Оценка водонепроницаемости песчаного бетона по его пористости
При изучении гидротехнических бетонов много внимания уделялось проблеме корреляционной связи между их водонепроницаемостью и пористостью. Многие авторы пытались решить эту проблему различными методами. Так, в работе [1] сделан вывод, что в структурах, подобных цементному камню, прямой связи между пористостью и проницаемостью не наблюдается. Противоположное мнение по этому поводу высказывается в работе [2] — автор предложил определять объем сквозных пор, связав его с проницаемостью степенной зависимостью
Однако эта гипотеза не учитывает многообразия связей отдельных видов пор. Например, самые крупные поры размером более 1 -10-2 мм практически не оказывают влияния на фильтрацию, так как количество и концентрация их в бетоне весьма незначительны, а современные способы уплотнения бетонных смесей исключают скопление таких пор в сквозные каналы [3]. Не способствуют фильтрации и самые мелкие поры, близкие по размерам к молекулам фильтруемого флюида. Некоторое влияние на фильтрацию оказывает диффузионный обмен между жидкостями сообщающихся пор и тупиковых или застойных зон поровой системы. Поэтому система пор, по которой в конкретных условиях и происходит фильтрация, которая отличается от сквозной и общей пористости, получила название активной пористости и может быть представлена зависимостью
Для исследования активной пористости наиболее эффективен метод фильтрации жидкости с радиоактивной не- сорбирующейся меткой, вводимой в исчезающе малых концентрациях [4]. Песчаный бетон, используемый для опытов, относится к системе, содержащей непористые жесткие частицы, что позволяет применять более простую одноиндикаторную методику. При этом жидкость, содержащая радиоактивный изотоп, внедряется в систему пор материала, заполненную намеченной жидкостью, и вытесняет последнюю. Под давлением радиоактивной жидкости из образца прежде всего выделяется фильтрат, заполнявший ранее поры материала. Появление активной метки в фильтрате свидетельствует о том, что меченая жидкость прошла толщу образца по самым крупным сообщающимся порам за время Тмин- В дальнейшем активность фильтрата нарастает, что свидетельствует о проникновении меченой жидкости во все более мелкие поры и по мере заполнения меченым раствором всех водопроводящих путей в бетоне становится равной, исходной. Это время, обозначаемое Тмакс, характеризует самые мелкие из сообщающихся пор.
На графике отмечены изучаемые зависимости для двух образцов-близнецов, степень водонепроницаемости которых одинакова, а структура и характер распределения фильтрующих пор по размерам имеют максимальное различие внутри серии испытанных образцов. Радиоиндикаторные кривые расположены весьма близко друг от друга, и выделить их индивидуальность невозможно. Но при- этом момент появления в фильтрате активной метки тМИн различен, отличаются и значения тМакс. Скорости накопления фильтрата, представленные в виде двух линейных зависимостей T—f(x), также отличаются для указанных образцов.
Образец вставляли в резиновое кольцо, смазанное с внутренней и внешней сторон вакуумной смазкой, и помещали в сконструированный авторами разъемный цилиндрический оголовок фильтрационной установки (рис. 1). Оголовок состоял из верхнего опорного фланца, соединенного с камерой для фильтруемой «меченой» среды, нижнего фланца, выполненного в виде воронки и предназначенного для сбора профильтровавшейся сквозь образец жидкости и соединительной муфты с резьбой. Образец в резиновом кольце помещали между фланцами и зажимами с помощью муфты, что исключало краевую фильтрацию в обход образца.
Цилиндрический резервуар над образцом заполняли меченой фильтрующейся жидкостью известной активности N0. На опорную площадку поршня помещали груз для создания постоянного градиента напора и включали секундомер для регистрации скорости фильтрации. Фильтрат на выходе из прибора собирали в мерную бюретку для измерения радиоактивности.
Сначала находили максимальный и минимальный размеры пор, определяющих фильтрацию в данных условиях. Затем все промежуточные поры разбивали на примерно равные интервалы и находили соответствующие им интервалы времени путем решения уравнения (3) относительно х.
Необходимо отметить, что полученные результаты применимы только для исследованных видов бетона. Сюда следует отнести мелкозернистые бетоны, а также растворную часть обычных бетонов. Бетоны с крупным заполнителем имеют несколько иные структурные характеристики, и проверка зависимости (8) для них требует дополнительного изучения.
Однако в целом определение зависимости между размерами фильтрующих пор и водонепроницаемостью привела к положительному решению этого вопроса. Результаты экспериментов показали несостоятельность утверждений некоторых исследователей, доказывавших отсутствие связи между пористостью и проницаемостью. Выбор же активной пористости в качестве характеристики водопроводящих пор позволил рассмотреть эту проблему с новых позиций.