правило, большим, чем требуется для обеспечения необходимой прочности. Состав же бетона с компенсированной усадкой подбирается по традиционной методике – по критерию прочности с учетом необходимой пластичности (удобоукладываемости). Для достижения бетоном равной прочности НЦ требуется приблизительно на 10 % меньше, чем портландцемента.

Особенно эффективно применение бетонов на НЦ в конструкциях и сооружениях, требования по трещиностойкости, водонепроницаемости и долговечности к которым особенно высоки. Это:

• емкости различного назначения;

• плавательные бассейны;

• насосные станции и очистные сооружения;

• трубы напорные и безнапорные;

• несущие подземные конструкции, в том числе тоннели метрополитенов;

• конструкции большой протяженности и площади – покрытия дорог, аэродромов, трибун стадионов, эксплуатируемых кровель, автодорожных мостов, искусственных конькобежных дорожек и полей;

• полы гражданских и промышленных зданий;

• ограждающие конструкции, возводимые методом «стена в грунте»;

• конструкции с предварительно напряженной арматурой.

НЦ является расширяющимся вяжущим и увеличивается в объеме после достижения бетоном прочности 8-15 Мпа, которая обеспечивает сцепление с арматурой. В результате арматура получает напряжение растяжения, бетон – сжатия, а бетонная конструкция становится самонапряженной (преднапряженной).

Прочность бетона в процессе эксплуатации – важнейший показатель качества любой железобетонной конструкции. У бетонов на основе НЦ она обычно составляет 40–70 Мпа и при этом весьма интенсивно растет даже после 28 суток. Кроме того, эти бетоны обладают более высокой (на 25 %), чем обычно, прочностью на растяжение, что в сочетании с самонапряжением придает конструкциям повышенную трещиностойкость.

Бетоны на основе НЦ являются практически водонепроницаемыми (W 12–20), а их газонепроницаемость примерно в 40 раз выше, чем у тяжелого бетона на основе портландцемента.

Долговечность железобетонных конструкций на основе НЦ в условиях климата средней полосы России в значительной степени определяется высокой морозостойкостью (F 500 и более) – до 1500 циклов замораживания-оттаивания. Благодаря мелкоячеистой структуре с замкнутыми порами эти бетоны в 3–6 раз повышают долговечность железобетонных конструкций.

Плотная мелкозернистая структура повышает и коррозионную стойкость бетонов, в том числе в сульфатных средах. Практически теми же свойствами обладают и бетоны на смеси портландцемента и расширяющей добавки РД. Они не требуют специальной защиты при содержании в воздействующих водах ионов SO42 до 5000 мг/л. Не нужна им защита и в других агрессивных средах.

Такие составы с успехом могут применяться в гидротехнических сооружениях. Как показали опыты на образцах, уплотненных вибрированием, устойчивость бетонов на напрягающих цементах даже в морской воде в 1,5–5 раз больше, чем у бетонов на основе портландцемента. Актуальность водонепроницаемых бетонов для возведения подземных и гидротехнических сооружений определяется еще и тем, что они не фильтруют воду даже при давлении 20 атмосфер.

Увеличение объема НЦ в процессе твердения в значительной мере нейтрализует влияние усадки, обычно негативно сказывающейся на прочности бетонов на обычном портландцементе. Кроме того, бетоны на основе НЦ дают высокое сцепление со старым бетоном (в 1,5–2 раза больше обычных), что особенно важно в ремонтно-восстановительных работах и усилении конструкций.

Для решения задачи полной гидроизоляции в индивидуальном малоэтажном строительстве эффективно применение гидроизолирующего цемента «Гидро-S» и смеси «Гидро-SII Плюс». Их используют для водонепроницаемых конструкций: стен подвалов, бассейнов, эксплуатируемых плоских крыш, для ремонта отсыревающих и затапливаемых строений, фундаментов зданий, расположенных на участках с высоким уровнем грунтовых вод.

Необходимо отдельно отметить высокую эффективность технологии сухих смесей для получения бетонов и растворов с высокой водонепроницаемостью. В отличие от обычной технологии приготовления бетона она позволяет тщательно подбирать гранулометрический состав заполнителей и наполнителей, что в совокупности с рациональным подбором вяжущего обеспечивает получение бетонов с высокой водонепроницаемостью.

Кроме оптимизации состава и подбора компонентов эффективным способом повышения водонепроницаемости бетона является модификация химическими добавками различного действия: пластифицирующими, расширяющимися, уплотняющими, гидрофобизирующими и др. Введение добавок позволяет в разы повышать водонепроницаемость бетонов.

Поскольку используемые для первичной гидроизоляции бетоны готовятся на гидравлических вяжущих, большое значение имеют условия твердения. Наименьшая водопроницаемость бетона наблюдается при водном твердении. В этом случае через 1 месяц она снижается в несколько раз по сравнению с проницаемостью бетона при воздушно-сухом или воздушно-влажностном твердении.

Для получения непроницаемых конструкций необходимо обеспечить и тщательное уплотнение бетонной смеси, предотвращающее образование технологических фильтрующих дефектов. При этом нельзя допустить расслоения и водоотделения бетонной смеси.

Благодаря развитию химии вяжущих веществ, эффективных видов химических добавок и совершенствованию производства разработана большая номенклатура составов сухих смесей на основе минеральных вяжущих, обладающих эффектом самоуплотнения.

Практика применения и многочисленные испытания позволили АНТЦ «Алит» разработать сухую смесь – бетонную цементную гидроизоляционную самоуплотняющуюся «АЛИТ СБВ-22» (табл. 1.1). [5]

При строительстве новых сооружений для придания бетону гидроизоляционных и гидрофобных свойств применяется добавка к бетону ADDIMENT DM2 производства Heidelberger Zement. В результате ее реакции с частицами цемента образуются нерастворимые кристаллы, закупоривающие капилляры бетона, через которые может поступать вода. Благодаря этому, возрастают сопротивление химическому воздействию, морозостойкость и осуществляется капиллярная отсечка – защита арматуры от коррозии. В результате полностью отпадает необходимость устройства гидроизоляционных покрытий, что ведет к снижению себестоимости и увеличению долговечности конструкции. Добавку DM2 рекомендуется использовать совместно с пластификатором BV1 или BV3 [6]. Разработанная швейцарской компанией «Sika» специальная система материалов обеспечивает водонепроницаемость наземных и подземных сооружений.

Добавка «Sika Fume HR» применяется в новом строительстве для бетона на основе микрокремнезема. Она значительно улучшает плотность, прочность, адгезию и обеспечивает водонепроницаемость.

Очень важная часть строительных работ, о которой проектировщики и строители часто забывают, – устройство деформационных швов, предотвращающих растрескивание бетонных конструкций, придающих им эластичность, способность приспосабливаться к изменениям окружающей среды и не допускающих проникновения влаги извне. Стоимость работ по закладке швов очень невысока, но пренебрежение ими может привести к немалым затратам при исправлении ошибок во время эксплуатации уже готовых сооружений.

Специалисты научно-производственного предприятия «Спецгидроизоляция «Монолит» уже в течение нескольких лет, основываясь на собственных разработках и опираясь на мировые достижения в сфере гидроизоляции, выполняют работы по созданию деформационных швов, соответствующих самым высоким требованиям надежности. На основании опыта, приобретенного компанией на объектах «Метростроя», «Водоканалстроя» и объектах атомной энергетики, разработан специальный гидроизоляционный состав «Гидропласт», который создан с учетом эксплуатации сооружений в разных климатических и гидрогеологических условиях России. В сочетании с западными разработками, а в мире эта отрасль очень развита, состав «Гидропласт» позволяет максимально повысить надежность и долговечность сооружений.