Создание водонепроницаемых покрытий на подземных частях зданий и сооружений

1. Классификационные признаки гидроизоляционных материалов

Преждевременное разрушение зданий и сооружений может быть вызвано намоканием ограждающих конструкций в результате попадания на них влаги в виде осадков, контакта с грунтовыми водами, в результате конденсации влаги в материале стены из-за разницы температур снаружи и внутри зданий при эксплуатации. В силу своего назначения конструкции работают в сложных гидрогеологических условиях (ванные, душевые, бассейны, заглубленные и поверхностные емкости для хранения воды и т. п).

Подземные элементы здания (подвалы, фундаменты) также находятся под воздействием влаги, причем при высоком уровне грунтовых вод они могут стать причиной развития грибков, плесени и бактерий на фундаментах и подземных частях зданий, а также привести к возникновению протечек. Пористая структура большинства строительных материалов и конструкций довольно хорошо пропускает воду, которая заполняет поры влагой, замерзая зимой, расширяется и разрушает материал подземной части сооружения на всю глубину намокания, что является одной из основных причин разрушения фундаментов и других конструктивных элементов, не обработанных гидроизолирующими материалами. Поэтому важно знать условия эксплуатации сооружения при выборе способа гидроизоляции, состояние конструктивных элементов, пористость и прочность материалов, гидрогеологическую обстановку и изменения температурно-влажностного режима. Эти факторы считаются основными при выборе защитных составов с определенными характеристиками.

Несмотря на широкую гамму разнообразных гидроизоляционных материалов импортного и отечественного производства, которые предлагает современный рынок строительных материалов, надежный гарантированный результат можно получить лишь при правильном подборе материалов, их совместимости и строгом соблюдении технологии производства работ.

Для оптимального выбора гидроизоляционного материала необходимо руководствоваться общими подходами, которые заключаются в определении типа гидроизоляции и материала изолируемой конструкции (подземная или надземная; кровля, стены, пол, перекрытие или фундамент и т. д.). Обязательным является определение климатических условий эксплуатации сооружения; имеется ли старый гидроизоляционный слой, и какого он вида; планируемый срок службы защитного слоя до следующего ремонта; вид гидроизоляции (внешняя, внутренняя, проникающая). Важно отметить существующие и предполагаемые нагрузки на изолированную конструкцию. На выбор гидроизоляционного материала оказывают влияние такие его свойства, как паропроницаемость, прочность, морозостойкость, долговечность, экологичность, горючесть и водонепроницаемость. Область применения гидроизоляционных материалов весьма обширна. Они не только предохраняют защищаемую поверхность от контакта с водной средой, но и благоприятствуют паро- и газоизоляции, повышают коррозионную стойкость конструкционных материалов. При выборе гидрозащиты нельзя не учитывать тот факт, что сам защитный материал в период эксплуатации конструкции подвергается разнообразным внешним и внутренним воздействиям (ультрафиолетовые лучи, переменная температура, кислород и озон воздуха, ветер, осадки в виде дождя и снега, микроорганизмы, агрессивные жидкие среды и газы, загрязняющие механические наносы, силовые напряжения, тепло- и массоперенос, влажностный градиент, диффузионные перемещения, химически активные реагенты, усадочные явления).

Значение гидроизоляции в строительстве иногда недооценивается. Стремясь уменьшить общие расходы, экономят на гидроизоляции. Но стоимость гидроизоляции, по сравнению с общестроительными расходами и стоимостью оборудования сооружения, незначительна, и поэтому на изоляции экономить не следует.

Если говорить об истории развития гидроизоляции, то применение гидроизоляционных материалов началось в глубокой древности. Еще 4500— 5000 лет назад природный битум и смолу использовали в качестве вяжущих и гидроизоляционных материалов при строительстве египетских и вавилонских сооружений, в том числе кирпичных храмов и ритуальных бассейнов. Природной смесью битума с минеральными порошками (асфальт) изолировались каналы и водостоки, бани, фундаменты дворцов и храмов. При раскопках была найдена гидроизоляция в виде рогожи из тростника, пропитанной битумом. Стены и полы хлебных амбаров и зернохранилищ защищались от воды с помощью битумной обмазки, что обеспечивало весьма длительную сохранность зерна. В полотна, пропитанные битумом или озокеритом (горным воском), обертывались легко загнивающие изделия, благодаря чему обеспечивалось их длительное хранение. Для повышения прочности и теплостойкости, особенно при применении битума в качестве вяжущего строительного материала, в него добавляли порошкообразные наполнители. Кроме битума использовались некоторые виды ископаемых смол, например копал, янтарь (окаменевшая смола), которые перед употреблением предварительно расплавлялись. С начала XVIII в. битум начали применять в России. В 20-е гг. XX в. в нашей стране были организованы плановая и технически рациональная эксплуатация месторождений битума и асфальта, разведочные работы новых месторождений этих ценных ископаемых.

Серьезным «конкурентом» битумам и дегтям выступают гидроизоляционные материалы, получаемые на основе полимеров. По качественным показателям полимерные материалы превосходят битумные и дегтевые, поэтому по мере дальнейшего развития химической промышленности интенсивно увеличиваются объемы производства и выпуска полимеров и пластмасс, а также композиций битумно-полимерных, эффективных для гидроизоляции. В настоящее время разработаны новые разновидности кровельных и гидроизоляционных материалов на основе полимеров, типа пленочного полиэтилена, профилированного поливинилхлорида и других, более сложных по составу и дешевых материалов и изделий. Они заменяют и постепенно вытесняют из производства менее надежные и недолговечные в покрытиях материалы, которые сравнительно недавно признавались традиционными, например толевые и рубероидные рулонные материалы.

Среди большого многообразия гидроизоляционных материалов и изделий имеется значительная их часть, качество которых регламентируется определенными стандартами — ГОСТами, Техническими условиями (ТУ) и другими нормативными документами, являющимися обязательными к использованию.

К гидроизоляционным материалам практически относятся и кровельные, та их часть, которая используется для гидроизоляционных работ. Кровля является разновидностью гидроизоляционного покрытия самой ответственной части здания.

При широкой области использования и обширной номенклатуре гидроизоляционных материалов деление их на группы должно осуществляться по основным классификационным признакам. К таким признакам относятся:

• функциональное назначение материала в гидроизолирующем покрытии;
• физическое состояние и внешний вид материала при его применении;
• основное сырье, используемое для изготовления материала;
• производственное назначение гидроизоляции.

По функциональному назначению (рис. 1) в гидроизолирующем слое все гидроизоляционные материалы подразделяют:

• на грунтовочные (грунтовка), наносимые первым слоем на обрабатываемую поверхность с целью заполнения поверхностных пор и дефектов, а также для повышения сцепления последующего слоя с основанием;
• подмазочные (затирочные), предназначенные для выравнивания углублений и других местных дефектов на поверхности конструкции;
• шпаклевочные, окончательно выравнивают поверхность, придавая ей однородность перед нанесением покровного изолирующего слоя.

Изоляционные материалы предназначены обеспечить отделение (изоляцию) конструкции от контакта с пароводяной средой. Покровные материалы применяют с целью защиты основной гидроизоляции от влияния внешних сред или для придания наружной поверхности дополнительной гидрофобности, глянцевитости или зеркального блеска. У предлагаемой классификации есть недостаток, который выражается в том, что группы не отражают различия материалов по составу и состоянию, причем основная масса классифицируемых материалов объединяется одной группой — изоляционные.

Рис. 1. Гидроизоляционное покрытие: 1 — покровный слой; 2 — слой изоляционного материала; 3 — шпатлевка; 4 — грунтовка; 5 — подмазка или затирка; 6 — основание

Классификация по признаку физического состояния и внешнего вида в период использования материалов. Внешний вид жидких и пластичновязких материалов характеризуется отсутствием определенной формы их массы. Материал используется в виде эмульсии, пасты, раствора, мастики и другого, тогда как внешний вид упруговязких и твердых материалов имеет вполне определенную форму — полотно, пленка, плита и пр. Эта классификация имеет большое практическое значение, хотя и не отражает некоторых специфических особенностей гидроизоляционных материалов и без учета других признаков является недостаточно конкретной.

По признаку применяемого основного сырья гидроизоляционные материалы могут быть разделены на органические, неорганические и комбинированные (смешанные). Такой подход в классификации гидроизоляционных материалов легко поддается дальнейшей детализации с выделением в каждой подгруппе типичных материалов (битумные, дегтевые и т. п.). Однако она не вполне удобна при изучении технологии производства материалов, так как требуются неоднократные повторения аналогичных технологических процессов, встречающихся при изготовлении материалов разных групп.

По признаку производственного назначения гидроизоляционные материалы разделяются на пропиточные, инъекционные, обмазочные, оклеечные, герметизирующие, монтажные, насыпные.

Недостатком этой классификации является отсутствие данных о состоянии материала при его применении, характере сырья и готовой продукции, но она в целом более наглядная и полная, чем другие.

Наиболее полной является комбинированная классификация гидроизоляционных материалов (рис. 2), в которой различные классификационные признаки учитываются в их совокупности.

При комбинированном подходе классификации гидроизоляционные материалы по физическому состоянию в период их применения разделены на жидкие, пластично-вязкие, упруговязкие и твердые.

Жидкие материалы делятся на пропиточные, инъекционные, пленкообразующие и грунтовочные; применяемые в горячем, теплом или холодном состояниях. Пластично-вязкие материалы разделяются на обмазочные, обмазочно-уплотняющие, приклеиваемые и шпатлевочные; применяемые в горячем, теплом или холодном состояниях. Причем обмазочные материалы, в свою очередь, можно разделить на мастики, пасты, а обмазочно-

уплотняющие — на изоляционные растворы и пластичные бетоны. Гидроизоляционные материалы разделены на строительные растворы и бетоны. Приклеиваемые гидроизоляционные материалы делятся на клеевые мастики и клеи. Упруго-вязкие и твердые материалы могут быть объединены. Их применяют в основном в холодном состоянии и делят на рулонные, пленочные и штучные. Причем в группе рулонных различают безосновные и основные; в основных имеется ряд рулонных материалов, применяемых с подогревом или без подогрева поверхностного слоя.

Рис. 2. Комбинированная классификация гидроизоляционных материалов

При необходимости более детального изучения отдельных групп этой классификации возможно использование и других признаков, в той или иной мере уточняющих положение материала в классификации, его технические свойства (рис. 3).

Так, некоторые материалы можно разделить по степени гидроизолирующей способности, например по водонепроницаемости. Строительные нормы и правила предлагают деление гидроизоляционных материалов по виду вяжущих веществ и их смесей на битумные, дегтевые, дегтебитумные, полимерные, битумно-полимерные, резинобитумные; по производственному назначению — на кровельные, гидроизоляционные, пароизоляционные и герметизирующие материалы.

В зависимости от технологии гидроизоляционных работ различают гидроизоляцию сооружений, с точки зрения производства строительных работ, окрасочную, штукатурную (холодную, горячую), литую, оклеечную, монтируемую, комбинированную, герметизирующую. Существует обобщенная классификация гидроизоляционных материалов по составу (активным веществам), области применения, физическому состоянию и способу нанесения (укладки). Но при изложении отдельных видов материалов и технологий их производства принята за основу комбинированная классификация (см. рис. 2).

Рис. 3. Классификация гидроизоляционных материалов

Продление срока службы строительных конструкций посредством гидроизоляционной защиты на сегодняшний день — одно из актуальных направлений строительных технологий. Высокая стоимость защитных покрытий позволяет проблеме их выбора приобрести решающее значение. При всем многообразии отдельных видов материалов и технологий их производства за основу принимается их комбинированная классификация.

2. Структура и свойства материалов для гидроизоляционных работ

Гидроизоляционными называются строительные материалы, которые обладают водонепроницаемостью и удовлетворяют необходимым техническим требованиям по прочности, деформативности, теплостойкости и т. д. Качество гидроизоляционного материала наиболее полно выражено по свойству водонепроницаемости. Другие свойства имеют подчиненное значение при числовых показателях, соответствующих нормативным. Кроме водонепроницаемости важной характеристикой гидроизоляции становится химическая стойкость, так как не только вода может проникать и воздействовать на материал сооружений, но и водные растворы агрессивных веществ.

Только полный учет конкретных эксплуатационных условий, в которых находятся эти материалы, может гарантировать долговечность конструкционных материалов. Вода относится к одному из наиболее распространенных и агрессивных факторов, воздействующих на материалы в период эксплуатации зданий и инженерных сооружений. Она способствует снижению прочностных свойств большинства материалов, развитию коррозионных процессов в металлах и бетонах, загниванию древесины, появлению трещин и плесени, сырости, обрушению штукатурных слоев в помещениях, недостаточно защищенных от сырости. Поэтому гидроизоляция конструкций необходима особенно, если ожидается длительный или часто повторяющийся (периодический) контакт конструкций с влажной средой.

Защитные покрытия наиболее эффективны при использовании специальных гидроизоляционных материалов, несмотря на существование других методов предохранения от проникания воды, например, шлифование и полирование поверхности конструкций, придание изделиям определенных форм и очертаний, повышение плотности материала уплотнением и т. п. Поэтому изоляционным покрытиям в строительстве и при ремонтных работах уделяют особое внимание. Отсутствие средств защиты от неблагоприятных климатических факторов не позволит конструкциям и сооружениям в полном объеме выполнять свои функции, даже если основной материал конструкции имеет высокие технико-эксплуатационные показатели в виде прочности и долговечности. К таким факторам относятся температура, влажность, звукоизоляция. Гидроизоляция рассматривается как один из самых распространенных способов защиты конструкций, задачи которых выходят далеко за рамки только лишь защиты от воды и влаги.

Независимо от группы классификации гидроизоляционные материалы обладают двумя взаимосвязанными характеристиками: внутренним строением (структурой) и качественными показателями (свойствами). Их структура складывается в течение производственных процессов переработки сырьевых материалов в определенной направленности и отношениях. Взаимосвязь устанавливается при оптимальных структурах, когда устойчивые связи в них обеспечивают стабильность основных свойств, при наличии различных внешних и внутренних изменений материала в конструкциях.

Внутреннее строение (структура) физических тел выражает определенный характер связей и порядок сцепления частиц, из которых образованы тела. У гидроизоляционных материалов структура характеризуется химическими и физико-химическими связями между контактируемыми частицами разной степени дисперсности.

Структура защитного покрытия может быть однородной и смешанной. Однородные структуры бывают кристаллизационными, коагуляционными, конденсационными. Твердые вещества, не обладающие кристаллизационной структурой, относят к аморфным. Постоянное движение атомов и молекул, взаимодействие с окружающей средой способствует непрерывному изменению структуры покрытия.

Кристаллизационными называются структуры, сформировавшиеся путем выкристаллизовывания твердой фазы и последующего срастания кристаллов в прочный моноили поликристаллический агрегат. При кристаллизации из раствора или расплава в нормальных условиях образуется упорядоченное расположение структурных частиц (атомов, ионов, молекул) в пространстве в форме кристаллических решеток, причем каждому типу связи соответствует свой характерный тип кристаллической решетки: ионной, молекулярной, атомной, с водородными связями. Но реальные кристаллы обычно имеют отклонения от строения идеальных кристаллов; всегда в них имеются искажения решеток, вакансии, дислокации, примеси, что неизбежно влияет на свойства материалов.

Коагуляционными называются структуры, в образовании которых участвуют вандерваальсовы силы сцепления, действующие через прослойки жидкой среды, и поэтому они сравнительно слабые между частицами. Среда образует в структуре своеобразную подвижную пространственную сетку, отличную от жесткой сетки каркаса в кристаллических структурах. За счет подвижных прослоек материалы с коагуляционной структурой обладают тиксотропией, т. е. способностью разжижаться под влиянием механических воздействий (перемешивания, встряхивания, вибрации и пр.) с обратимым восстановлением структуры и свойств в последующий период покоя. Тиксотропия, пониженная прочность, ярко выраженная ползучесть являются наиболее характерными свойствами коагуляционной структуры.

При непосредственном взаимодействии частиц или под влиянием химических соединений в соответствии с валентностью контактируемых атомов или под влиянием ионных и ковалентных связей возникают конденсационные структуры.

Несмотря на разделение микроструктуры на три вышеуказанные разновидности, возможно и даже более типично образование смешанных структур как совокупностей двух или трех однородных, например, кристаллизационно-коагуляционной и др. Возможен самопроизвольный переход с различной скоростью коагуляционной структуры в конденсационнокристаллизационную и др. Такие изменения придают веществу иную прочность, деформативность, изменяют тиксотропность и пр. Многие гидроизоляционные материалы (рулонные, асфальтобетон, пластобетон, мастики и др.) имеют коагуляционную структуру или в них ярко выражены смешанные типы структур, например при низких температурах.

Органические вяжущие вещества (битумы, дегти, термопластичные синтетические смолы и др.) обладают однородной структурой (коагуляционной, аморфной и др.), поэтому гидроизоляционные материалы на их основе имеют подвижную пространственную структурную сетку. В эксплуатационных условиях структура гидроизоляции может претерпевать различные изменения. При пониженных температурах часть составляющих может выкристаллизовываться с образованием полидисперсных органических кристаллов, при повышенных температурах возможен переход в вязкотекучее состояние с аморфной структурой, а под влиянием факторов старения могут возникать необратимые явления в структурах и свойствах материала (утончение прослоек, нарастание хрупкости и концентрации твердой фазы и пр.).

Аморфная структура характеризуется отсутствием кристаллов, беспорядочным расположением атомов, молекул, не ориентированных относительно друг друга. Иногда такая структура является кажущейся, так как при более тщательном исследовании обнаруживается закономерное расположение молекул в центральной части отдельных микрокристаллов. Аморфную структуру имеют натуральный и большинство синтетических каучуков при комнатной температуре, целлюлоза, полиизобутилен и некоторые другие полимеры, используемые при производстве гидроизоляционных материалов.

Аморфное строение вещества, при определенных условиях, может постепенно перейти в кристаллизационное, которое более устойчиво, но и не всегда самое благоприятное для гидроизоляционных материалов, находящихся в конструкциях.

Определенный объем, иногда весьма значительный, в структуре занимают замкнутые или сообщающиеся поры. Они могут иметь разное происхождение и разные размеры, но во всех случаях они остаются нежелательными в гидроизоляционных материалах, так как понижают их водонепроницаемость. Поры и другие виды неплотностей обычно относят к дефектам структуры материала, так как они могут быть концентраторами напряжений и аккумуляторами агрессивной среды. Особо опасны дефекты в виде микротрещин, способных переходить в макротрещины. Но анализ структуры рубероида как наиболее пока массового гидроизоляционного и кровельного материала показывает, что в нем содержатся поры (пустоты), не заполненные битумом. При этом пористость в покровном слое рубероида может составлять 8…10 %, а в его картонной основе количество пор, в зависимости от технологического режима производства, составляет 10…25 %.

Наличие остаточной пористости, связанной в основном с дефектностью технологии изготовления продукции на предприятии, отрицательно влияет на долговечность материала в конструкции. Например, по данным Г. Г. Макаренко, снижение массосодержания битума в картоне от 1,4 до 1,05 кг/кг, увеличение объема свободных пор на 26 %, что ускоряет разрушение рубероида в 2,7 раза. По той же причине ускоряется старение пленочных материалов.

Из множества структур существенным является выделение оптимальных и рациональных.

Оптимальной называют структуру, в которой частицы, в том числе поры, распределены по объему равномерно; отсутствуют или содержатся в минимальном количестве дефекты; имеется непрерывная прослойка вяжущего вещества в виде жесткой или подвижной пространственной сетки при наименьшем размере усредненной толщины пленок жидкой среды, которые не являются, однако, дискретными. В структуре желательна наибольшая плотность упаковки твердых частиц.

Рациональной (неоптимальной) называют структуру, которая не удовлетворяет хотя бы одному из указанных обязательных признаков оптимальности. Оптимальным структурам соответствуют улучшенные показатели качества материалов по сравнению с неоптимальными структурами. Рациональная структура гидроизоляционного материала обладает комплексом заданных показателей качества в реальных условиях производства и эксплуатации. Оптимальный состав и оптимальную структуру материала при данных технологических параметрах и принятом сырье обеспечивают расчетно-экспериментальным методом в лабораторных условиях и в производственном процессе.

Различаются гидроизоляционные материалы между собой не только структурой, но и текстурой (сложением). Текстура подразумевает ориентацию главных структурных составляющих. Типичными текстурами являются слоистая, волокнистая, зернисто-цементированная, зернисто-рыхлая, неупорядоченная и комбинированная. В целях упрощения текстурные признаки иногда относят к структурным характеристикам материала.

Состав, структура, текстурные особенности материала, а также определенный характер внутреннего теплового состояния предопределяют основные свойства гидроизоляционных материалов и их отношение к внешней среде и механическим воздействиям.

Качество гидроизоляционных материалов определяют в конкретных показателях технических свойств. Технические свойства выражаются в четырех взаимосвязанных группах. К первой группе относят свойства, отражающие отношение гидроизоляционного материала к водной и паровой средам. Прямо или косвенно они характеризуют гидроизолирующую способность материала в таких показателях, как водонепроницаемость, водопоглощаемость и водонасыщаемость, гигроскопичность, гидрофильность и гидрофобность. Эти свойства зависят от структуры, а именно от пористости и физической природы веществ. С пористостью связана и влажность материала, показывающая степень заполнения пор водой и выражаемая в процентах (по массе или объему).

Механические свойства составляют вторую группу. Это прочность, пластичность, упругость, вязкость. От показателей этих свойств зависит способность гидроизоляционных материалов сопротивляться механическим силам, оказывать сопротивление внутренним напряжениям в материале без нарушения сплошности структуры, изменения формы или размеров. Механические свойства характеризуют податливость материала к технологическим видам обработки: формируемости, податливости к плотной укладке смеси, удобообрабатываемости при нанесении на изолируемую поверхность конструкции, гвоздимости и др.

Качественные характеристики, показывающие отношение материала к длительному воздействию внешней среды и геофизических факторов, стабильность основных показателей свойств гидроизоляции во времени, объединяются в третью группу свойств. Показателями стабильности служат набухаемость, водостойкость, морозостойкость, химическая и биохимическая стойкость, погодоустойчивость, долговечность.

Адгезионные свойства относят к четвертой группе свойств. Они показывают способность гидроизоляционного материала к сцеплению с поверхностью защищаемой конструкции или с промежуточным клеевым слоем.

Среди других, не упомянутых выше свойств этих материалов, следует отметить теплоемкость, теплопроводность, звукопроводность, звукопоглощаемость, газопроводность, влагоотдачу, огнестойкость, горючесть. Эти свойства, а также более сложные качественные характеристики, например теплостойкость, температуростойкость и другие, учитывают при совокупной оценке материала и его эксплуатационных показателей в конструкции сооружения, особенно при изготовлении и использовании в покрытиях комбинированных материалов.

Для оценки свойств гидроизоляционных материалов и покрытий в технической литературе принята следующая терминология:

Плотность — отношение массы материала к его объему в плотном теле (исключая пустоты и поры).

Объемная масса — отношение массы кускового материала к его объему в естественном состоянии (вместе с порами). Отношение массы рыхлого (насыпного) материала к его объему.

Предел прочности — предельное напряжение, при котором наступает разрушение образца материала.

Относительное удлинение — отношение остаточного удлинения образца к его первоначальной длине.

Ударная вязкость — работа, затраченная на ударный излом образца, отнесенная к площади его поперечного сечения

Коэффициент трещиностойкости — отношение ширины перекрываемой трещины в бетоне к толщине покрытия без нарушения сплошности покрытия.

Водопоглощение — степень заполнения водой единицы объема или массы материала при погружении сухого образца в воду при температуре 18…20 °С.

Коэффициент водопроницаемости — количество воды, прошедшей через образец материала в течение одного часа при постоянном давлении.

Коэффициент фильтрации грунта — скорость перемещения (фильтрации) жидкости через грунт при напорном градиенте, равном единице.

Коэффициент газо-, воздухопроницаемости — количество газа (воздуха), кг, проходящее в течение 1 ч через слой материала площадью 1 м² толщиной 1 м при разности давлений воздуха на поверхностях в 1 Па.

Электрическое сопротивление (омическое) — способность материала сопротивляться прохождению постоянного тока.

Электрическая прочность — напряженность электрического поля, при которой происходит пробой данного материала.

Адгезия — сопротивление отрыву или сдвигу материала, нанесенного на изолируемую поверхность.

Усадка — линейное сокращение материала под воздействием внешних факторов (изменение температуры и др.) или в результате процессов, протекающих в материале (старение, вулканизация, полимеризация и др.).

В зависимости от вида сооружений, предназначенных для гидроизоляции, планируемой долговечности этих сооружений, сроков капитальных ремонтов и режима эксплуатации сооружения, к гидроизоляционным материалам и конструкциям может предъявляться ряд дополнительных требований:

Атмосферостойкость, или погодоустойчивость — способность материала длительное время сохранять свои первоначальные свойства и структуру после совместного воздействия погодных факторов (дождя, света, воздуха, облучения и колебаний температуры). Атмосферостойкость выражается временными показателями (час, сутки, месяц, год) или оценивается в баллах по специальной шкале.

Биологическая стойкость — способность материала сопротивляться агрессивным биологическим факторам (бактерии, микробы, грибы, насекомые грызуны, прорастание растительности).

Долговечность — способность материала длительное время сопротивляться комплексному воздействию атмосферных и других факторов в условиях эксплуатации.

Коэффициент паропроницаемости — количество водяного пара, проникающего в течение 1 ч через 1 м² площади образца толщиной 1 м при разности парциальных давлений водяного пара с одной и другой стороны образца.

Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без существенных признаков разрушения и значительного снижения прочности. Оценивается числом циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Старение материала — процесс изменения (ухудшения) свойств материала во времени под воздействием природных или искусственных факторов.

Температура стеклования — максимальная температура, при которой материал становится хрупким.

Укрывистость — способность материала (лакокрасочного, растворенного и т. п.) давать на окрашиваемой поверхности сплошную пленку при минимальном его расходе. Единицей измерения укрывистости является расход материала в граммах на 1 м² окрашиваемой поверхности.

Химическая стойкость — способность материала сопротивляться агрессивному воздействию среды или химическому взаимодействию с контактируемым материалом (кислоты, щелочи, растворенные в воде соли, газы и др.).

Итак, гидроизоляционные материалы отличаются от других строительных материалов повышенной водонепроницаемостью и водоустойчивостью при длительном действии воды, в том числе минерализованной, и химически агрессивных водных растворов. Гидроизоляционные материалы независимо от классификации обладают двумя взаимосвязанными характеристиками: внутренней структурой и качественными показателями. Состав, структура, текстурные особенности материала, а также определенный характер внутреннего теплового состояния предопределяют основные свойства гидроизоляционных материалов и их отношение к внешней среде и механическим воздействиям.

3. Основные теоретические положения надежности гидроизоляции

Судят о качестве гидроизоляционных материалов по основным специфическим свойствам с учетом того, что применяемый для гидроизоляции материал плохо смачивается водой. При этом полностью исключается возможность свободного движения воды по капиллярам и порам изоляционного слоя, желательно полностью предотвратить диффузию или затормозить диффузное проникновение воды. Необходимо обеспечить требуемую прочность и деформативность гидроизоляционного материала для сохранения долговечности его в конструкции, обеспечив при этом адекватную относительную стабильность его структуры. Надежность изоляции конструкции от внешних дестабилизирующих факторов зависит, в какой мере эти необходимые показатели качества гидроизоляционного материала обеспечиваются в эксплуатационный период. Рассмотрим основные аспекты теоретических позиций обеспечения надежности гидроизоляции.

Возможность растекания определенной жидкости по определенной подложке зависит от природы как жидкости, так и твердого тела. При изучении смачивания важно знать соответствующие характеристики подложки. Однако определить поверхностное натяжение или свободную поверхностную энергию твердого тела прямыми методами достаточно сложно. Критическое поверхностное натяжение жидкости σ₁₃ определяется как точка, в которой прямая, выражающая зависимость соs  от поверхностного натяжения жидкостей, пересекает линию нулевого краевого угла, т. е. линию, соответствующую полному смачиванию. Теоретически все жидкости, поверхностное натяжение которых равно или ниже σ₁₃, должны растекаться по этой поверхности. Однако на практике σ₁₃ не является постоянной величиной для данного твердого тела, а несколько меняется в зависимости от природы жидкости.

Гидроизоляционный материал должен плохо смачиваться водой, чтобы быть гидрофобным, и тогда водопоглощаемость, гигроскопичность и другие свойства, непосредственно влияющие на сохранность и долговечность материала в конструкции, будут иметь наименьшие значения. Между тем создание несмачиваемой или плохо смачиваемой поверхности гидроизоляционного слоя является задачей не только актуальной, но и нелегкой. Способность к смачиванию поверхности, которая всегда характеризуется наличием свободной энергии, зависит от полярности наносимой жидкости.

Чем меньше разность в избытке свободной энергии соприкасающихся фаз или разность их поверхностных натяжений, тем полнее и легче происходит смачивание. Напряженность молекулярных сил на границе раздела фаз понижается, а взаимная растворимость увеличивается с повышением температуры. Исходя из условия равновесия сил, действующих на поверхность смачиваемого тела (рис. 4), можно записать

соs θ = (σ₂₃ – σ₁₃) / σ₁₂, (1)

где σ₂₃, σ₁₃, σ₁₂ — поверхностные натяжения на границах раздела соответствующих фаз 1, 2, 3.

Рис. 4. Краевой угол смачивания: а — условия равновесия сил поверхностного натяжения при смачивании: 1 — жидкость; 2 — газ; 3 — поверхность; б — критерии адгезии

При контактировании гидроизоляционного материала с водной средой (фаза 1, рис. 2.4, а), воздухом (фаза 2, рис. 2.4, а), поверхностью изоляционного материала (фаза 3, рис. 2.4, а), уменьшение смачиваемости материала водой может быть достигнуто при условии, что краевой угол смачивания θ > 90°, соs θ — величина отрицательная и по возможности наибольшая по формуле (2.1). Это условие связано с необходимостью получить разность (σ₂₃ – σ₁₂) в виде отрицательной и наибольшей величины при уменьшении σ₁₂. Но поверхностное натяжение воды на границе с воздушной средой σ₁₂ составляет относительно постоянную величину и при температуре 20 °С равную 72,8 эрг/см². Поэтому задача состоит во всемерном уменьшении σ₂₃ и увеличении σ₁₃, т. е. в понижении поверхностного натяжения на границе «гидроизоляция — воздух» и в повышении поверхностного натяжения на границе раздела «гидроизоляция — вода». Но понижение поверхностного натяжения на границе раздела «гидроизоляция — воздух» практически означает выбор материала, обладающего наименьшей полярностью на границе с воздушной средой.

За меру полярности удобно принять диэлектрические свойства, в первую очередь диэлектрическую проницаемость. Диэлектрическая проницаемость полимеров, на применении которых главным образом основывается современное производство гидроизоляционных материалов, невелика. Эти вещества принадлежат к диэлектрикам. Только при очень большом напряжении электрического поля может происходить так называемый пробой. Диэлектрическая проницаемость их выше при наличии в молекулах полярных групп, составляя 4…8, снижаясь до 2…3 и менее, если в молекулах не содержатся полярные группы. Наименьшая полярность соответствует полиэтилену, полиизобутилену, полистиролу. Наибольшая полярность и, следовательно, смачиваемость у полиамидов, фенолформальдегида, поливинилхлорида. Битумы различного происхождения имеют низкие значения диэлектрической проницаемости.

Введение в битум минерального порошка до некоторой предельной концентрации с образованием асфальтовяжущего вещества повышает его диэлектрическую проницаемость. Таким образом, для увеличения краевого угла необходимо ориентироваться на полимерные материалы; несколько менее эффективны битумы и дегти.

Практически, однако, величину поверхностного натяжения гидроизоляционного материала на границе с воздухом измерять сравнительно трудно. Основное внимание следует уделять повышению избытка свободной энергии на границе гидроизоляции с водой, которая увеличивается с понижением полярности гидроизоляционного материала, так как полярность воды остается практически постоянной.

С приближением величины краевого угла смачивания к нулю, работа адгезии переходит в работу когезии, равную удвоенному поверхностному натяжению, при этом W_к = 2σ₁₂. Следовательно, гидроизоляционный материал 1 должен хорошо смачивать защищаемую поверхность 2, что характеризуется большим значением соs θ₁ (рис. 4, б), но плохо смачивается водой 3, что, в свою очередь, характеризуется малым значением соs θ₂. В этом случае θ₁ — краевой угол смачивания между разделами фаз 1 и 2, а θ₂ — краевой угол между разделами фаз 2 и 3. Для правильного выбора материалов и компонентов необходимо сочетать факторы, способствующие понижению σ₂₃ и повышению σ₁₃ с экспериментальным определением величины угла θ, вычислением обоих значений cos θ. Варьируя выбором материалов и входящих в них компонентов, измеряя краевой угол смачивания, решается задача выбора гидроизоляции. Если изоляционный материал при испытании не дает тупого угла смачивания водой (θ₁ > 90°, см. рис. 4, б), то на поверхность конструкционного материала следует предварительно нанести тонкий слой пленочного гидрофобного вещества. Создание гидрофобной поверхности (наружной и внутри пор) является одним из основных условий хорошей гидроизоляции.

Для эффективной защиты поверхности от влаги недостаточно одного условия несмачиваемости поверхности гидроизоляционным слоем. Вода может проникать в материал вследствие капиллярного подсоса. В зависимости от степени гидрофильности стенок капилляра, их способности смачиваться водой изменяется высота или глубина подсоса воды. Если стенки капилляра гидрофобны, то вода в них не заходит, а та вода, которая оказалась в капиллярах, опустится ниже уровня окружающей водной среды.

В соответствии с физическими законами проникание воды в капилляры и поры материала предотвращается давлением, возникающим на менисках и направленным вдоль оси. Капиллярное давление воды вычисляется по формуле:

p = (2σ / g) / (соs θ / r), (2.2)

где σ — поверхностное натяжение воды на границе с воздухом при данной температуре; при 20 °С σ_воды = 72,8 дин/см; g — ускорение свободного падения, равное 9,81 см/с²; θ — краевой угол смачивания у менисков; соs θ — характеристика смачивания; r — радиус капилляров или пор.

Из этого выражения следует, что для улучшения гидроизоляционного покрытия необходимо уменьшить величину r и увеличить краевой угол смачивания θ. Другие члены уравнения могут быть приняты постоянными. Радиус пор можно снизить за счет максимально возможного уплотнения гидроизоляционной массы (бетонной смеси, строительного раствора, мастики, пасты, насыпных и др.), за счет проектирования состава зернистой смеси с заполнением всех оставшихся пустот чистым или наполненным вяжущим веществом с параллельным контролем качественных показателей свойств (особенно механических) материала. Увеличение краевого угла у менисков достигают теми же средствами, которые применяют для снижения смачиваемости наружной поверхности гидроизоляционного покрытия. Необходимо также предохранять поверхность изоляционного покрытия от посторонних наносов, особенно не допуская механического впитывания их в поры. Загрязнение поверхности обычно гидрофильно по своей природе, что уменьшает краевой угол смачивания у менисков. Как отмечалось выше, если θ > 90°, то вода имеет тенденцию к выходу из пор.

Следовательно, для предотвращения проникания капиллярной воды необходимо повышать плотность слоя изоляции и снижать полярность поверхности внутренних пор, капилляров и других полостей в материале путем предварительной гидрофобизации заполнителей физической или химической адсорбцией. Диффузия, характеризующаяся передвижением воды от мест с большей ее концентрацией до более или менее равномерного распределения по всему объему, может оказывать влияние на проникновение воды внутрь изоляционного материала. Диффузия непосредственно связана с тепловым движением, а проникновение воды наблюдается даже в таких гидрофобных материалах, как парафин, стеарин, пчелиный воск и др. Чем больше сосредоточено в объеме материала внутренних дефектов, таких как гидрофильные частицы твердой высокодисперсной фазы, тем полнее и интенсивнее протекает диффузия. Она усиливается с повышением температуры (энтропийный фактор) и смачиваемости внутренней поверхности дефектов (энергетический фактор). Благоприятствует диффузии и присутствие в воде поверхностноактивных веществ, которые способны коллоидно растворять ее, образуя дополнительные дефекты в микроструктуре материала.

Интенсивность диффузии воды можно снизить в таких размерах, что она не будет заметно влиять на качество гидроизоляции. Однако полностью прекратить процесс диффузии воды и проникание ее в изоляционный слой, повидимому, нельзя. Для замедления диффузии необходимо:

• не допускать в вяжущем веществе водорастворимых примесей;
• ограничивать содержание естественных или искусственно вводимых поверхностно-активных веществ в вяжущем материале с тем, чтобы почти не оставалось их в свободном состоянии после объединения вяжущего с минеральными компонентами;
• при выборе вяжущего и заполнителей (наполнителей) более строго учитывать их химический состав и кристаллохимические особенности;
• тщательно обрабатывать композиционные смеси в мешалках, на вальцахкаландрах и др.

Высокая гидроизолирующая способность должна сочетаться с достаточной прочностью, необходимой деформативностью и другими механическими свойствами материалов. Показатели механических свойств не могут быть ниже предельных значений, допускаемых в отношении гидроизоляции в конкретных эксплуатационных условиях. Так как свойства зависят от состава и структуры материалов, то регулирование механических (структурномеханических) свойств основывается на реализации закономерностей, изученных в отношении того или иного класса материалов, а также более общих закономерностей, характерных для материалов оптимальной структуры типа искусственных строительных конгломератов.

Основные теоретические положения надежности гидроизоляции основаны на том, что гидроизоляционный материал должен плохо смачиваться водой. Являясь гидрофобным материалов, водопоглощаемость, гигроскопичность и другие свойства защитного покрытия будут иметь наименьшие значения, что непосредственно влияет на сохранность и долговечность материала в конструкции. Процесс прилипания (адгезии) защитного покрытия характеризуется показателями смачивания, поверхностного натяжения (свободной поверхностной энергии твердого тела). Создание несмачиваемой или плохо смачиваемой поверхности гидроизоляционного слоя является задачей не только актуальной, но и достаточно сложной.

4. Способы устройства гидроизоляционных покрытий

Качество возведения зданий и сооружений определяется качеством разработки проектно-сметной документации, применяемых материалов и изделий и качеством выполнения строительно-монтажных работ. Новые технологические приемы в строительстве с опорой на научные принципы о процессах и способах производства работ характеризуют технологический процесс, который слагается в основном из трех взаимосвязанных базисных элементов. К базисным элементам относятся сырье, энергия и оборудование. Выбор этих элементов обусловлен экономикой, состоянием и уровнем научно-технического прогресса в строительной отрасли. Наиболее полно взаимосвязь этих базисных элементов проявляется на отдельных стадиях, которые включают специальные технологические операции, выполняемые в определенной последовательности. В основе процессов и операций лежат научные принципы и закономерности, большая часть которых носит объективный характер, но действуют в технологиях также и специфические, частные закономерности и зависимости. Чем больше технологический процесс придерживается общих и специфических научных принципов и закономерностей, тем совершеннее выполнение производственных операций, выше степень их оптимизации и лучше качество выполняемых работ.

Гидрозащита и восстановление несущей способности строительных конструкций являются на сегодняшний момент одной из актуальных проблем нового строительства и эксплуатации существующих зданий и сооружений. Воздействие влаги для одного объекта может быть различно в целом на объект и для отдельно взятой конструкции. После выявления источника увлажнения, установления характера взаимодействия конструкции с окружающей средой производится выбор эффективной системы защиты от увлажнения — определяется степень сохранности конструкционного и отделочного материалов. В строительные конструкции влага может проникать как с наружной, так и с внутренней стороны сооружения, т. е. происходит атмосферное и (или) грунтовое воздействие.

С точки зрения воздействия воды на конструкцию, она может быть трех видов:

1. фильтрационное — от дождевых, талых и случайных стоков, не оказывающее на конструкцию гидростатического давления, при этом обеспечивается беспрепятственное стекание воды без образования застойных зон;
2. грунтовое — вода удерживается в грунте капиллярными силами и не оказывает на конструкцию гидростатического давления, если конструктивное решение обеспечивает беспрепятственное стекание воды без образования застойных зон;
3. подземное — вода обуславливается уровнем грунтовых вод, в зависимости от рельефа местности, и положением водоупорного слоя.

Самым опасным видом разрушающей нагрузки, воздействующей на подземные части зданий и сооружений, является нагрузка от напорной воды, которая измеряется гидростатическим давлением. Наиболее эффективным способом защиты от этого воздействия может служить дренирование, планировка местности, образование гидроизоляционной системы.

В зависимости от гидростатического напора применяются различные типы гидроизоляционных систем (табл. 1).

Таблица 1. Типы гидроизоляции

Давление воды	Тип гидроизоляции
	окрасочная		штукатурная		оклеечная	облицовочная
	битумная	полимерная	асфальтовая	цементная		полимерная	металлическая
Гидростатический напор, м	2	5	20	30	30	30	неограниченная

Тип покрытия, в зависимости от степени воздействия агрессивных подземных вод, приведен в табл. 2.

Таблица 2. Зависимость типа покрытия от степени воздействия агрессивных сред

Тип защитного покрытия	Степень воздействия агрессивных подземных вод
	слабая	средняя	сильная
Окрасочные покрытия
Битумные покрытия холодные и горячие	+	–	–
Битумные полимерные покрытия	+	+	–
Полимерные лакокрасочные покрытия	+*	+	+
Полимерные покрытия эпоксидные	+*	+*	+
Штукатурные асфальтовые и литые покрытия
Штукатурные асфальтовые покрытия	+	+	–
Литые асфальтовые покрытия	+*	+	–
Оклеечные покрытия
Оклеечные битумные рулонные покрытия	+*	+*	+
Оклеечные полимерные рулонные покрытия	+*	+*	+

Примечание к табл. 2.2: * — допускается при соответствующем обосновании; «+» — рекомендуется; «–» — не допускается.

Тип гидроизоляции также выбирается по допустимой влажности воздуха в подвальных помещениях (табл. 3).

Перед устройством гидроизоляции рабочую поверхность очищают от загрязнений, пыли, жировых пятен и других веществ, которые могут негативно отобразиться на адгезии. Необходимо также определить степень отклонения поверхности и ее граней от горизонтали и вертикали.

Гидроизоляционные работы выполняются при сниженном уровне грунтовых вод не менее чем на 50 см ниже отметки гидроизоляции. Пониженный уровень должен непрерывно поддерживаться от начала работ до полного завершения гидроизоляции и сдачи ее приемочной комиссии. Для обеспечения непрерывной работы водоотливных средств необходимо предусмотреть установку резервного оборудования (насоса, двигателя и др.). При механической откачке грунтовых вод постоянно отслеживается их уровень. Для отвода поверхностных вод территория вокруг изолируемых сооружений должна быть спланирована так, чтобы вода не попадала в котлован. Для сбора и удаления атмосферных осадков и грунтовых вод при открытом водоотливе устраиваются специальные приямки.

Таблица 3. Зависимость типа гидроизоляции от влажности помещений

Тип гидроизоляции	Воздействие воды	Относительная влажность помещений, %
		менее 60	60…74	свыше 75
Окрасочная	Капиллярный подсос Гидростатический напор	+ –	+ +1)	+ +1)
Окрасочная полимерная	Капиллярный подсос Гидростатический напор	+ –	+ –	+ +
Штукатурная: цементная	Капиллярный подсос Гидростатический напор	– –	– +2)	– +3)
Асфальтовая	Капиллярный подсос Гидростатический напор	– –	– +	– +
Оклеечная: битумная	Капиллярный подсос Гидростатический напор	– +	– +	– +
Полимерная (рулонная, листовая)	Капиллярный подсос Гидростатический напор	– +	– +	– +
Металлическая	Капиллярный подсос Гидростатический напор	– +	– –	– –

Примечание к табл. 2.3. Знак «+» — допускается к применению; знак «–» — не допускается к применению или не рекомендуется; +¹⁾ — окрасочная гидроизоляция на полимерной основе; +²⁾ — торкретирование следует предусматривать с наружной и внутренней стороны изолируемой конструкции, с устройством со стороны напора поверх торкретного слоя окрасочной гидроизоляции; +³⁾ — торкретирование следует предусматривать только со стороны напора с устройством поверх торкретного слоя окрасочной гидроизоляции.

Технологический процесс независимо от видов применяемых материалов и функционального назначения гидроизоляционных покрытий состоит из нескольких основных технологических операций: подготовка поверхности, нанесение гидроизоляции, формирование покрытия (сушка, отверждение, декоративная отделка).

Устройство гидроизоляции рассмотрено на примере выполнения защитных работ фундаментов методом наплавления с применением рулонного битумно-полимерного материала (рис. 5).

Работы по устройству гидроизоляционной мембраны включают следующие подготовительные работы. В первую очередь это подготовка поверхности перед нанесением покрытия. Поверхности основания очищаются от цементного молочка, ржавчины и других веществ не жирового происхождения. Операция удаления осуществляется гидравлическим, механическим либо комбинированным способом, после чего основание промывается и высушивается. Для удаления с поверхности основания жировых загрязнений, при их незначительной глубине, основание обрабатывают поверхностно-активными веществами (ПАВ), затем промывают; при большой глубине замасленное место удаляют и заменяют новой бетонной смесью или заделывают ремонтным составом на полимерцементной основе. Имеющиеся на основании неровности, раковины, трещины заделываются ремонтным составом на полимерцементной основе.

Рис. 5. Схема устройства горизонтальной гидроизоляции подвального помещения: а — уровень грунтовых вод (УГВ) располагается ниже отметки пола подвала; б — при напоре грунтовых вод менее 200 мм; в — при напоре 200…1000 мм; г — при напоре свыше 1000 мм: 1 — рулонная гидроизоляция; 2 — окрасочная гидроизоляция; 3 — оклеечная гидроизоляция; 4 — защитная стенка из кирпича; 5 — стеклоткань; 6 — деформационный шов; 7 — глина; 8 — пол подвала; 9 — стяжка; 10 — ж/б плита; 11 — пригрузочный слой из бетона; 12 — подготовка из щебня или песка; 13 — ж/б плита перекрытия; 14 — фундаментные блоки; 15 — цементный слой или плитка; 16 — бетонное основание; 17 — отмостка; 18 — стена; 19 — подстилающая гидроизоляция

В местах примыкания фундаментной плиты к стенам фундамента выполняются наклонные бортики под углом 45° и высотой 100 мм из цементнопесчаного раствора. После этих операций основание очищается от пыли, грязи и мусора.

Влажность основания играет важную роль, поэтому ее проверяют. Для обеспечения необходимой адгезии (сцепления) наплавляемых рулонных материалов с основанием всю поверхность основания обрабатывают грунтовочными холодными составами (праймерами). Затем после полного высыхания огрунтованной поверхности наплавляют гидроизоляционный материал.

Перед укладкой гидроизоляционных материалов на горизонтальной поверхности необходимо произвести разметку поверхности основания для обеспечения ровности наклеивания рулонов, во избежание смещения рулонов в торцевых швах. При производстве работ в холодное время года до начала работ необходимо выдержать рулонные гидроизоляционные материалы в теплом помещении при температуре не ниже +15 °C не менее 24 часов. Перед непосредственной укладкой рулоны гидроизоляционных материалов рекомендуется раскатать на горизонтальной поверхности в одном направлении для того, чтобы полотнище выровнялось и приняло плоскую форму. Приклейку наплавляемого рулонного материала производить в процессе оплавления нижней стороны полотнища пламенем горелки с одновременным подогревом поверхности основания или ранее уложенного слоя, разворачивая рулон и прижимая его к основанию.

При укладке гидроизоляционных материалов на вертикальной поверхности правила выполнения работ наплавляемых материалов на вертикальную поверхность те же, что и при укладке наплавляемых материалов на горизонтальной поверхности. Основное отличие заключается в технике наплавления рулонных материалов (рис. 6).

Подача рулонов при устройстве вертикальной гидроизоляционной мембраны может производиться двумя способами: ручным и механическим. Укладка наплавляемых рулонных материалов на вертикальные поверхности производится в процессе оплавления нижней стороны полотнища пламенем горелки с одновременным подогревом поверхности основания или ранее уложенного слоя, разворачивая рулон и прижимая его к основанию (см. рис. 6).

Рис. 6. Устройство вертикальной гидроизоляции подвального помещения

В строительной практике гидроизоляционные работы относятся к скрытым, поэтому их принимают на каждом законченном этапе с составлением соответствующего акта. Приемку работ производят в процессе выполнения гидроизоляции (промежуточная приемка) и после ее окончания.

Промежуточной приемке подлежат: поверхности, подготовленные под изоляцию; первый слой изоляции; каждый слой до нанесения последующего; участки изоляции, подлежащие закрытию грунтом, кладкой, защитными ограждениями или водой; изоляция деформационных швов; изоляция стыков сборных конструкций; изоляция в местах болтовых соединений в сооружениях из чугунных и железобетонных тюбингов.

При промежуточной и окончательной приемке проверяют непрерывность изолирующих слоев, плотность прилегания каждого изолирующего слоя к смежному слою и всей изоляции к защищаемой конструкции, тщательность заделки мест пропуска трубопроводов и других деталей через изоляцию, а также убеждаются в отсутствии воздушных пазух, отслоений механических повреждений. Нормы расхода материалов на примере устройства гидроизоляционной рулонной мембраны фирмы «Техниколь» представлены в табл. 4. Нормы затрат труда при выполнении работ по устройству гидроизоляции представлены в табл. 5.

При детальном анализе норм затрат труда на выполнение гидроизоляционных работ (см. табл. 5) выявлено, что время подготовки поверхности перед выполнением работ 19 чел./ч, соизмеримо с затратами времени непосредственного устройства защитного покрытия. Затраты могут быть сокращены за счет выполнения работ в теплый период времени года с пониженной влажностью или за счет повышения интенсивности труда звена рабочих. Эти мероприятия не нарушают общих подходов в выполнении гидроизоляционных работ и могут повысить экономический эффект от проводимых работ.

Таблица 4. Нормы расхода материалов при выполнении работ по устройству гидроизоляции

Наименование материалов и изделий	Ед. изм.	Норма расхода
Материал для устройства нижнего слоя гидроизоляционной мембраны	м2	1,15
Материал для устройства верхнего слоя гидроизоляционной мембраны	м2	1,15
Праймер битумный «Технониколь № 01»	кг	0,35
Мастика кровельная и гидроизоляционная битумно-полимерная горячая «Технониколь № 41» (Эврика)	кг	По месту

Таблица 5. Нормы затрат труда

№	Наименование работ	Единица измерения	Рекомен-дуемый состав звена	Норма времени на ед. изм., чел./ч
1. Укладка гидроизоляционной мембраны на горизонтальное основание
1.1	Очистка основания от мусора	100 м2	2	9,0
1.2	Просушивание влажных мест	100 м2	2	10,0
1.3	Огрунтовка основания праймером	100 м2	1	9,0
1.4	Устройство нижнего слоя гидроизоляционной мембраны	100 м2	2	24,0
1.5	Устройство верхнего слоя гидроизоляционной мембраны	100 м2	2	24,0
1.6	Обустройство деформационного шва	100 м/п	2	64,0
1.7	Обустройство примыкания к свае	шт.	2	10,0
2. Укладка гидроизоляционной мембраны на вертикальное основание
2.1	Очистка основания от мусора высотой до 2 м	100 м2	2	7,0
2.1.1	Очистка основания от мусора, добавляется на каждые 1 м высоты	100 м2	2	9,0
2.2	Просушивание влажных мест высотой до 2 м	100 м2	2	10,0
2.2.1	Просушивание влажных мест, добавляется на каждые 1 м высоты	100 м2	2	13,0
2.3	Огрунтовка основания праймером высотой до 2 м	100 м2	1	9,0
2.3.1	Огрунтовка основания праймером, добавляется на каждые 1 м высоты	100 м2	1	13,0
2.4	Устройство нижнего слоя гидроизоляционной мембраны высотой до 2 м	100 м2	2	30,0
2.4.1	Устройство нижнего слоя гидроизоляционной мембраны, добавляется на каждые 1 м высоты	100 м2	2	43,0
2.5	Устройство верхнего гидроизоляционной мембраны	100 м2	2	30,0
2.5.1	Устройство верхнего слоя гидроизоляционной мембраны, добавляется на каждые 1 м высоты	100 м2	2	43,0
2.6	Обустройство внешнего/внутреннего угла с устройством слоя усиления	100 м/п	2	8,0
2.7	Устройство примыкания гидроизоляционной мембраны к стене фундамента с механическим креплением краевой рейкой	100 м/п	2	26,0
2.8	Обустройство деформационного шва	100 м/п	2	86,0
2.9	Обустройство трубной проходки	шт.	2	8,0
3. Обустройство подошвы фундамента
3.1.	Переход гидроизоляционной мембраны с горизонтали на вертикаль с устройством слоев усиления	100 м/п	2	6,0

При выборе способа защиты поверхности строительных изделий и конструкций только комплексный подход может сочетать надежность гидроизоляции с затратами на ее устройство. Сроки службы материала с расходом покрытия и учетом среды использования приведены в табл. 6.

Таблица 6. Ориентировочные сроки службы гидроизоляционных покрытий

Тип гидроизоляции	Толщина, мм	Срок службы, год
		в атмосфере	в грунте	под водой
Битумная	4	3…4	5…7	3…4
Битумно-эмульсионная	6	3…4	5…8	—
Битумно-латексная	6	5…6	8…10	—
Битумно-латексно-кукерсольная	5…6	4…6	7…10	—
Битумно-наиритовая	3	8…10	14…16	8…10
Битумно-бутил-каучуковая, эластим	5…6	7…10	15	7…9
Битумно-этинолевая	4…5	—	7…9	6…7
Асфальтобетонная (литая)	15…20	5…6	20…25	5…7
Эпоксидная	0,8…1	10…13	13…15	8…10
Эпоксидно-дегтевая	2…3	12…14	16…20	10…12
Эпоксидно-фурановая	2…2,5	10…13	13…15	8…12
Полимерцементная	2…3	12…14	14…15	10…14
Рубероидная	7…9	8…10	14…16	—
Гидроизольная	8…10	9…12	16…20	8…12
Изольная, бризольная	8…10	8…10	10…12	10…12
Полиэтиленовая	1…1,2	—	18…20	17…20
Полиизобутиленовая	2,5…3	—	18…20	16…18
Кровельный окрашенный лист	0,8…1	7…8	—	—
Кровельный оцинкованный лист	0,8…1	9…10	—	—
Алюминиевая	0,8…1	9…12	—	—
Фольгоизол	0,2	6…7	—	—
Асбестоцементная	4…10	8…10	—	—
Бетонная с окрасочной изоляцией	4	3…4	—	—
Плотный бетон	65…80	18…20	—	—
Бетонополимер	30…40	20…40	—	—
Полимербетон	30…40	18…25	—	—

Таким образом, технологический процесс устройства гидроизоляционного покрытия независимо от видов применяемых материалов и функционального назначения гидроизоляционных покрытий состоит из нескольких основных технологических операций: подготовка поверхности, нанесение гидроизоляции, формирование покрытия (сушка, отверждение, декоративная отделка). Организация и технология производства гидроизоляционных работ основывается на составлении технологической карты. Достижение высокого качества работ возможно только при тщательном выполнении технологических операций гидроизоляционных работ.

5. Гидроизоляция на основе неорганических вяжущих веществ

Гидроизоляция на основе неорганических вяжущих, в частности цемента, была и остается одним из наиболее распространенных видов гидроизоляции подземных сооружений. Это обусловлено высокой надежностью и относительно низкой стоимостью цементной гидроизоляции. Цементная гидроизоляция отличается простотой устройства, отсутствием необходимости в дорогостоящем оборудовании для выполнения гидроизоляционных работ в сравнении, например, с инъекционной гидроизоляцией или гидроизоляцией напылением, а также возможностью механизации ручных процессов при нанесении гидроизоляционных покрытий при выполнении как больших, так и малых объемов работ. Универсальность, возможность применения практически для защиты любых строительных материалов и конструкций является несомненным достоинством гидроизоляционных цементных покрытий, а также хорошая совместимость с цементным бетоном как основным материалом несущих конструкций.

Начиная с 1985 г. в России для защиты строительных конструкций используется устройство гидроизоляционных покрытий на основе цементных вяжущих (рис. 7).

Рис. 7. Виды гидроизоляционных покрытий на основе цементных вяжущих: а — штукатурная напрягающая гидроизоляция; б — штукатурная гидроизоляция на портландцементе; в — гидроизоляция проникающими составами; г — тонкослойная обмазочная гидроизоляция; д — эластичная цементная гидроизоляция; е — гидроизоляция швов и трещин

Для особо ответственных сооружений и уникальных зданий применяются штукатурные гидроизоляционные составы на основе напрягающего цемента (НЦ-20). Такой вид гидроизоляции считается наиболее надежным из всех существующих видов защиты на основе неорганических вяжущих материалов. По сроку службы такой вид гидроизоляции практически равен сроку службы всего защищаемого сооружения. Для химических производств штукатурная гидроизоляция является наиболее долговечной и может конкурировать с гидроизоляционным покрытием из нержавеющей стали.

Гидроизоляция бетонных и железобетонных конструкций при помощи пенетрирующих составов (цементных составов проникающего действия) становится все более популярной среди строителей. Эта популярность обусловлена простотой устройства, дешевизной, технологичностью данного защитного покрытия.

Гидроизоляционные материалы проникающего действия обычно состоят из портландцемента, напрягающего или безусадочного цемента, молотого или мелкозернистого кварцевого песка (наполнители), химических добавок. Именно химические добавки являются активным веществом проникающих гидроизоляционных материалов. Они обеспечивают эффект кольматации (запечатывания) пор, капилляров, микротрещин зоны бетона, прилегающей к плоскости нанесения гидроизоляционных материалов. В принципе, гидроизоляционные материалы проникающего действия могут состоять только из химических добавок, взятых в определенных пропорциях и добавленных к небольшому количеству цементной основы. Добавки должны хорошо и сравнительно быстро растворяться в воде, а продукты их взаимодействия с

новообразованиями, получаемыми в результате гидратации цемента, должны быть не растворимы или плохо растворимы в воде. Усиливает эффект проникающей способности гидроизоляционных составов поверхностноактивные вещества (суперпластификатор С-3 или гиперпластификаторы, например MelFlux), которые также могут входить в композицию.

Пенетрирующая композиция представляет собой сухую смесь. При затворении смеси водой происходит растворение неорганических солей в защитной композиции.

По своей сути проницание растворов электролитов в бетон определяется как осмотическое смачивание структуры с разделением исходного раствора на отдельные растворы с разными концентрациями согласно ситовому эффекту. Бетонное тело, как полунепроницаемая мембрана, представляет собой сито с разным размером ячеек, и таким образом, возможность разделения раствора по областям молекулярной и ионной проницаемости обеспечивает глубокое проникание в структуру бетона. За счет осмоса раствор солей из состава поступает по капилляру навстречу жидкости вовнутрь защищаемой конструкции. Концентрация солей на входе в капилляр максимальна, а в конце капилляра нулевая. С течением времени концентрация солей на входе уменьшается, а концентрация внутри капилляра увеличивается. Поэтому за счет осмоса происходит увеличение концентрации солей навстречу жидкости. Система стремится выровнять равновесие и при контакте солей с компонентами защищаемого материала происходит рост кристаллов.

Чтобы достичь нормальной глубины проникновения, необходимо смачивать поверхность, тем самым интенсифицируя процесс осмотической диффузии раствора. При недостатке воды процесс проникновения раствора затормозится. Под действием осмотических сил ионы металла солей добавок проникают в поровую структуру бетона и, вступая в химическое взаимодействие с продуктами гидратации портландцемента, образуют игольчатые кристаллы, которые уплотняют поровое пространство бетона, а также капилляры и микротрещины раскрытием не более 0,2 мм. Уплотненный таким образом бетон становится водонепроницаемым и относительно химически стойким. При этом проникающая гидроизоляция практически не изменяет паропроницаемость бетона, и бетон продолжает «дышать» (рис. 8).

а                                                                  б

Рис. 8. Микрофотография структуры бетона: а — до пропитки проникающим цементным гидроизоляционным составом; б — после пропитки

Эффект «самозалечивания» трещин шириной до 0,4 мм, которые могут появляться в процессе эксплуатации, является самым главным свойством проникающей гидроизоляции. Бетон становится долговечным за счет проникающей гидроизоляции, сохраняет увеличение водонепроницаемости, повышение морозостойкости, прочности на сжатие и коррозионной стойкости на весь срок службы. Глубина проникновения химических компонентов в бетон тем значительнее, чем больше он насыщен водой и, как следствие, глубже эффект гидроизоляции.

Гидроизоляционные смеси проникающего действия, в зависимости от компонентного состава и характера воздействия на защищаемые конструкции, можно разделить на две большие группы. К первой группе относятся составы, полностью всасывающиеся в тело бетона, не оставляющие слоя видимой толщины на его поверхности («Пенетрон» (США), «Ксайпекс» (Канада), «Лахта проникающая» (Россия) и др.). Они наносятся на гидроизолируемую поверхность жесткой кистью (рис. 2.9, а) или механизированным способом при помощи пневмонагнетателей (рис. 2.9, б).

Нормируемый расход материалов этой группы составляет 0,8…1,5 кг/м².

Рис. 2.9. Способы нанесения гидроизоляционной смеси проникающего действия: а — жесткой кистью; б — механизированным способом при помощи пневмонагнетателей

Ко второй группе относят составы проникающего действия с дополнительным бронирующим эффектом. Водонепроницаемость бетона при использовании смесей этой группы достигается не только за счет уплотнения его внутренней структуры, но также за счет образующегося на поверхности изолируемой конструкции дополнительного, бронирующего слоя, предохраняющего защищаемую конструкцию от действия агрессивных сред, а также вымывания активных веществ из бетона. Способы нанесения составов второй группы аналогичны. Наносятся на поверхность гидроизолируемой конструкции жесткой кистью, шпателем или механизировано в два-три слоя суммарной толщиной 2…4 мм и расходом 3…5 кг/м². Наиболее известные из них: Osmoseal фирмы INDEX (Италия), а также отечественные материалы «Кальматрон», «Гидротэкс», «Акватрон», «Стрим», «Кристаллизол» и др.

Исходя из опыта проводимых работ строительными организациями, литературных источников и нормативной документации можно выявить достоинства и недостатки использования цементных составов проникающего действия (пенетрирующих составов).

Достоинства цементных составов проникающего действия:

1. Бетон после обработки пенетирующим составом повышает свою водонепроницаемость на 4—6 ступеней, оставаясь при этом паропроницаемым.
2. При использовании бронирующего состава гидроизоляции бетон имеет двойную защиту (защитный слой + кальматация пор и капилляров в самом бетоне).
3. При устройстве гидроизоляции пенетрирующими составами их можно наносить как с наружной (при положительном давлении воды), так и с внутренней (при отрицательном давлении воды) стороны защищаемой конструкции.
4. Относительная экологическая чистота и нетоксичность цементных составов проникающего действия, вплоть до контактов с питьевой водой.
5. Бетон, обработанный проникающими составами, обладает высокой стойкостью к минеральным солям, щелочам и нефтепродуктам.
6. Относительно невысокая стоимость составов.
7. Температура эксплуатации гидроизоляции аналогична температурному диапазону эксплуатации защищаемого бетона и составляет −40… +90 °С.
8. Пенетрирующие цементные составы пожаробезопасны.

Недостатки цементных составов проникающего действия:

1. Возможно только однократное использование пенетрирующих составов для гидроизоляции бетонных конструкций. При их повторном применении основной эффект залечивания исключается, так как составляющие бетона, необходимые для реакции и уплотнения порового пространства бетона, уже прореагировали.
2. Нанесение на обработанную пенетрирующими составами поверхность штукатурных слоев достаточно сложный процесс, что связано с образованием кристаллов гидратации цемента не только в объеме бетона, но и на его поверхности.
3. Высокая трудоемкость подготовки поверхности бетона для нанесения пенетрирующих составов, которая связана с наличием на поверхности бетона открытых пор и капилляров, остатков известкового молока, что снижает эффективность действия пенетратов.
4. Пенетрирующие составы успешно работают только на стабильных во времени основаниях, на активных трещинах, образующихся в результате силового или температурного воздействия на конструкцию в процессе ее эксплуатации, пенетрирующие составы малоэффективны.
5. Нанесение составов проникающего действия возможно только при положительной температуре воздуха (не менее +5 °С), что сужает область их использования.
6. Проникающие цементные составы эффективно работают на материалах, в составе которых имеется известь (бетон). Поэтому гидроизоляция такими составами кирпичных стен не эффективна, здесь будет работать только бронирующий слой.

При устройстве гидроизоляции проникающего действия должны быть соблюдены правила подготовки защищаемого бетона: все течи устранены; поверхность обработана химическим фрезерованием 5 %-м раствором соляной кислоты либо алмазными фрезами, либо дробеструйной установкой; конструкция хорошо промыта струей воды под давлением; все трещины, холодные швы, отверстия заделаны водонепроницаемыми составами. Поверхностные поры и капилляры защищаемого бетона должны быть максимально вскрыты для облегчения проникновения в них входящих в пенетрирующие составы солей.

Проникающие составы могут использоваться на бетоне любого возраста: свежеуложенном, молодом или старом. Соотношение активных компонентов во всех этих случаях должно быть различным. Бетоны, обработанные проникающими составами, значительно повышают свою морозостойкость (от F50-100 до F300).

Надо отметить, что нет ничего универсального в устройстве защитных покрытий, и проникающая гидроизоляция не универсальна и должна применяться совместно с другими гидроизоляционными материалами и технологиями. Если бетон был уложен в конструкцию с серьезными дефектами, плохо проработан, имеет неорганизованные холодные швы, либо в бетоне появились дефекты в процессе эксплуатации, это могут быть силовые трещины раскрытием более 0,3 мм. В этом случае проникающая гидроизоляция будет неэффективна, либо гидроизолируемая конструкция в процессе эксплуатации даст протечки. При помощи проникающей гидроизоляции невозможно качественно герметизировать инженерные вводы в здание (стальные, чугунные или полимерные трубы и гильзы). Пенетраты не вполне целесообразно применять для гидроизоляции швов и трещин, которые в изобилии встречаются в бетонных стенах и полах. Гидроизоляция не применима для кирпичных и каменных конструкций. Наконец, бронирующая проникающая гидроизоляция практически неприменима в конструкциях, работающих на динамические воздействия, а также в конструкциях, работа которых при эксплуатации будет сопровождаться образованием и раскрытием трещин.

Дискуссии о достоинствах и недостатках цементной проникающей гидроизоляции давно уже прекратились как в Европе, так и в России. Такая гидроизоляция имеет вполне конкретные области применения, среди которых морские гидротехнические сооружения: причалы, пирсы, волнорезы, камеры доков, гравитационные бетонные набережные и др.; сооружения промышленной гидротехники: облицовки каналов, водопропускные сооружения, башенные градирни, бетонные очистные сооружения (КНС, аэротенки), резервуары чистой воды, пожарные резервуары, плотины и другие емкостные сооружения. В промышленном строительстве пенетрирующие составы успешно применяются на насосных станциях, водопроводных и канализационных коллекторах, различных емкостных сооружениях, опорах мостов, транспортных развязках, хранилищах нефтепродуктов, других бетонных заглубленных сооружениях.

В гражданском строительстве объектами, требующими гидрозащиты пенетрирующими составами, стали объекты жилищно-коммунального хозяйства, фундаменты, подземные паркинги, подвальные помещения жилых и общественных зданий, плавательные бассейны, перекрытия санузлов, бомбоубежища, другие подземные сооружения (рис. 2.10). Энергетическое строительство широко использует проникающую гидроизоляцию для защиты резервуаров для технической воды, химических реагентов, топлива и т. п., любых бетонных конструкций, кроме подверженных воздействию органических и минеральных кислот.

а                                                                                                                                  б

Рис. 10. Объекты с нанесенной гидроизоляционной смесью проникающего действия: а — цокольной части здания; б — подвального помещения общественного здания

Среди востребованных видов гидроизоляции на минеральных вяжущих для зданий и сооружений можно выделить тонкослойную, на основе портландцемента, к которой относятся гидроизоляционные покрытия, толщина которых составляет 3…8 (обычно 4…6) мм. Невысокая стоимость такой защиты поверхности, которая в совокупности с другими видами гидроизоляции, герметиками и дренажем, вполне способна создавать надежные гидроизоляционные покрытия долговременного действия, пригодные для восприятия небольших напоров грунтовых вод или периодических увлажнений конструкций.

Тонкослойная цементная гидроизоляция относится к наиболее бюджетным видам гидроизоляции. Но ее дешевизна не является синонимом низкого качества и малой долговечности. Достоинства такой гидроизоляции очевидны. К ним относится максимальная совместимость с бетоном, высокая прочность, химическая стойкость, хорошая водонепроницаемость, чего не скажешь, например, о полимерной или полимербитумной гидроизоляции.

Тонкослойная цементная гидроизоляция применяется в качестве противокапиллярной, антифильтрационной и антикоррозийной защиты бетонных, железобетонных и кирпичных конструкций, а также при ремонте стяжек после демонтажа мягкой кровли.

Гидроизоляционные тонкослойные покрытия относительно просто наносятся на различные поверхности (рис. 2.11). Обмазочная гидроизоляция наносится с помощью простых строительных инструментов (терки, стальные шпатели), а при больших объемах работ применяется напыление при помощи штукатурных станций. В местах возможных подвижек гидроизолируемых поверхностей (деформационные швы, стыки, сопряжения, примыкания, трещины и т. п.) гидроизоляционные покрытия должны быть усилены армирующими стеклосетками или техническими тканями.

а                                                                                       б

Рис. 11. Способы нанесения тонкослойной гидроизоляции на портландцементе: а — на кирпичную стену; б — на бетонное основание

В зависимости от деформативности гидроизоляционные тонкослойные покрытия подразделяются:

• на жесткие, которые неспособны к большим деформациям и могут применяться только на подложках, не деформируемых во времени, а также не подверженным вибрационным и динамически нагрузкам;
• эластичные, имеющие в своем составе полимерные добавки, придающие гидроизоляционным покрытиям большую растяжимость (до 1…2 мм) и деформативность, вплоть до возможности изгиба без трещин до 90°.

Составы для эластичной гидроизоляции чаще всего поставляются двухкомпонентными, включающими в себя порошковую составляющую (цемент, песок) и затворитель, в состав которого входит эластифицирующий компонент (обычно дисперсии полиакриловых смол). В состав однокомпонентных эластифицированных гидроизоляционных составов входят сухие дисперсионные латексы (дисперсные полимерные порошки — ДПП). Такие составы обычно дороже двухкомпонентных. Эластичные покрытия имеют набольшую адгезионную прочность, поэтому их не следует в массовом порядке применять при работе гидроизоляционного покрытия «на отрыв», т. е. на отрицательное давление воды.

В строительной практике широко используются сухие строительные гидроизоляционные смеси зарубежных производителей (Sika (Швейцария) Schomburg, Remmers, HenkelBauteknik, EpasitSpezialbaustoffe, AUDAX-Keck (Германия), Mapei (Италия), Atlas (Польша), а также некоторых отечественных производителей (торговые марки «Стронг», «Гидроласт КТ-трон» и др.)

Тонкослойная обмазочная гидроизоляция на основе сухой строительной смеси применяется для гидроизоляции поверхностей бетонных, железобетонных, кирпичных, пенобетонных и газобетонных конструкций различного назначения при ремонте, реконструкции и новом строительстве в случаях, когда не требуется дополнительное выравнивание поверхности.

Объектами для использования тонкослойной цементной гидроизоляции могут быть: фундаменты зданий и сооружений, фасады, полы, перекрытия, подвалы и полуподвальные помещения, гаражи, автостоянки, водопроводные и канализационные колодцы, резервуары для питьевой и чистой воды, пожарные резервуары, производственные и бытовые помещения, прачечные, санузлы, ванные комнаты, шлюзы, береговые насосные станции и т. д.

Следует выделить штукатурную гидроизоляцию, отличающуюся от предыдущих покрытий лишь своей толщиной (обычно 1030 мм и до 50 мм). Технология нанесения штукатурного покрытия обычно более трудоемка и дорога по сравнению с тонкослойной цементной гидроизоляцией, однако их высочайшая надежность, долговечность, а также способность работать в различных специфических условиях, например при контакте с химически активными абразивными суспензиями, компенсирует этот недостаток (рис. 12).

Рис. 12. Способы нанесения штукатурной гидроизоляции на портландцементе: а — вручную; б — механизировано, при помощи штукатурных станций; в — механизировано, при помощи торкрет-установок для сухого торкретироваиия

Производят нанесение штукатурных гидроизоляционных покрытий как вручную при малых объемах работ (см. рис. 12, а), так и механизировано, при помощи штукатурных станций (мокрый набрызг или торкрет) (см. рис. 12, б) или торкрет-установок для сухого торкретироваиия (см. рис. 12, в). В последнем случае получается высокоплотное, химически стойкое, высокопрочное гидроизоляционное покрытие, долговечность которого редко достижима при других способах гидроизоляции.

Штукатурные гидроизоляционные покрытия незаменимы при работе в экстремальных условиях, динамических нагрузок, истирающих нагрузок от потоков различных взвесей; сульфатных, магнезиальных, бикарбонатных агрессий; морозного разрушения и т. п.

Штукатурные гидроизоляционные покрытия универсальны в плане нанесения на все виды подложек среди строительных материалов и конструкций (кирпичных, каменных, бетонных и железобетонных). При этом глубокое выравнивание стен не требуется.

Для штукатурной гидроизоляции используют составы и сухие гидроизоляционные смеси отечественного производства на основе напрягающего цемента НЦ-20 («Геркулес»), гидроизоляционные штукатурные полимерцементные составы повышенной водонепроницаемости и трещиностойкости на основе портландцемента, микрокремнезема и метакаолина, с фибровым армированием («Мегавит»).

Высокая надежность за счет большой прочности, трещиностойкости, износостойкости, сцепления с гидроизолируемой поверхностью, коррозионной стойкости является одним из важнейших достоинств данного вида защитного покрытия. Не требуется предварительное высушивание гидроизолируемой поверхности. Среди достоинств штукатурной гидроизоляции — возможность нанесения толстым слоем за один проход, до 30 мм и более, а при устройстве гидроизоляции по стальной сетке есть полная гарантия отслоений от гидроизолируемой поверхности.

Достоинством является также возможность совмещения функций гидроизоляции и выравнивания поверхности при полной механизации гидроизоляционных работ путем сухого или мокрого торкретирования.

Штукатурная гидроизоляция является относительно дорогостоящим покрытием и поэтому применяется в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую надежность гидроизоляционных работ, высокую химическую стойкость и механическую прочность. Но необходимо учесть, что при толщине слоя не менее 15 мм нельзя использовать гидроизоляцию для гидрозащиты конструкции из сборных элементов (например, стены из фундаментных блоков), поскольку возможные сдвиги этих элементов приведут к появлению трещин в гидроизоляционном слое и его отслоению.

Нельзя не учитывать и того, что твердение бетонов и растворов на портландцементе, а следовательно, и гидроизоляционных штукатурок или тонкослойных обмазочных покрытий сопровождается их усадкой во времени. Такое изменение объема гидроизоляционных составов часто приводит к образованию трещин в гидроизоляционных покрытиях, снижению прочности сцепления таких покрытий к поверхности, частичному или полному их отслоению, что существенно понижает надежность и долговечность гидроизоляции. Поэтому использование напрягающих цементов (НЦ), относящихся к разряду безусадочных или расширяющихся, в составах гидроизоляционных смесей на основе минеральных вяжущих становится все более актуальным. В процессе твердения гидроизоляционные составы на основе НЦ увеличиваются в объеме, что сохраняется на все время существования конструкции. Увеличение линейных размеров НЦ происходит спустя не менее трех суток после затворения, когда прочность на сжатие бетона на НЦ составит не менее 10…15 МПа, что обеспечивает надежное сцепление арматуры с бетоном. При ограничении такого расширения упорами, арматурными сетками или фибровым армированием в бетоне на НЦ будут развиваться напряжение сжатия, а в арматуре — деформации растяжения. В результате получится самонапряженная конструкция, т. е. химическое предварительное напряжение — аналог предварительно напряженной железобетонной конструкции. В зависимости от направления стеснения деформаций самонапряжение бетона может быть одно-, двух- и трехосным.

Предварительное напряжение придает повышенную трещиностойкость конструкций, при этом изменяется структура бетона. Она становится мелкопористой, повышается объем условно замкнутых пор, повышается плотность бетона. Все это положительно сказывается на водонепроницаемости бетона, его газонепроницаемости и коррозионной стойкости. Вследствие высокой плотности стальная арматура в среде бетона на НЦ не подвержена коррозии.

Степень ответственности объекта гидроизоляции и объемы выполняемых работ определяют способ устройства гидроизоляционного покрытия. Нанесение гидроизоляционного покрытия производится вручную по стальной сетке или стеклосетке. В случае штукатурной гидроизоляции возможна и механизированная методика нанесения покрытия в виде мокрого набрызга или сухого пневмоторкретирования. В результате с внешней или внутренней стороны защищаемого помещения создается мощный армированный гидроизоляционный контур, способный длительное время противостоять механическим, химическим, биологическим и другим видам нагрузок на гидроизоляцию.

Гидроизоляционные покрытия составами на основе НЦ успешно используются при гидроизоляции подвалов старого фонда, в которых стены выполнены из бутовой или кирпичной кладки, весьма неровные и не позволяют применить тонкослойную цементную гидроизоляцию полимерными мембранами без предварительного оштукатуривания стен. В случаях углубления подвалов полы подвальных помещений, выполненные напрягающими бетонами, имеют высочайший уровень гидроизоляции, удачно совмещая ограждающие, несущие и гидроизолирующие функции.

Следует отметить свойства гидроизоляционных цементных покрытий на основе НЦ. Водонепроницаемость такой гидроизоляции составляет W16—W20, газонепроницаемость в 40—60 раз выше, чем у бетона на портландцементе, механическая прочность не менее 40 МПа на сжатие, трещиностойкость, способность покрытия в течение длительного времени противостоять воздействию агрессивных сред различной природы (бикарбонатных, магнезиальных и особенно сульфатных вод, а также биологической агрессии). Толщина гидроизоляционного покрытия составляет не менее 25 мм, что позволяет гарантировать высочайшую ее надежность в течение не менее 15 лет, а в ряде случаев ее долговечность приближается к долговечности самой изолируемой конструкции. Гидроизоляция с использованием НЦ не требует существенной подготовки стен под гидроизоляционную штукатурку, стены и полы гидроизолируемых сооружений могут быть обводнены.

Гидроизоляция на основе цемента была и остается одним из наиболее распространенных видов гидроизоляции подземных зданий и сооружений. Среди гидроизоляционных материалов на минеральном вяжущем следует выделить штукатурные гидроизоляционные составы, такие как тонкослойная обмазочная гидроизоляция и штукатурка толстым слоем, гидроизоляция на основе напрягающего цемента (НЦ-20), пенетрирующие составы (цементные составы проникающего действия). Высокая надежность и простота устройства обусловили универсальность данного типа защиты для любых строительных материалов и конструкций.

6. Гидроизоляция на основе органических вяжущих веществ

Наряду с минеральными вяжущими веществами в составах гидроизоляционных материалов, применяют и органические вяжущие вещества на природном сырье (битумные и дегтевые) и синтетические органические вяжущие вещества (полимеры).

Битумные и дегтевые представляют собой сложные смеси углеводородов и их производных. Полимеры (от греч. polymeres — многообразный, состоящий из многих частей) — вещества с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев.

Органические вяжущие вещества наиболее широко получили свое применение в гидротехническом, дорожном, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтовых растворов и бетонов, уплотняющих, герметизирующих материалов, гидроизоляционных и дорожных мастик, битумных эмульсий, кровельногидроизоляционных паст, для устройства и ремонта мягких крыш и т. п.

Полимерную гидроизоляцию отличает ее пластичность, обусловленная содержанием технологичной смолы, отвердителя, пластификатора, наполнителей и специальных добавок. Конечный полимерный гидроизоляционный материал может состоять из эпоксидных, акриловых или полиуретановых смол. Полимерный состав кладется на подготовленную высушенную поверхность, но допускается укладка на влажные конструкции, в том числе и на бетонные. В качестве добавок применяют активные компоненты, увеличивающие адгезию поверхностей. Благодаря своим эластичным свойствам полимеры великолепно проникают и перекрывают поры и трещины. Поэтому их используют для организации гидроизоляции очистных сооружений, зданий санитарного и промышленного назначения, канализации и емкостей с химическими веществами.

Гидроизоляция полимерными материалами обладает целым рядом преимуществ по сравнению с другими способами устройства защитных покрытий. Полимерная гидроизоляция характеризуется максимальной степенью адгезии к любым строительным материалам (бетон, кирпич, штукатурка, керамика, дерево, камень, стекло). При этом коэффициент эластичности составляет целых 400 %, что позволяет материалу легко приспосабливаться к движениям обработанных поверхностей и сохранять защитную мембрану в течение всего периода эксплуатации. Полимерная гидроизоляция не боится ультрафиолетового излучения и не теряет своих свойств под его воздействием, так что эксплуатация на улице не станет большой проблемой. Среди свойств материала следует отметить, что он не чувствителен к перепадам температур, это делает его одинаково эффективным и зимой и летом при любой погоде на улице. Защитный слой полимерного материала готов к постоянному контакту с водой, так что смесь можно использовать не только в отделке домов, но и для гидроизоляции емкостей, в которых планируется регулярное нахождение жидкости. Благодаря своей консистенции и гибкому составу она легко заполняет все швы и трещины, поэтому может использоваться при проведении наиболее тонких операций.

Рассмотрим более подробно наиболее используемые способы устройства гидроизоляционной защиты строительных поверхностей на органической основе.

Битум как основной компонент входит в состав мастичных гидроизоляционных материалов, которые представляют собой сметанообразную пластичную массу. В состав массы входят также тонкодисперсные наполнители и ряд химических добавок. Это эластомеры в виде каучуков, полиуретанов, латексов (битумно-полимерные мастики).

Битумные мастики по химическому составу подразделяются на мастики на основе чистого битума (чаще всего окисленного) и битумно-полимерные. Эластомеры в составах битумных мастик весьма существенно улучшают их свойства. К таким свойствам относятся адгезия к защищаемой поверхности, повышенная химическая стойкость и долговечность при постоянном контакте с минерализованными грунтовыми водами.

Битумные мастичные гидроизоляционные материалы различаются по способу нанесения на материалы холодного нанесения (при температуре не ниже +5 °С) и мастики горячего нанесения, которые перед нанесением расплавляют (160…200 °С). Но надо отметить, что, несмотря на достаточно высокие эксплуатационные характеристики, битумные и особенно битумнополимерные гидроизоляционные материалы горячего нанесения практически вышли их употребления вследствие большого неудобства работы с ними.

Холодные битумные гидроизоляционные мастики подразделяются на гомогенные мастики (с разбавителем) и водные битумные эмульсии, у которых в качестве эмульгаторов используются нанопорошки или анионактивные поверхностно-активные вещества. Химическая полимеризация битумов в двухкомпонентных мастиках улучшает их основные свойства, такие как адгезия к защищаемой поверхности, быстрое твердение, химическая стойкость, долговечность при эксплуатации.

Мастичные материалы на основе битумов широко востребованы для гидроизоляции зданий и сооружений. Одним из основных достоинств является относительная дешевизна битумных мастик, а также традиции использования битумных составов для гидроизоляции и антикоррозионной обработки подземных конструкций.

Неоспоримыми для гидроизоляционных мастик на основе битумов достоинствами являются относительная простота подготовки поверхности и нанесения самого гидроизоляционного покрытия.

Итак, в состав гидроизоляционных материалов включают органические вяжущие вещества на природном сырье (битумные и дегтевые) и синтетические органические вяжущие вещества (полимеры). Полимеры составляют конкуренцию битумам и дегтям при производстве гидроизоляционных материалов, которые по качественным показателям превосходят их. Наиболее эффективными гидроизоляционными материалами являются битумнополимерные композиции. Распространенными являются битумные и дегтевые, мастичные, бетонные, рулонные, резинобитумные материалы.

7. Комплексные системы защиты зданий и сооружений от увлажнения

Инновационные технологии в гидроизоляции для массового строительства являются реальным процессом. Такой подход требует от строителей преодоления сложившихся стереотипов экономии на всем. На стадиях строительства затраты на выполнение гидроизоляционных работ составляют в общей смете небольшие проценты, а эксплуатационный период иногда не принимается во внимание, планирование и проектирование этих работ выполняется с недостаточной ответственностью. Решение проблем гидроизоляции зданий и сооружений от воды и вредных воздействий в наиболее полном объеме предполагает комплексный подход, связанный с выбором метода строительства, техники, технологии, материалов, строительных конструкций.

При комплексном подходе к вопросу выбора гидрозащиты можно выделить четыре системы защиты. К первой системе защиты относят инъецирование в двух его интерпретациях: конструкционное и неконструкционное. Такие системы предусматривают использование двух видов материалов. Это минеральные композиции, модифицируемые индивидуально для каждого отдельного объекта (в случае необходимости — части объекта), и органосиликоновые композиции, которые отверждаются в материале конструкции, создавая горизонтальные и вертикальные барьеры, препятствующие увлажнению.

Главными достоинствами инъецирования можно назвать хорошую совместимость с материалом конструкций, надежную защиту от динамических и статических нагрузок, эластичность и долговечность системы. Акрилатные, эпоксидные и полиуретановые смолы являются наиболее востребованными составами для конструкционного инъецирования, которые используют для гидрозащиты сооружений против подтопления в различных странах мира.

Для неконструкционного инъецирования используются две основные группы методов, различающиеся инъецированием под высоким давлением (подтопление) и под низким давлением (капиллярный подсос).

Диффузионную пропитку конструкций DryWorksDiffusie, предназначенную для защиты от капиллярной, поднимающейся влаги, относят ко второй системе комплексной защиты. Для сужения капилляров конструкции в данной системе применяют жидкость (DW-9), которая состоит из эфиров и силиконов кремниевой кислоты, обладает вязкостью воды и, легко проникая в материал, образует в нем водонепроницаемый барьер. Для создания гидрозащиты конструкцию при естественном давлении насыщают раствором этой жидкости. Таким образом, гидрозащитный состав, заполняя крупные капилляры, гидрофобизирует стенки микропор и микрокапилляров. Технология диффузионной пропитки применяется для гидроизоляции памятников архитектуры, жилых, общественных зданий и других строительных объектов.

Третьей системой защиты является поверхностная пропитка конструкций. Поверхностная пропитка применяется для гидроизоляции пористых строительных элементов и состоит из органических вяжущих — битумов, петролатумов, каменноугольного пека, полимерных лаков. Пропиточная гидроизоляция наиболее надежна для сборных конструкций, подвергающихся интенсивным механическим воздействиям. Для совершенствования данной системы защиты в настоящее время используют стиролы, эпоксидные и метилметакрилатные пропиточные материалы.

В свою очередь, пропиточные составы подразделяются на три основные группы: пленкообразующие, укрепляющие и гидрофобизирующие. Технология нанесения проводится в два этапа: сначала наносят гидрофобизирующие составы, которые при взаимодействии с влагой образуют нерастворимые кристаллы, закупоривающие капиллярную сеть обрабатываемой поверхности, а затем ее пустоты заполняют безусадочным составом, например, RESISTO UNIFIX.

В настоящее время довольно широко применяются так называемые дышащие составы, которые совместимы с материалом защищаемой конструкции. Главным достоинством данной системы является объединение гидрофобизующих и укрепляющих свойств пропитки, что становится наиболее приемлемым для обработки исторических построек. Такая обработка обеспечивает не только защиту сооружения, но и, при необходимости, их консервацию на длительный период времени, что сокращает расходы на уход.

Четвертой системой комплексной гидроизоляционной защиты является защита зданий и сооружений от увлажнения. Для предотвращения поступления грунтовых вод внутрь конструкций фундаментов и стен используют гель, который блокирует ее попадание в стены сооружения. Однако кирпичная кладка стен и бетонные конструкции фундаментов и перекрытий остаются насыщенными грунтовыми водами, содержащими соли хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов. Кристаллизуясь в порах, соли разрушают кирпич и бетон за счет образования кристаллов при испарении воды и вымывания водорастворимых солей из материалов, разрушая кладочный раствор или кирпич, содержащий хлориды и сульфаты, приводя к отслоению краски и штукатурки. Чтобы предотвратить образование вредных солей на внутренней поверхности конструкций помещений с мокрым режимом эксплуатации, грибков и плесени, споры которых представляют опасность для людей и конструкций, применяют санирующие защитные пластыри в виде высушивающих штукатурок.

Защитные пластыри представлены разнообразными штукатурными системами (DrySeal), предназначенными для защиты как стен внутри помещений, так и фасадов зданий. Данные штукатурки представляют собой многослойные системы, применяемые в сочетании с влагозащитными мероприятиями. Технология нанесения такой многослойной системы состоит в следующем. С помощью жидкости RENOGAL вначале удаляют колонии плесневых и дрожжевых грибков, водорослей и бактерий. Затем приступают к оштукатуриванию. Начинают оштукатуривание известково-цементнопесчаной смесью, модифицированной порообразующими и гидрофобизирующими добавками с наполнителями разной степени дисперсности. Система способствует осушению влажных стен за счет гидрофобизации до 30 % воздушных пор, равномерному распределению выступающих солей, обеспечивает транспорт водяных паров и тем самым длительный срок эксплуатации до 25 лет. Далее на обработанную поверхность наносится препарат «Эскофлюат», который превращает хлориды и сульфаты в нерастворимые соли, чтобы они не перемещались из кирпичной кладки в свеженанесенную штукатурку. Потом для выравнивания гидроизолируемой поверхности наносится шпатлевка и производится окрашивание диффузионной краской ADICOR-SK. Завершают защиту нанесением окрасочного состава из силикатной краски ASO-Flextuge с применением влагостойкого клея и влагостойкой затирки.

Высушивающий штукатурный слой Hidroment состоит из плотно «упакованных» мельчайших гранул заполнителя с микроскопическими порами пористостью до 36 %, связанными между собой густой сетью капиллярных каналов, через которые в пограничный слой между штукатуркой и кирпичной стеной снаружи энтропически поступает теплый воздух, и сюда же подтягивается избыточная гигроскопическая влага по капиллярам стены. С поверхности капилляров молекулы воды захватываются теплым сухим воздухом, за счет чего происходит испарение влаги с дальнейшим движением через «дышащую» штукатурку наружу в область более низкого давления. Гранулы заполнителя фильтруют при диффузии воды растворенные в ней соли, поэтому на поверхности высушивающей штукатурки Hidroment не бывает высолов.

Для влагоотталкивающей штукатурной гидрозащиты стен в один или несколько слоев до толщины 2 см в цементный раствор добавляют водоотталкивающую добавку SATURFIX или FLUXAN фирмы INDEX. Штукатурный состав может наноситься традиционным методом с помощью кистей или распылителем. Для антикоррозийной защиты проводят обработку поверхностей специальной жидкостью STRATO 4900, нейтрализующей химическое воздействие на металл солей и влаги, а также обеспечивающей хорошее сцепление с раствором ремонтируемой части сооружения.

Следует отметить, в свете комплексного подхода в вопросах выбора того или иного типа гидроизоляционной защиты сооружений, что при разработке новых технологических решений по устройству подземных частей зданий необходимо учитывать не только эксплуатационные нагрузки и воздействия, но и временные технологические нагрузки. Такие нагрузки вызваны напряжениями от перепада температур и усадки (расширения) бетона в процессе его схватывания (набора прочности). Правильно подобранный состав бетона для возведения подземных сооружений является одним из основных условий, которое одновременно обеспечит и проектные требования по несущей способности, и водонепроницаемость конструкций.

Использование в технологии строительства объектов самонапряженных железобетонных конструкций также дает возможность создавать двухосное напряженное состояние пола и стен, что значительно сокращает количество строительных швов, позволяет получать трещиностойкую, практически водонепроницаемую конструкцию, с обеспеченной коррозионной стойкостью подземных сооружений.

Нельзя не отметить и принцип разбивки защищаемых конструкций сооружения на укрупненные блоки для соблюдения требуемого режима твердения бетона, с целью предотвращения усадочных и термических трещин при массивности конструкций подземных частей сооружений. В свою очередь, высокоподвижные бетонные смеси обеспечат хорошую перекачиваемость, повышенную удобоукладываемость и сегрегационную устойчивость и, как следствие, высокое качество бетонных работ. Устройство непроницаемых рабочих и деформационных швов, вводов инженерных коммуникаций позволит увеличить срок службы конструкций возводимых сооружений. Таким образом, вопрос выбора гидрозащиты основывается на четырех системах защиты при комплексном подходе. Четыре системы включают в себя конструкционное и неконструкционное инъециирование, диффузионную пропитку конструкций, поверхностную пропитку конструкций, систему комплексной защиты от увлажнения сырых помещений.