CC BY
72
строительные материалы и конструкции
К вопросу о способах защиты наружных стен эксплуатируемых зданий от увлажнения грунтовой влагой
В.А. Козлов
НИИСФ РААСН
Повышенная влажность стен — это проблема для многих эксплуатируемых зданий, и особенно актуальной она является для стен подвалов и цокольных этажей эксплуатируемых в наиболее неблагоприятных условиях в непосредственном контакте с грунтовой влагой.
Практикой эксплуатации установлено, что значительное снижение эксплуатационных качеств зданий, их надежности и долговечности происходит при увлажнении нижней части наружных стен грунтовой влагой из-за потери горизонтальной гидроизоляцией своих водозащитных свойств. Выполненная из наиболее распространенных гидроизоляционных (окрасочных, оклеечных, мастичных) материалов, она утрачивает способность препятствовать проникновению влаги в толщу ограждения уже через 10—12 лет. Слои из цементных растворов с различными увлажняющими или гидрофобными добавками выполняют свои влагозащитные качества лишь при невысокой влажности грунтов и со временем также теряют свои водоотталкивающие свойства.
Длительное отсутствие или повреждение горизонтальной и вертикальной гидроизоляции в процессе эксплуатации зданий приводят к капиллярному подсосу грунтовых вод и увлажнению нижних частей стен. При этом высота подъема влаги для капиллярных систем определяется по формуле:
Ч =4о/дс ,
где О — поверхностное натяжение жидкости (для воды О = 72,5 х 10-3 н/м; С — минимальный диаметр капилляра (для строительных материалов С = 2 х 10-3 м); ] — плотность жидкости (для воды ] = 103 кГ/м3) ; д — ускорение свободного падения (9,81м/с2).
На практике чисто капиллярный подъем влаги в кирпичной кладке достигает высоты порядка 0,5 м, а случаи, когда влага поднимается на высоту 3—4, а иногда и 5—6 метров, становятся возможными из-за наличия в материале стен хлористых солей, обладающих высокой гигроскопичностью. Последствиями такого увлажнения являются снижение теплозащитных качеств наружных стен, загрязнение и порча отделки помещений, образование высолов на фасадах зданий, а также возникновение плесени и грибка на увлажненных внутренних поверхностях наружных стен.
Следует отметить при этом, что плесень и грибок на стенах помещений могут привести к ряду серьезных заболеваний у людей, которые вынуждены жить и работать в таких помещениях. Так, результаты исследований за рубежом (в частности, в Германии, Норвегии и Финляндии) показывают, что смертность из-за болезней, вызванных этими явлениями, превышает людские потери от дорожных
аварий [ 1 ] . Помимо неблагоприятных гигиенических условий, повышенная влажность материала конструкций значительно снижает его прочность и служит причиной ускоренного разрушения наружных ограждений, что приводит к значительному повышению эксплуатационных расходов.
Восстановление горизонтальной гидроизоляции наружных стен общепринятым механическим способом трудоемко и дорогостояще. Обшивка поверхностей помещений листовым материалом лишь временно улучшает гигиеническую обстановку в помещении. Более того, такая обшивка, как правило, способствует накоплению влаги в конструкциях, так как затрудняет ее удаление через внутренние слои конструкции и таким образом сырость в помещении после такого ремонта только увеличивается. Особенно сложно восстановить гидроизоляцию старого дома. Чтобы защитить его от воздействия грунтовой влаги, необходимо восстановить гидроизоляцию как на вертикальной поверхности стены, находящейся в грунте, так и на горизонтальной — в сопряжении между фундаментом и стеной. Наиболее радикальным в этом случае будет являться разборка стен дома до фундамента и устройство новой гидроизоляции с последующим возведением стен. Альтернативным способом может служить инъектирование в толщу увлаженных стен проникающих гидроизоляционных материалов. Однако такие материалы весьма дорогостоящи и для их применения требуется высверливание множества отверстий в стенах, что в свою очередь может привести к дополнительному проникновению влаги в толщу ограждения. Таким образом, традиционные способы защиты не могут обеспечить надежный барьер на пути проникновения грунтовой влаги в толщу ограждения.
Установлено, что до 75,0% всей поднимающейся по конструкции влаги обуславливается влиянием элект-роосмотических сил, возникающих в электрическом поле конструкций, которое формируется под влиянием электрического поля земли, гальванических микроэлементов материалов, изоляции, трения воздуха о поверхности фасадов здания и многих других факторов. Следовательно, чтобы исключить проникновение грунтовой влаги в стену, необходимо разрушить ее естественное электрическое поле или изменить его знак.
На этом принципе и основан один из методов борьбы с увлажнением стен эксплуатируемых зданий грунтовой влагой, получивший название элект-роосмотического метода.
Следует особо отметить, что приоритет в открытии явления электроосмоса — движения жидкости через капилляры и микропоры при наложении внешнего электрического поля — принадлежит российскому исследователю, профессору Московско-
строительные материалы и конструкции
го университета Ф.Ф. Рейссу, который был открыт им еще в 1808 году.
В советский период (в 50-60-е годы XX века) появились различные технологии осушения зданий, использующие явление электроосмоса. Эти технологии основывались на идее существования естественной разности потенциалов между различными частями конструкций или создания электрического поля непосредственно в теле увлажненной конструкции с помощью гальванических элементов. Однако, несмотря на ряд положительных результатов при осушении увлажненных конструкций с помощью электроосмоса, данный метод так и не получил в нашей стране широкого применения. А в связи с последующим перестроечным процессом, начавшимся в 80-х годах прошлого века, когда были закрыты многие организации и научные институты, исследования в этом направлении были практически прекращены. В Европе же начиная с 90-х годов электроосмос был признан наиболее эффективным средством борьбы с сыростью.
Несмотря на все вышеперечисленные сложности, способ осушения стен с помощью явления электроосмоса получил новые приоритетные разработки именно в России. Одно из технических решений данного метода, получившее статус изобретения, [ 2 ], предусматривает разрушение в нижней части наружных стен естественного электрического поля, обуславливающего электроосмотическое перемещение влаги из грунта в конструкции (нулепотенциальный метод). Разрушение естественного электрического поля производится путем создания электрической системы, представляющей собой горизонтальный ряд стальных стержней (штырей),заде-ланных в стены в пределах нулепотенциальной зоны с определенным шагом и ориентированных в перпендикулярном к ним направлении в наклонном (под углом а > 60° к горизонту) положении. С устранением разности потенциалов прекращается электроосмотическое перемещение влаги вверх по стене.
При высоком уровне грунтовых вод и небольшой толщине стен для обеспечения необходимой высоты зоны нулевого потенциала следует предусмотреть заделку стержней в 2 ряда или применить другой — протекторный метод электроосмоти-ческого осушения [ 3 ].
Сущность протекторного метода заключается в наложении на нижнюю часть стены электрического поля, противоположного по знаку естественному электрическому полю, которое возбуждает элект-роосмотические силы, вызывающие перемещение влаги из конструкции в грунт. В отличие от нулепотенциального метода, верхние концы стальных стержней соединяют между собой проводником связи и подключают к зарытому в грунт протектору — анод-
ному электроду, создающему в конструкции э.д.с. Возникающий электроосмос осушает стену в пределах ряда металлических стержней и поверхности земли.
Использование данных методов электроосмотичес-кого осушения наружных стен обеспечивает прекращение подъема воды из грунта по стене под воздействием электроосмотических сил и последующее ее естественное высыхание в течение полутора-двух лет.
Нулепотенциальный метод следует применять при уровне грунтовых вод, расположенном ниже чем на 1,0 метр от поверхности пола 1 этажа и при расположении самой поверхности пола 1 этажа выше, чем
0,5 метра от планировочной отметки земли. Если уровень пола находится на меньшей высоте от поверхности земли, необходимо изолировать верхнюю часть боковой поверхности фундамента на глубину, исключающую увлажнение стен над полом грунтовой влагой за счет капиллярных сил. Стержни для электроосмотических систем могут быть изготовлены из обрезков стальной арматуры диаметром 10—12 мм. Стержни следует укладывать в отверстия, просверленные в стене с необходимым уклоном через всю толщину стены. По длине стержни следует располагать в горизонтальный ряд с шагом не более высоты их верхних концов над отмосткой (высота ряда) и не более 0,7 м. Высота ряда не должна быть менее 0,5 м. В наружные стены зданий стальные стержни следует заделывать со стороны фасада. Однако если к зданию примыкают какие либо сооружения или пристройки, допустимо проведение монтажа электроосмотических систем со стороны помещения.
Протекторный способ электроосмотического осушения следует применять в случае расположения уровня грунтовых вод менее, чем на 1,0 метр от планировочной отметки земли и в случае сильного увлажнения стен старых зданий, эксплуатируемых в неблагоприятных грунтовых условиях. Протекторы следует закапывать в грунт на расстоянии не менее 2 метров от здания и на глубину ниже уровня промерзания грунта. При применении протекторного способа следует использовать комплектные протекторы, состоящие из магниевых анодов, помещенных вместе с порошкообразным активатором в хлопчатобумажные мешки. Протекторы устанавливаются в вырытую у фундамента яму вертикально и засыпаются землей с послойным трамбованием. Соединительный провод между протектором и проводами связи укладывается в траншею глубиной не менее 25 см.
В настоящее время немецкими специалистами разработан и внедряется на практике еще один способ электроосмотического осушения наружных стен — с помощью гальванических элементов [ 1 ]. Сущность данного способа заключается в использовании тока, создаваемого в сырой стене и в грун-
строительные материалы и конструкции
те вследствие химических реакций, протекающих вокруг специально устроенных короткозамкнутых гальванических элементов. Эти элементы подпитываются от протектора, заложенного в грунт и служащего причиной самопроизвольного возникновения тока, способствующего перемещению влаги в стене. Учитывая, что два любых металла с разными нормальными электродными потенциалами дают некоторую их разность, гальванические элементы для электроосмотического осушения могут быть выполнены из самых разных металлов. Лучшими по максимальной и стабильной в течение года величине силы тока являются магниевые, магниево-литиевые, медно- и угольно-цинковые гальванические элементы.
При гальваноосмосе электроды размещаются с внутренней стороны стены, причем более активный из них протектор — в наиболее влажной среде (в грунте под зданием или ниже зоны промерзания). Расстояние между электродами — примерно 500 мм; напряжение, подаваемое в стену, не должно превышать 40-60 вольт, сила тока 3—5 ампер. Осушение наложенным током длится не более 2—3 недель. За это время за счет создаваемой разности потенциалов происходит движение отрицательно заряженных ионов к установленному в грунте электроду (протектору), на который подается положительный потенциал и влага с растворенными в ней солями постепенно выводится из толщи ограждения в грунт. В дальнейшем постоянно поддерживаемое электрическое поле создает барьер на пути перемещения влаги в толщу ограждения и удерживает ее за пределами наружных стен и фундамента.
В настоящее время известна и широко применяется на практике методика исследований, разработанная немецкой компанией «йгута+ес» [ 1 ]. По этой методике при работе на конкретном объекте сначала проводится определение влажности материала наружных стен с помощью микроволнового гигрометра, который позволяет измерить влажность стен на толщину до 30 см и понять таким образом, как распространяется влага в конструкции. Далее с учетом плана исследуемого помещения, условий его эксплуатации и материала наружных стен определяются характеристики специального прибора (разработанного фирмой «йгута+ес»), подающего потенциал на электроды, устанавливаемые в стенах осушаемого помещения и в грунте, и составляется схема размещения прибора и электродов. Прибор постоянно включен и вначале осуществляет осушение стен, а затем поддерживает электронный барьер для влаги между фундаментом и грунтом. В среднем уже через месяц стены помещения становятся сухими. И в дальнейшем необходимо только осуществлять приборный мониторинг состояния наружных стен. Методика «Ргута+ес» была с успехом применена при
осушении стен подвала корпуса Бенуа Г осударствен-ного Русского музея в Санкт-Петербурге — города, для которого проблема сырых стен актуальна не только для большинства старых, но и капитально отремонтированных зданий и части новых построек.
Следует, однако, отметить, что в настоящее время не существует отечественной научно-обоснованной методики, имеющей приборное оснащение и проверенной на конкретных объектах в течение длительного времени. Исследования, проводившиеся в нашей стране на эксплуатируемых объектах, в основном относятся к советскому периоду и нашли применение на нескольких объектах, в том числе и на двух жилых домах Московской железной дороги [ 4 ]. Несмотря на то, что этими исследованиями, проводившимися в течение трехлетнего периода, была доказана эффективность электроосмотического метода осушения (влагосодержание кладки сырых стен в этих зданиях за три года наблюдений снизилось до величины, близкой к равновесной), данный метод так и не получил в нашей стране широкого промышленного применения. В этом плане исследования немецких, финских и норвежских специалистов, работающих в области осушения ограждающих конструкций зданий электроосмотическими методами, включая осушение с помощью гальванических элементов, приобретают для отечественной науки особую ценность. Проблему увлажнения стен необходимо решать, используя весь накопленный опыт и применяя новейшие материалы и технологии, что позволит в недалеком будущем разработать отечественную научно обоснованную методику с соответствующим приборным оснащением, которая позволит проводить объективный приборный анализ влажности стен в процессе их осушения.
Список литературы
1. Вестник «Зодчий. XXI век»// Информационно-
аналитический журнал. Вып. 3 (15),2004.
2. Черемисов К.М., Козлов В. А.и др.Устройство для осушения каменных и кирпичных стен:А.С. №1723276. Приоритет 19.07.1990 г. Зарегистрирован 1.12.1991 г. Бюл. №12.
3. Черемисов К.М., Козлов В.А. и др. Руководство
по защите наружных стен ограждающих конструкций зданий железнодорожного транспорта от увлажнения. М.: Транспорт, 1987.
4. Черемисов К.М.,Козлов В.А.и др. Способ осу-
шения стен, увлажненных грунтовой влагой./ / Аннотированный перечень научно-технических разработок вузов г.Москвы, предлагаемых для внедрения в практику строительства. М:МИСИ им.В.В.Куйбышева,1988. с.33-34.
