CC BY
45DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.01.028 УДК 666. 972.16
СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПРОНИКАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В ПОСТРОЕЧНЫХ УСЛОВИЯХ
И.В. Носков, А.В. Крайванов
Приводятся материаловедческие исследования использования материалов проникающего действия и полимерных композиций для эффективного восстановления гидроизоляции фундаментов зданий и сооружений в построечных условиях. Приведены основные причины нарушения гидроизоляции фундаментов и подземных конструкций зданий и сооружений, вызванные рядом факторов, начиная от физического износа гидроизоляционных материалов, техногенного вмешательства и заканчивая нарушением технологии производства работ при возведении фундамента. Подтверждено, что в современных условиях строительства развиваются и осваиваются новые и более прогрессивные материалы и методы устройства гидроизоляции, которые обеспечивают ее надежность и долговечность, основанные на применении материалов проникающего действия. Приведены разновидности сухих модифицированных смесей и полимерных композиций, используемые для восстановления гидроизоляции бетонных и железобетонных конструкций, имеющие самое важное отличие от других гидроизоляционных материалов, а именно, формирование гидроизоляционного слоя не на поверхности конструкции фундамента, а в его толще. Проведенные исследования показали, что применение проникающих и полимерных материалов и их модификаций является наиболее перспективным и экономически эффективным направлением в настоящее время, для восстановления гидроизоляции фундаментов эксплуатируемых зданий и сооружений в построечных условиях, по сравнению с существующими традиционными материалами и технологиями.
Ключевые слова: материал, гидроизоляция, влага, фундамент, бетон, восстановление, пропитка, грунтовые воды, построечные условия, материал проникающего действия, поровое пространство, полимерные композиции.
Срок службы зданий и сооружений зависит от состояния всех его конструктивных элементов, но наибольшую опасность к разрушениям и потере несущей способности представляют конструкции. к которым тяжело получить визуальный доступ для постоянного технического контроля [1,2].
Такими конструкциями являются фундаменты зданий и сооружений.
Гидроизоляция фундамента играет существенную роль в надежности подземных конструкций здания, предотвращая попадание влаги в сами конструкции и подвальные помещения зданий и сооружений, воспринимая негативное воздействие химических веществ, содержащихся в грунтовых и поверхностных водах. В настоящее время основным материалом для фундаментных конструкций и конструкций подземных частей зданий яв-
ляется монолитный бетон, обладающий высокой прочностью и заводским качеством, который является проводником тепла и соответственно притягивает к себе влагу, которая оказывает коррозионное влияние на бетонные конструкции, сопровождающиеся физическим нарушением сплошности контактов в цементном камне и развития дефектов в структуре бетона.
Грунтовые воды, под действием капиллярных и молекулярных сил, зачастую, насыщают пористые материалы конструкций и поднимаются по их толще на высоту до 6 м, что обусловлено, в частности, гидростатическим и гидродинамическим давлением воды. Циклы изменения агрегатного состояния воды, протекающие в толще материала строительной конструкции, приводят к их механическому разрушению с течением времени, так
же протекание данных циклов существенно снижает их несущую способность и другие физико-механические свойства, кроме того, наличие в составе воды ряда химических элементов негативно сказывается на степени агрессивности воды по отношению к бетону и цементным растворам и способствует химическому разрушению материала конструкции.
Наиболее распространено такое влияние, в первую очередь, на конструкции фундаментов и стены подвала здания, находящихся в непосредственной зоне контакта с грунтовыми и поверхностными водами (рисунок 1) [3].
Рисунок 1 - Схема проникновения грунтовых вод в толщу строительной конструкции
Именно поэтому, важной и актуальной задачей в строительстве является исключение контакта бетонных конструкций подземной части здания и фундаментов здания с водой и химически активными веществами, которые в ней находятся.
Нарушения гидроизоляции фундаментов и подземных конструкций зданий и сооружений вызваны рядом факторов, начиная от физического износа гидроизоляционных материалов, техногенного вмешательства и заканчивая нарушением технологии производства работ при возведении фундамента.
Восстановление гидроизоляции фундаментных конструкций эксплуатируемых зданий в построечных условиях - это достаточно трудоемкий процесс. Процесс восстановления проводится чаще всего в стесненных условиях, при этом объем работ существенно увеличивается, по сравнению с устройством на этапе возведения здания или сооружения, как следствие - увеличиваются трудовые затраты, особенно на ручные работы.
В современных условиях строительства развиваются и осваиваются новые и более прогрессивные материалы и методы устройства гидроизоляции, которые обеспечивают ее надежность и долговечность.
На процесс нарушения гидроизоляции фундамента и подвальных этажей, помимо старения материалов, оказывает влияние [3]:
- подъем верхней отметки грунтовых вод, обусловленный природными и техногенными причинами - утечками из водопроводных и канализационных сетей;
- изменение планировки, повреждение отмостки и водостоков с кровли, вследствие чего атмосферная влага стекает к стене здания и капиллярным подсосом поднимается вверх, проникает через отмостку в подземную часть здания.
Стоит учитывать, что кроме негативных воздействий извне существуют и ошибки при подборе гидроизоляционных материалов на этапе разработки проектно-сметной документации и непосредственно на этапе строительства.
Проблема гидроизоляции фундаментов, активно контактирующих с водой, а также в случаях с ограниченным доступом к внешней стороне фундамента, заключается в том, что использование традиционных гидроизоляционных материалов не всегда приводит к эффективной защите от воды и влаги.
Для дополнительного усиления гидроизоляционных свойств бетонной конструкции фундаментов, гидроизоляцию рекомендуется выполнять из материалов проникающего действия, позволяющих защищать конструкцию не только с внешней, но и с внутренней стороны [4,5].
Использование сухих модифицированных смесей при устройстве гидроизоляции является перспективным направлением в настоящее время.
Проникающие материалы представляют собой составы, в которых используются различные сочетания специальных химических добавок, с песком и цементом. Самое важное отличие данных составов — формирование гидроизоляционного слоя не на поверхности фундамента, а в его толще. Проникающая гидроизоляция обеспечивает защиту не только самого бетона, но и стальной арматуры, именно поэтому чаще всего такой вид гидроизоляции применяется при ее восстановлении в построечных условиях.
При нанесении на влажный бетон раствора сухой смеси, смешанной с водой, на поверхности создается высокий химический потенциал, при этом сам бетон имеет низкий химический потенциал.
Возникает осмотическое давление, для выравнивания разности потенциалов. Благодаря осмотическому давлению активные химические компоненты материала проникают глубоко в толщу бетона через свободные поры.
Чем выше влажность порового про-
странства бетона, тем эффективнее происходит процесс проникновения активных химических компонентов вглубь бетона (рисунок 2).
Перемещение влаги через бетон происходит в результате перепадов давления, диффузии и способности бетона к капиллярному впитыванию ( рисунок 3).
Рисунок 2 - Осмотическое давление, оказывающее влияние на движение жидкостей в толще бетон
ство воды не уменьшается за счет испарения с внутренней стороны и не увеличивается за счет проникновения с наружной стороны.
Основная область появляется при толщине бетонного элемента более 200 мм.
В данном случае зона высыхания не соединяется с капиллярной областью.
Область высыхания - на внутренней стороне происходит высушивание бетона до определенной глубины, избыточная влага из бетона перемещается в воздушное пространство. Глубина зоны высыхания зависит от плотности бетона и ограничивается 80 мм.
Новые химические соединения образуются в результате химических реакций между химически активными веществами и веществами, образующимися при гидратации цемента.
В ходе этих реакций формируются более сложные соли, способные взаимодействовать с водой и создавать нерастворимые кристаллогидраты (рисунок 4).
Рисунок 3 - Проникновение влаги в бетон
Область проникновения воды под действием давления - величина проникновения находится в диапазоне 0-25 мм, зависит от напора воды, качества бетона и содержания влаги в бетоне.
Область капиллярного просачивания - примерно через месяц, вода, проникающая в капиллярную систему пор бетона, достигает максимальной величины 70 мм, которая не увеличивается при продолжительной эксплуатации конструкции.
Глубина зоны проникновения капиллярной воды зависит от свойств бетона и не зависит от напора воды (при большом давлении воды глубина капиллярной зоны существенно не увеличивается).
Основная область - в основной зоне отсутствует движение воды (пара), количе-
Рисунок 4 - Нерастворимые в воде кристаллогидраты
Сеть этих кристаллов заполняет поры, капилляры и микротрещины шириной до 0,5 мм. При этом кристаллы становятся составной частью бетонной структуры (рисунок 5).
Рисунок 5 - Образование объемной гидроизоляции в толще бетона
Осмотическое давление - избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос).
Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.
Кристаллогидраты - кристаллы, содержащие молекулы воды и образующиеся, если в кристаллической решётке катионы образуют более прочную связь с молекулами воды, чем связь между катионами и анионами в кристалле безводного вещества.
Использование такого рода материалов для устройства проникающей гидроизоляции приводит к следующим положительным эффектам:
- повышение водонепроницаемости бетонных конструкций
- формирование гидроизоляционного слоя в массе бетона - объемная гидроизоляция;
- при нанесении состава на поверхность бетона, химически активные вещества проникают в пустоты (поры) бетона, вступая в реакцию со свободной известью и водой, образуют нерастворимые соединения, соли -кристаллы, которые закупоривают свободные поры в толще бетона (глубина проникновения отдельных химических компонентов может достигать 12 см в профиле).
- возможность обработки наружных и внутренних поверхностей конструкции, независимо от направления давления воды;
- самозалечивание;
- долговечность и надежность;
- паропроницаемость;
- устойчивость к минеральным маслам, морской воде и другим агрессивным средам.
- наносится на влажную поверхность, нет необходимости просушивать бетон.
Проникающая гидроизоляция — гидроизоляционный материал, который нашел широкое применение при восстановлении гидроизоляции различных конструкций из бетона и железобетона, в том числе фундаментов зданий и сооружений.
В настоящее время рынок строительных материалов (сухих строительных смесей) проникающего гидроизолирующего действия изобилует различными производителями и составам. Самыми распространенными и эффективными материалами для устройства проникающей гидроизоляции на территории России и ближнего зарубежья являются материалы: «Пенетрон», «Лахта», Кристалли-зол». Проведенный анализ основных характеристик этих проникающих составов, распространенных в настоящее время на строительном рынке России, показал, что они
практически одинаковые. Из всех параметров при выборе материала для восстановления гидроизоляционных свойств фундаментов и подземных конструкций зданий и сооружений, приоритетным является повышение водонепроницаемости бетона. От этого параметра и будет зависеть выбор материала, соответствующего требуемым параметрам восстановления гидроизоляции фундаментов в построечных условиях.
В тоже время, помимо материалов проникающего действия для восстановления влагонепроницаемости поверхностного слоя железобетонных конструкций, в том числе и фундаментных, считается целесообразным использовать полимерные композиции [6].
Полимерные композиции обладают уникальными свойствами и превосходят по качеству другие отечественные и импортные составы.
Для восстановления влагонепроницае-мости поверхностного (защитного) слоя бетона фундаментных конструкций, эксплуатируемых зданий и сооружений в построечных условиях, подвергшегося разрушению техногенными воздействиями, рекомендуем использовать полимерную композицию СИЛОР [7,8], представляющую собой однокомпо-нентную жидкость, по вязкости и внешнему виду напоминающую керосин. Композиция СИЛОР применяется для герметизации бетона и других пористых материалов от коррозии, с целью продлить срок службы, эксплуатирующийся зданий и сооружений.
Материал СИЛОР это мономер, который представляет собой низковязкую жидкость светло-коричневого цвета.
Благодаря высокой подвижности, композиция легко проникает в поры различных материалов, в том числе и бетона.
Применяя различные технологии импре-гнирования, можно добиться различной глубины пропитки от 1мм до сквозного проникновения в бетоне.
Попадая в поры материала, функциональные группы композиции взаимодействуют с катионами металлов, находящихся на поверхности пор, и с молекулами воды, образуя олигомерные и полимерные цепи. В результате образуются дополнительные физико-химические связи, которые и обуславливают появление новых физико-химических свойств пропитанного слоя.
А в целом конструкция или сооружение, обработанная составом СИЛОР, приобретает следующие свойства:
- непроницаемость для воды, хлоридов и солей;
- упрочнение пропитываемых конструкций;
- устойчивость в агрессивных средах;
- долговечность.
Для железобетонных конструкций особый интерес представляет способность материала СИЛОР пропитывать продукты коррозии металла, при этом надежно предотвращается возможность их дальнейшей коррозии.
Применение композиции СИЛОР позволяет решить задачи. необходимые для обеспечения долговременной надежности строительных конструкций, в том числе фундаментов зданий и сооружений.
Существуют различные модификации композиции СИЛОР:
СИЛОР - стандартная модификация для пропитки, упрочнения, обеспыливания, гидроизоляции бетонных и кирпичных конструкций зданий и сооружений из пористых материалов. Расход зависит от состояния поверхности или конструкции, которую необходимо упрочнять или восстанавливать и составляет от 0,150-0,450 кг/ м2 при работах на нормальных поверхностях до 500-1500 грамм на 1 м2 при пропитке высокопористых поверхностей.
СИЛОР - глубокая пропитка - применяется при необходимости гидроизоляции и упрочнения конструкций на большую глубину. Расход: 0,400-2,0 кг/м2
СИЛОР 2 - концентрированный состав, применяется для создания высокой адгезии между старым бетоном и новым ремонтным составом или штукатуркой, после пропитки СИЛОРом, а также для ремонта трещин с шириной открытия до 0,4 мм. путем простого многократного нанесения. Расход: 0,150 - 0,200 кг/м2
СИЛОР - Ультра-Си - добавка класса pH-активных веществ для бетонной смеси. Добавляется в виде жидкости вовремя приготовления цементно-песчаной смеси.
Добавка СИЛОР - Ультра-Си блокирует разделение компонентов бетонной смеси по плотности, в результате чего бетонная смесь приобретает однородную структуру, пласти-линоподобную консистенцию и такая бетонная смесь удобна в работе: она не оплывает, что позволяет восстанавливать дефекты бетонных поверхностей без армирования, легко укладывается и формуется. в том числе на вертикальных плоскостях. Расход: 0,2 % от массы цемента в смеси.
Пропитка железобетонных конструкций композицией СИЛОР осуществляется путем нанесения композиции на поверхность бето-
на с помощью валиков, кистей, пульверизатора. Перед нанесением композиции, поверхность бетона должна быть очищена от грязи, краски, желательно удалить цементное молочко. Композиция наносится постоянно, по мере впитывания ее в объем бетонного камня. В этом случае бетон приобретает максимальную гидронепроницаемость, прочность, химическую стойкость и герметичность. Если на бетон нанести композицию только непрерывной напитывающей пропиткой однократно, то бетон гидрофобизируется, но его паро-проницаемость сохраняется. В случае если глубина пропитки должна быть ограничена, последующий слой композиции наносится после отверждения предыдущего, или используют композицию с высокой скоростью отверждения.
При необходимости пропитки влажного бетона, перед использованием материала СИЛОР на поверхность бетона предварительно наносят специальный раствор, который гидрофобизируется поверхность бетонных пор и оттесняет воду в объем бетонного камня. Глубина проникновения композиции в объем бетона зависит от состояния бетона и скорости отверждения композиции. Чем более нарушена гидроизоляция и разрушен защитный слой бетона, тем быстрее и глубже СИЛОР проникает в его поры. Для обеспечения герметичности нового бетона, защиты его от коррозии и от появления поверхностных трещин, достаточно пропитать бетон на глубину менее миллиметра. Возрастание гидронепроницаемость и прочности бетона при его пропитке зависит от исходной прочности бетона. Так, если прочность плотного гидротехнического бетона при пропитке возрастает незначительно, то при пропитке полностью разрушенного бетона прочность возрастает от 0 до 100 Мпа. Применение материала СИ-ЛОР в различных модификациях позволяет: проводить восстановление гидроизоляции бетонных и железобетонных конструкций, в том числе фундаментов зданий и сооружений в построечных условиях, получив при этом восстановление ресурса конструкций как при капитальном ремонте; снизить сметную стоимость ремонтных работ на 30-40% за счёт сокращения объёмов ремонтных работ; сократить сроки проведения ремонтных работ на 40-50%, по сравнению с традиционной технологией устройства гидроизоляции рулонными материалами.
Специалистами ООО «ГеоПроектСтрой-Алтай» технология восстановления влагоне-проницаемости поверхностного слоя железобетонных конструкций с помощью композиции
СИЛОР была рекомендована для восстановления эксплуатационной пригодности бетонных конструкций объекта «Автоматический паводковый водосброс» проекта «Выполнение работ по проведению противопаводковых мероприятий на гидротехнических сооружениях, расположенных: Шипуновское водохранилище на реке Клепечиха, Алтайский край, Шипуновский район, с. Шипуново» [8].
На основании проведенных исследований и анализа можно сделать вывод о том, что применение проникающих и полимерных материалов и их модификаций с точки зрения экономики является эффективным методом при восстановлении гидроизоляции эксплуатируемых зданий и сооружений в построечных условиях, по сравнению с существующими традиционными материалами и технологиями (окрасочными, оклеечными, рулонными и т.д.).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Федеральный закон РФ от 22.07. 2008 г. N 123-ФЗ Технический регламент о требованиях пожарной безопасности
2.СП 28.13330.2017 Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85. - Москва, 2017. - 94 с.
3.Осипова М.А., Пиняскин А.А. Восстановление гидроизоляции конструкций зданий и сооружений с применением поверхностной и объемной гидрофобизации // Ползуновский альманах. -2016. - №1.
4.Носков И.В.. Машкин М.В. Проникающая гидроизоляция фундаментов. 14-ая Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь
- 2017» Научно-образовательный журнал АлтГТУ «Горизонты образования» Выпуск №19, http://edu.secna.ru/publication/5/
5.Носков И.В.. Машкин М.В. Экспериментальное исследование влияния проникающей гидроизоляции на основные бетона. Ползуновский альманах №2 2018 Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова: Изд-во АлтГТУ - 2018-290с. С 154-158
6.ВСН 64-97 Инструкция по технологии устройства гидроизоляции и укрепления стен, фундаментов, оснований полимерными гидрофо-бизирующими составами. - М., Стройиздат, 1997. -17 с.
7.Веселовский Р.А.. Материалы и технология восстановления прочности и герметичности железобетонных башенных сооружений путем их пропитки полимерными материалами. http://www.aaa.-gorodok. net/ vesel.htm.
8. Крайванов А.В., Носков И.В. Восстановление прочности, влагопроницаемости и морозостойкости поверхностного слоя железобетонных фундаментных конструкций. Ползуновский альманах № 2 2017 Алтайский государственный технический у н и в е рситет им. И.И. Ползунова: Изд-во АлтГТУ -20 17-290с. С 143-147.
Носков Игорь Владиславович, к.т.н., заведующий кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия», ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова, е-mail: [email protected](3852) 29-07-41.
Крайванов Андрей Викторович, к.т.н., доцент, главный инженер ООО «ГеоПроектСтройАлтай», доцент кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия», ФГБОУ ВО АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 8(3852) 29-07-41.
