Обзор современных материалов для обеспечения гидроизоля ции подземных сооружений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69.035.4 Г.Г. Богачев

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Одним из основных факторов, обеспечивающих нормальные условия эксплуатации подземных сооружений, является надежная гидроизоляция.

Результаты обследования подземных сооружений за 10 лет показал, что практически во всех подземных сооружениях из-за отсутствия системного подхода к проектированию, устройству и эксплуатации гидроизоляционной системы происходит ее отказ на ранней стадии эксплуатации (табл. 1) [1].

При сооружении подземных сооружений открытым способом предусматривается защита несущих конструкций от воды, химической и биологической агрессии гидроизоляционными материалами. Гидроизоляция обделок представляет собой замкнутое по всему контуру многослойное покрытие, позволяющее при локальных повреждениях отдельного слоя компенсировать дефекты укладкой последующего слоя.

Как показывает практика метростроения, применение традиционных гидроизоляционных битумных рулонных материалов (гидроизола, гидро-стеклоизола), предусмотренных нормативной документацией (ВСН 10493 «Нормы по проектированию и устройству гидроизоляции тоннелей метрополитенов, сооружаемых открытым способом» и СНиП 11-26-76 «Кровли»), не может обеспечить на-

дежную защиту обделок тоннелей от воды и агрессивных сред.

Требования к гидроизоляционным материалам, содержащиеся в этих нормативных документах, в том числе и в ГОСТ 30547-97 «Материалы рулонные кровельные и гидроизоляционные», не учитывают весь комплекс негативного воздействия окружающей среды.

Поэтому применение гидростекло-изола на ответственных объектах, в метростроении и автодорожном строительстве запрещено Строительным департаментом г. Москвы и корпорацией «Трансстрой», а требования к гидроизоляционным материалам и конструкциям предъявляются более жесткие, в том числе по таким показателям, как водонепроницаемость, биостойкость, стойкость в агрессивных средах и долговечность.

Исходя из опыта применения и эксплуатации различных гидроизоляционных материалов отечественного и зарубежного производства в подземном строительстве и в соответствии с ГОСТ 30547-97, НИЦ «Тоннели и Метрополитены» ОАО ЦНИИС разработал основные технические требования к ним (табл. 2).

Требования к материалам поверхностных покрытий при защите бетонных и железобетонных конструкций подземных сооружений от проникновения в них воды и агрессивных веществ, составленные в соответствии с

№ п/п Тип подземного сооружения Проектный срок службы, лет Среднее время отказа гидроизоляционной системы, лет

1. Тоннели метрополитена Более 100 19

2. Подземные автостоянки 100 5

3. Тоннели гидротехнические 100 24

4. Тоннели инженерных коммуникаций 80 10

5. Каналы и водосборы 100 17

6. Аэротенки 100 17

7. Фильтры 100 22

8. Резервуары вторичной очистки 100 18

9. Канализационные коллекторы Более 50 10-15

Таблица 2

Технические требования к рулонным материалам для гидроизоляции транспортныгх тоннелей

Характеристики Значения для материалов:

битумно-полимерных полимерных

(на основе из поли- (безосновных)

мерных волокон)

Условная прочность, МПа, не менее Не нормируется 10,0

Разрывная сила при растяжении, Н, не менее 600 Не нормируется

Водопоглощение в течение 24 ч, % по массе, не более 1,0 1,0

Водонепроницаемость при гидростатическом 0,2 0,3

давлении, МПа, не менее

Температура хрупкости вяжущего, °С, не выше -25 -50

Гибкость на брусе с закруглением радиусом -20 -40

10,0+0,2 мм, не выше

Теплостойкость, °С в течение 2 ч, не ниже +85 +85

Относительное удлинение при разрыве, %, не менее Не нормируется 200

Адгезия к бетону, МПа, не менее 0,5 -

Химическая стойкость (снижение условной

прочности и относительного удлинения или 10 10

разрывной силы при воздействии солей, кислот,

щелочей, бензина, минеральных масел и др.), %,

не более

данными Европейских стандартов по защите и ремонту подземных конструкций, приведены в табл. 3 [1].

Представленные в таблицах требования являются основой для оценки и выбора гидроизоляционных материалов для конкретных подземных

объектов с учетом условий их эксплуатации.

За рубежом битумно-полимерные и полимерные материалы (геомембраны) уже десятки лет производятся и эксплуатируются в подземных сооружениях.

№

п/п

Требования

БС0 > 50 м

Ш < 0,1 кг/м2-ч0,5

Не должно наблюдаться образования пузырьков, трещин, расслоения Испытание на отрыв (Н/мм2):

• вертикальные нагрузки > 0,8 (0,5)*;

• горизонтальные, без движения > 1,0 (0,7)*;

• горизонтальные, с движением > 1,5 (1,0)*

Испытание на отрыв (Н/мм2):

• вертикальные нагрузки > 0,8;

• горизонтальные, без движения > 1,0;

• горизонтальные, с движением > 1,5 < 0,3 % (для жестких покрытий)

Задается в проекте с учетом конкретных условий (климат, ширина раскрытия, динамика). Отсутствие отказа после испытаний

• в соответствии с ІБО 4628 пузырение, трещинообразование, шелушение должно отсутствовать;

• адгезия > 1,5 Н/мм2, отказ происходит менее чем в 50 % случаев из-за разрушения адгезионного состава

класс I (паропроницаемый) $н 0 > 5

м

• класс II (паронепроницаемый)

а < 30-10-3 при нанесении покрытий с внешней стороны

Отсутствие отказа после 2000 ч ускоренного старения в соответствии с £N1062-11 Границы не определены. Среднее значение < 0,4 % от массы цемента

• в соответствии с 1БО 4628 пузырение, трещинообразование, шелушение должно отсутствовать;

• адгезия > 1,5 Н/мм2

Примечание: * - минимальные единичные значения

Наибольшее распространение в западных странах получили геомембраны на основе ПВХ (РУС), полиэтилена высокого давления (НОРЕ) и высокоэластичного полиэтилена (УЕРЕ), а также этилен-пропилен-диеновых кау-

чуков (ЕРОМ). Более 30-ти лет выпускаются и эксплуатируются битумно-полимер-ные материалы двух видов -модифицированные атактическим по-липропи-леном (АПП) и стирол-бутадиен-стиролом (СБС).

Битумно-полимерные материалы последнего поколения, модифицированные сополимером а-олефинов: этилена, пропилена и 1-бутена (ЭПБ), отличаются уникальными свойствами, соединяя лучшие характеристики материалов на основе АПП (теплостойкость, устойчивость к УФ-лучам) и СБС (высокую гибкость при низких температурах - до -30 °С).

В России научно-технические разработки современных отечественных материалов и технологий, в основном, базируются на достижениях в этой области зарубежных фирм, а производство - на закупках импортных технологических линий.

Выпускаемые на современном оборудовании, гидроизоляционные рулонные битумно-полимерные и полимерные материалы последнего поколения отличаются высокими эксплуатационными характеристиками и находят широкое применение в подземном строительстве.

Во второй половине 90-х годов XX века было налажено серийное производство высококачественных битумно-полимерных рулонных материалов (АПП и СБС модифицированных) на современном импортном оборудовании.

Был освоен также выпуск битумно-полимерного ЭПБ-модифициро-ванного материала «Мостопласт». В качестве полимерной составляющей применялись полиолефины типа «Вестопласт» фирмы «Оедиээа Дв». В отличие от других битумно-полимерных материалов, «Мостопласт» практически не подвержен старению (по данным эксплуатационных испытаний ЦНИИПромзданий), что предопределяет его высокую долговечность.

Основным потребителем отечественных битумно-полимерных материалов (85 %) при строительстве но-

вых подземных объектов является г. Москва и Московская область.

Так, для устройства паро- и гидроизоляции при реконструкции станций «Воробьевы горы», «Арбатская» и строительстве новой ветки Московского метрополитена (перегон и станция «Бульвар Дмитрия Донского»), а также на объекте «Москва-Сити» и тоннелях 3-го транспортного кольца были использованы битумно-полимерные материалы «Изопласт» и «Тех-ноэласт».

Отечественные полимерные геомембраны, первоначально разработанные для гидроизоляции кровли, по сравнению с битумно-полимерными рулонными материалами имеют ограниченное применение в подземном строительстве.

По статистическим данным Госстроя РФ полимерные материалы (геомембраны) составляют около 1 % от общего выпуска рулонных гидроизоляционных материалов, в то время как в США и Европе - 10-15 %.

На сегодняшний день на строительстве «Москва-Сити» (изоляция коллектора и перекрытия станции мини-метро) и реконструкции торгового комплекса «Охотный ряд» на Манежной площади применяются полимерные материалы на основе ПВХ («Кровлелон» марки А и Г, разработанные НПК «Гидрол-Руфинг»), которые помимо гидроизоляционных свойств обладают также коррозионной стойкостью в агрессивных средах (растворе кислот, щелочей, солей, бензине, маслах и др.).

ПВХ-мембраны российского производства (гидролист «М-1-ПВХ») были также опробованы на опытном участке перегонного тоннеля «Киевская - Парк Победы» Московского метрополитена, сооруженного с применением новоавстрийского метода (НАТМ).

Вид покрытия Защищаемая поверхность Срок службы покрытия, лет Основные преимущества покрытия Основные недостатки покрытия

Битумное Наружная 5-10 Низкая стоимость, доступность сырья Низкая адгезия, хрупкость, быстрое старение

Каменно- угольное Наружная 30-40 Низкая водонасы-щаемость, высокая биостойкость и адгезия, доступность сырья Высокая токсичность, сложная технология приготовления

Ленточное полимерное Наружная 20-30 Простота нанесения, доступность сырья, возможность механизации Нестабильность адгезии в процессе эксплуатации

Эпоксидное Наружная, внутренняя 30 Высокая адгезия, химическая термо-и влагостойкость Хрупкость со временем, низкая трещи-ностойкость

Полиэтиле- новое Наружная, внутренняя 30 Доступность сырья, стойкость к отслаиванию Низкая адгезия

Комбиниро- ванное Наружная, внутренняя Более 50 Комплектность защиты, долговечность, прочность, высокая адгезия Сложная технология нанесения, большая стоимость

Таблица 5

Физико-химические свойства Поли- этилен Полипро- пилен Поливинил- хлорид Фторо- пласт-4 Фторо- пласт-3

Плотность, кг/м3 Предел прочности, МПа 920- 930 900 1330-1430 2160- 2260 2100- 2160

• при растяжении 12-16 25-40 40-60 14-25 35-40

• при сжатии 12-15 60-70 80-100 12-20 50-60

• при изгибе 12-17 80-20 85-100 11-14 60-80

Относительное удлинение, % 500-600 350-800 10-25 250-500 20-40

Морозостойость, °С -70 -35 -20 -270 -195

Температурный предел применения, °С 80-110 140-150 60 260 120

Полимерные мембраны на основе ЕРОМ, разработанные ЗАО «Поли-кром» по оригинальной технологии (электронно-химической вулканизации), применялись в качестве кровельного и гидроизоляционного покрытия на строительстве объектов в ряде городов России, в том числе, при устройстве гидроизоляции под-

вальных помещений металлургического комбината в г. Старый Оскол и подвала жилого дома в г. Пушкино Московской области.

Опыт применения битумно-полимерных и полимерных гидроизоляционных материалов за рубежом (более 30 лет) и в России (около 10 лет) подтвердил их высокую эффективность.

При строительстве подземных сооружений закрытым способом в качестве гидроизоляции применяют высококачественные защитные покрытия, которые обусловливают надежную работу сооружения в течение расчетного срока его службы. Это связано, прежде всего, с тем, что обновление гидроизоляции невозможно в процессе эксплуатации подземных объектов, поэтому задача состоит в выборе наиболее долговременных защитных покрытии.

В последнее время все большее применение находят полимерные термореактивные (эпоксидные, полиуретановые) или термопластичные

(полиэтиленовые) покрытия, которые заменяют битумные и каменноугольные мастичные покрытия, т.к. они обладают малой механической прочностью, хрупкостью при низких и размягчением при высоких температурах.

Применяемые защитные покрытия должны удовлетворять жестким

требованиям:

• быть сплошными;

• обладать низкой влагопрони-цаемостью и малым влагопоглощением;

• иметь высокую прочность сцепления с материалом обделки подземного сооружения (адгезию);

• быть эластичными;

1. Шилин А. А. Обоснование стратегии эксплуатации и разработка конформатив-ных технологий ремонта конструкций подземных сооружений. - Диссертац

2. Мошанский Н.А., Путляев И.Е. Защита эпоксидными мастиками от коррозии же-

• обладать высокой химической и биологической стойкостью;

• равномерно распределяться по всей поверхности несущих конструкций подземного сооружения и придавать им более высокую твердость и износостойкость

Выбор гидроизоляционных покрытий для канализационных коллекторов диктуется условиями агрессивности среды, поэтому выбор изоляционных полимерных материалов следует осуществлять в соответствии со СНиП 3.04.03-85 «Защита строительных конструкций и сооружений от коррозии» и ГОСТ 9.049-75* «Подземные сооружения. Общие технические требования».

Основные показатели гидроизоляционных покрытий подземных сооружений, их достоинства и недостатки приведены в табл. 4.

В табл. 5 показаны основные характеристики компонентов гидроизоляционных материалов, применяемых в городском подземном строительстве.

Производство и применение современных отечественных гидроизоляционных материалов с требуемыми свойствами увеличивает долговечность и эксплуатационную надежность городских подземных сооружений.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

лезобетонных резервуаров для промышленных стоков. - М.: 1965

3. Читаишвили Т., Симоносишвили Т., Чуаксели Н. Защита тоннелей от агрессивных вод. // В журн. «Метрострой», №8, 1979.

— Коротко об авторах-------------------------------------------------------------

Богачев Г.Г. — аспирант кафедры «Строительство подземных сооружений и шахт» Московский государственный горный университет.

Статья представлена кафедрой «Строительство подземных сооружений и шахт» Московского государственного горного университета.

Рецензент д-р техн. наук, проф. Б.А. Картозия.