Миграция воды в бетоне

Миграция (перемещение) влаги в растворах и бетонах изучалась в таких условиях,, когда один конец призматического образца находился в теплой воде, а другой подвергался попеременному замораживанию. Миграция влаги в постоянных условиях изучалась в других работах.

Теория миграции разработана советскими учеными А. Ф. Лебедевым, П. И. Андриановым, Н. А. Цытовичем и М. И. Сумгиным, А. В. Лыковым и др.

В замерзающем бетоне влага находится и мигрирует в виде пара, жидкости и льда. По А. Ф. Лебедеву, миграция влаги в виде пара является самой общей формой ее движения в природе. Согласно Н. А. Цытовичу и М. И. Сумгину основной причиной миграции пара является разность упругостей пара, создающаяся вследствие разности температур, а также вследствие различной кривизны менисков в порах.

В замерзающем бетоне миграция воды в виде пара может происходить в специфических формах. В процессе замораживания возможно передвижение водяного пара при постоянных температурах от переохлажденной воды ко льду с переходом перегоняемого пара сразу в лед. Причинами перемещения жидкой воды в бетоне являются сила тяготения и капиллярное давление, а в напорных конструкциях также одностороннее гидростатическое давление. Вместе с тем вода в замерзающем бетоне может передвигаться под влиянием напряжений, возникающих вследствие расширения части ее объема, переходящего в лед.

Эта форма миграции воды исследована М. И. Сумгиным в его теории пучения грунтов. Физическая сторона явления состоит в том, что вследствие приращения объема кристаллизующейся воды не замерзшая еще вода может перемещаться в некотором направлении, т. е. «может быть гидростатически нагнетена из рядом лежащих мест». Если система замкнутая, то развивающееся гидростатическое давление приводит к пучению грунта, как это бывает в районах вечной мерзлоты или в тех случаях, когда роль вечной мерзлоты играет водонепроницаемый подстилающий слой.

Н. А. Цытович и М. И. Сумгин предусматривали возможность перемещения влаги в грунтах под влиянием сил кристаллизации. Растущий кристалл льда как бы притягивает молекулы воды из своей гидратной оболочки, цельность которой сохраняется за счет «притягивания» в гидратный слой молекул свободной воды.

Миграция льда возможна под действием внешних сил и напряжений, которые возникают в материале при его замерзании и могут быть, по Б. П. Вейнбергу, причиной плавления части льда, находящегося в местах, характеризующихся повышенным давлением и пониженной температурой.

Часть выводов и закономерностей, полученных в смежных областях науки, могут быть применены к бетонам и растворам, которые имеют капиллярные поры, доступные для воды.