Содержание страницы
1. Бентонитовый гидроизоляционный барьер
Надежный вид гидроизоляции для защиты подземного пространства зданий и сооружений от грунтовых вод производится из материалов на основе высокоактивной глины (натриевого бентонита).
Натриевый бентонит является одной из разновидностей монтмориллонитовых глин природного происхождения. Благодаря особенностям строения кристаллической решетки он имеет свойство при полной гидратации разбухать и увеличиваться в объеме в 14—16 раз. При ограничении пространства для свободного разбухания в присутствии воды в структуре бентонита создается напряженное состояние, что приводит к значительному снижению водопроницаемости материала.
Ведущим в мире производителем материалов на основе натриевого бентонита является компания CETCO (США), которая создает различные технологические продукты, в том числе и гидроизоляционные материалы, так называемый бентонитовый барьер.
Бентонитовые материалы компании CETCO применяются в России с 1995 г. как для гидроизоляции в строительстве, так и в качестве противофильтрационных экранов экологического назначения.
Бентонитовая глина как природный минеральный материал образуется из вулканического пепла. В сухом состоянии бентонитовая глина представляет собой порошок серого цвета, похожий на цемент или муку.
Название «бентонитовая глина» происходит от названия местечка Форт Бентон (штат Монтана, США), где находится крупнейшее месторождение этой глины. Бентонитовая глина состоит в основном из монтмориллонита, тонкодисперсного алюмосиликатного коллоидного глинистого минерала, получившего название от французского города Montmorillon. Содержание монтморрилонита в бентонитовой глине достигает 80…85 %. Остальное — естественные примеси, например, вулканический пепел.
Для гидроизоляционных целей используется натриевый бентонит, имеющий наибольшее набухание при гидратации и обеспечивающий наилучшие гидроизолирующие свойства материала.
При ограничении пространства для свободного расширения в присутствии воды бентонитовая глина образует плотный гель, препятствующий дальнейшему проникновению влаги в систему. Это свойство, а также абсолютная нетоксичность бентонитовой глины, делает ее незаменимой в строительстве, в частности, для гидроизоляции прудов, зданий и сооружений. Бентонит может расширяться при гидратации и сжиматься при высушивании бесконечное число раз, поэтому гидроизоляция на его основе является весьма долговечной. Для нормального функционирования бентонитовой глины в качестве гидроизоляционного барьера чрезвычайно важно, чтобы этот барьер оставался при постоянном минимальном давлении в 2…4 кг/см2.
Впервые бентонитовая глина в качестве гидроизоляционного барьера была использована в конце 1920-х гг. для уплотнения грунтовых плотин и прудов. В строительстве ее стали применять в качестве гидроизоляционного материала зданий и сооружений в середине 60-х гг. ХХ в. Современные бентонитовые материалы поставляются в виде различных продуктов: сыпучий материал из сухой бентонитовой глины; текстильные бентонитовые маты; готовые бумажные панели; листовые материалы; листы из комбинаций бентонита и резины; инъекционные бентонитовые материалы.
Успешное применение бентонитовой гидроизоляции невозможно без применения вспомогательных материалов, к числу которых относятся сухой гранулированный бентонит, бентонито-каучуковые гидропрокладки Waterstop, металлическая сетка для их фиксации в железобетонной конструкции.
Рассмотрим устройство гидроизоляционного покрытия бентонитовыми матами. Бентонитовые маты представляют собой рулонный гидроизоляционный материал из слоев синтетического полотна (тканого и нетканого) на основе полипропиленовых волокон, между которыми расположен слой гранулированного натриевого бентонита (бентонитовой глины) из расчета 3,5…5,0 кг/м2. Тканое и нетканое полотна соединены между собой иглопробивным способом поперечными волокнами. При таком устройстве гранулы бентонита находятся в ограниченном замкнутом пространстве между тканым и нетканым синтетическими полотнами (рис. 1).
Рис. 1. Структура и устройство бентонитовых матов
При гидратации в присутствии воды гранулы бентонитовой глины набухают, образуя в замкнутом пространстве между слоями синтетического полотна сплошной непрерывный слой плотного бентонитового геля высокой водонепроницаемости, находящегося под давлением до 0,2 кПа, обеспечивая бентонитовому мату максимально возможную гидроизолирующую способность.
При длительном отсутствии грунтовой воды бентонитовая глина в мате дегидратирует, уменьшаясь в объеме, при обводнении — вновь гидратирует, превращаясь в гель — циклы «гидратации — дегидратации бентонита». Таких циклов бентонитовая глина выдерживает неограниченное количество, что обеспечивает высокую долговечность гидроизоляции в течение всего периода эксплуатации, часто вполне соотносимого со сроком службы гидроизолируемого сооружения. Бентонитовые маты устойчивы по отношению к воздействию температурных факторов, они способны выдерживать без разрушения многочисленные циклы «замораживания — оттаивания».
Гранулы натриевого бентонита, превращаясь в гель, затягивают небольшие повреждения и проколы (например, после пробивки бентонитового мата гвоздями), поэтому они устойчивы к механическим повреждениям, причем гидроизолирующая способность матов ничуть не снижается. В строительной практике используются бентонитовые маты (рис. 2) как отечественных производителей (Bento-matStroy, «Росбент», «Водоупор»), так и зарубежных фирм (Voltex (Польша), Bentomat фирмы CETCO (США), изобент (Беларусь).
Рис. 2. Устройство бентонитовых матов
Маты Voltex (Польша) применяются для изоляции вертикальных и горизонтальных подземных поверхностей (фундаментных плит, кровель многоэтажных паркингов, торгово-развлекательных центров, пешеходных переходов, транспортных тоннелей, бассейнов, резервуаров для воды, шпунтовых стенок и т. п.) (рис. 3).
Рис. 3. Гидроизоляция конструкций бентонитовыми матами Voltex
В процессе эксплуатации зданий и сооружений способность материалов «самозалечиваться» обеспечивает заполнение бентонитовым гелем возникающих трещин в фундаментной плите, стенах и компенсацию деформационных явлений.
Укладка бентонитовых матов возможна на бетонную горизонтальную или вертикальную поверхности, причем гидроизоляцию можно выполнять в любое время года при температуре воздуха от –20 до +40 °С и только в сухую погоду. Возможно также успешно производить укладку матов и на грунтовое, желательно песчаное, хорошо уплотненное основание или основание из мелкозернистого гравия, поверхность должна быть сухой. Очень важно, чтобы поверхность под укладку матов была выглаженной, без больших раковин, острых углов, выступов. Большие пустоты и раковины следует заделать ремонтными составами, малые пустоты можно запечатать глиняным гелем. Грунтовое основание должно быть очищено от мусора и других предметов, способных механически повредить бентомат. Движение любых механизмов и автотранспорта по подготовленному грунтовому основанию не допускается.
Величина пригруза существенно влияет на эффективность гидроизолирующей способности бентонитовых матов. При укладке бентонитовых матов на грунтовое основание минимальная толщина пригруза железобетонными плитами — 100 мм, при укладке на бетонное основание — 150 мм. Если производится пригруз бентоматов грунтом (песок, гравий), то его минимальная толщина должна быть не менее 300 мм, желательно 500 мм.
Рулоны матов с площадки складирования подаются башенным краном или вручную на временные площадки, устанавливаемые в местах производства работ (рис. 4).
Рис. 4. Бентонитовые маты
Наибольшую эффективность гидроизоляционные бентонитовые маты проявляют на горизонтальных поверхностях, потому что использование больших рулонов шириной до 5,0 м уменьшает количество швов, что снижает стоимость монтажа и предотвращает ошибки при выполнении операций по сшиванию.
При изоляции покрытий подземных сооружений (например, паркингов), тоннелей или других аналогичных конструкций, засыпаемых впоследствии грунтом или заливаемых бетоном, рекомендуется применять бентонитовые маты с усиленной полимерной пленкой тканой основой, например маты Voltex DS или Voltex LDS, которые укладываются пленкой к грунту.
При вертикальной гидроизоляции бентонитовые маты укладываются тканой стороной к защищаемой конструкции. Укладка матов может производиться вертикальными или горизонтальными рядами в зависимости от удобства монтажа матов. При укладке горизонтальными рядами верхние маты устанавливают на нижние. Текстиль не является самоклеющим материалом, поэтому для крепления бентоматов на вертикальных поверхностях необходим клей или крепление матов при помощи гвоздей или дюбелей.
Уложенные маты должны быть надежно защищены листами полиэтилена, пленкой, деревянными или фанерными щитами для предотвращения предварительной гидратации бентонита в матах, при неблагоприятных погодных условиях (дождь, снег и т. п.) или длительных перерывах в работе.
Исходя из опыта проводимых работ строительными организациями, литературных источников и нормативной документации можно выявить достоинства и недостатки использования бентонитовой гидроизоляции.
Достоинства использования бентонитовой гидроизоляции:
- Высокие противофильтрационные свойства, а также возможность применения их в сложных гидрогеологических условиях.
- Способность «самозалечиваться» ввиду значительного увеличения объема при гидратации.
- Долговечность гидроизоляции, обусловленная неизменностью свойств со временем.
- Стойкость к циклам «гидратация — дегидратация».
Недостатки использования бентонитовой гидроизоляции:
- Бентонитовую гидроизоляцию нельзя устраивать при переменных потоках воды, а также при контакте с сильно агрессивными грунтовыми водами (сульфаты, хлориды, соли магния).
- Нежелательно также использовать эту изоляцию в зонах попеременного замораживания-оттаивания.
- При использовании бентонитовых матов для гидроизоляции объектов в зоне напорных грунтовых вод следует дополнительно их защищать прижимной стенкой или, как минимум, применить дополнительно профилированную мембрану.
Итак, высокие противофильтрационные свойства бентонитовой гидроизоляции, а также возможность применения в сложных гидрогеологических условиях делает ее особенно востребованной и технологичной. Способность «самозалечиваться» ввиду значительного увеличения объема при гидратации является одним из основных достоинств данного материала наряду с долговечностью гидроизоляции, что расширяет область использования гидрозащиты в строительстве. Но бентонитовую гидроизоляцию нельзя устраивать при переменных потоках воды, а также при контакте с агрессивными грунтовыми водами. Наибольшая эффективность гидроизоляционных бентонитовых матов достигается на горизонтальных поверхностях.
2. Полимерные покрытия как основное направление развития технологий гидроизоляционных работ
Применение инноваций в области гидроизоляции в строительстве вполне реально. Разрабатываются новые виды и модификации материалов для защиты подземных частей зданий и сооружений от действия воды. Полимерные материалы обладают высокими техническими и эксплуатационными характеристиками, а также более удобны в приготовлении. При правильно выполненном производстве работ с использованием полимерных гидроизоляционных материалов существенно увеличится срок эксплуатации сооружений, а также сокращаются затраты на эксплуатацию сооружения.
Сложность в применении новых видов материалов в массовом строительстве состоит в том, что при производстве работ требуются дорогостоящее оборудование, специальные навыки и умения людей, выполняющих данные работы, а также высокая точность исполнения. Стратегия развития современного бизнеса заключается в разработке и использовании новых материалов, технологий и технологических процессов. В массовом российском строительстве широко применяются инновационные материалы, например, гидроизоляционные мастики — однокомпонентные полимерные, двухкомпонентные битумно-полимерные.
Если сравнивать мастичную гидроизоляцию с оклеечной битумнополимерной рулонной, битумная мембрана создает сплошную эластичную пленку или толстослойное покрытие с хорошей адгезией к защищаемой поверхности и невозможностью доступа воды по этим слоям. Бесшовность битумно-полимерных мембран также одно из основных ее достоинств при гидрозащите самых сложных в части геометрии поверхностей. Возможно нанесение мастик (шпателями, кистями или методом напыления) прямо на кирпич, бетон, штукатурку с их минимальной подготовкой без использования сложного оборудования.
Битумно-полимерные мембраны не работают на отрыв, т. е. на отрицательное давление воды. Их следует применять только при работе на положительное давление воды (на «прижим») либо пригружать бетонной или кирпичной стенкой (цементно-песчаной или бетонной стяжкой).
На сегодняшний момент полимербитумная гидроизоляция широко используется для небольших подвалов и погребов индивидуальных жилых зданий, так и для таких протяженных и сложных в эксплуатации сооружений, как мосты, подземные автодорожные и железнодорожные тоннели, подземные паркинги, помещения гражданской обороны (бомбоубежища), подземные этажи торгово-развлекательных центров и т. п. (рис. 5).
Рис. 5. Устройство полимербитумной рулонной гидроизоляции
Проблема качественной герметизации швов относится к основным недостаткам данного вида гидроизоляции, наряду с низкой прочностью, эластичностью, невозможностью применения на влажных поверхностях. Главным недостатком является слабая устойчивость к воздействию агрессивных сред. Образование трещин и усадок в здании ведет к потере гидроизоляционных свойств полимербитумного рулонного покрытия, так как гидроизоляционный материал повреждается вместе с трещинами.
Наибольшее распространение в современном строительстве нашли наплавляемые гидроизоляционные системы, которые представляет собой двухили трехслойную полимербитумную мембрану, образованную из рулонных материалов с основой из полиэстера. Наплавление производится при помощи газовых горелок.
Лучшими отечественными материалами считаются полимербитумные покрытия фирмы «Технониколь», на основе из полиэтера «Техноэласт ЭПП», «Техноэластмост», «Техноэласт АЛЬФА» и «Техноэласт ГРИН».
Для наружной гидроизоляции стен подвалов наиболее часто используются строителями гидроизоляционные самоклеющиеся мембраны импортного производства DELTA-THENE фирмы DERKEN (Германия) и INDEXTIN фирмы INDEX (Италия).
Дренаж для подземных зданий и сооружений при устройстве полимербитумной рулонной мембранной гидроизоляции существенно повышает уровень гидрозащиты, его можно органически вписать в гидроизоляционную систему (рис. 6).
Рис. 3.6. Устройство полимербитумной рулонной гидроизоляции совместно с дренажной системой: 1 — стена фундамента; 2 — гидроизоляция; 3 — планка прижимная; 4 — геотекстиль; 5 — плита фундамента; 6, 7 — профилированная геомембрана «Изостуд»; 8 — дренажная труба; 9 — гравий; 10 — песчаная засыпка; 11 — отмостка
Многокомпонентные высоковязкие наполненные или ненаполненные составы на основе эпоксидных, полиуретановых, полиакриловых, кремнийорганических полимеров, а также латексов и других эластомеров представляют собой полимерные мастики. Наряду с отличной клеящей способностью такой вид гидроизоляции обладает следующими уникальными свойствами: высокая химическая стойкость, в том числе при постоянном контакте с достаточно концентрированными минеральными и органическими кислотами и щелочами, водонепроницаемость, прочность, отличная деформативность, износостойкость, стойкость к ультрафиолетовому излучению, отличная декоративность, долговечность, трещиностойкость. Высокие значения физикомеханических характеристик полимерных гидроизоляционных материалов, в сравнении с другими видами покрытий, позволяют отнести их к числу уникальных материалов, а полимерную гидроизоляцию считать наиболее прогрессивным направлением в защите конструкций.
Что касается структуры самого покрытия, то мастичные полимерные гидроизоляционные покрытия не имеют пустот и отслоений от подложки. Способность мастики при нанесении проникать в поры и трещины гидроизолируемой поверхности и там отверждаться, превращаясь в жесткий или резиноподобный материал с высокой адгезией к поверхности, относится к основному достоинству данного вида защиты. В диапазоне рабочих температур от –50 до +120 °С при сохранении эластичности мастичного покрытия не требуется дополнительного армирования. Мастичная защита атмосферостойка, стойка к ультрафиолетовому облучению. Срок эксплуатации таких материалов составляет не менее 15 лет.
Свойства защитного покрытия определяет область его использования (рис. 7). С успехом используют полимерные мастичные материалы для гидроизоляции самых ответственных сооружений, испытывающих высокие температурные нагрузки, абразивный износ, химическое воздействие моющих веществ, кислот и щелочей.
Рис. 7. Устройство мастичной полимерной гидроизоляции для бассейнов
Основной полимер мастичного полимерного гидроизоляционного покрытия определяет его состав и способы его нанесения (полиуретановые, на основе эпоксидных, полиакриловых смол, МС-полимеров). Наиболее часто используемые строителями марки полимерной защиты: двухкомпонентные составы на основе полиакриловых смол KOVERCOL АВ, OSMOFLEX, OSMOLASTIC фирмы INDEX (Италия), эпоксидные трехкомпонентные составы EPOSTOP фирмы INDEX (Италия) на основе водоэмульсионных эпоксидных смол.
Есть и недостатки такого покрытия, например, гидроизоляционные полимерные покрытия следует применять для гидроизоляции, работающей при действии гидростатического давления воды «на прижим». При работе на «отрыв» такие материалы нуждаются в дополнительной защите.
Подготовка защищаемой поверхности включает в себя ряд операций: ремонт и выравнивание стен и полов, ликвидация сосредоточенных течей, заделка каверн, трещин, сушка и другие сопутствующие работы. Простота устройства мастичных полимерных гидроизоляционных покрытий является только кажущейся: проведения работ по нанесению покрытия довольно капризны. Стоимость работ по устройству полимерной мастичной гидроизоляции составляет 1500…3500 руб./м2 гидроизоляционного покрытия.
Гидроизоляция ручного нанесения (шпателями, валиками, кистями) отличается от напыляемой гидроизоляции машинного нанесения (обычно двухканальными аппаратами для безвоздушного нанесения). Применение таких аппаратов не только кардинально меняет технологию устройства гидроизоляционных покрытий, но и существенно затрагивает материаловедческую часть проблемы. При использовании аппаратного способа нанесения покрытий появляется возможность применения совершенно новых гидроизоляционных полимербитумных и полимерных материалов, таких как жидкая резина (Liquidrubber), полимочевина и т. п., обладающих выдающимися свойствами, недостижимыми при ручном нанесении.
Методом напыления на хорошо подготовленную гидроизолируемую поверхность наносится двухкомпонентный полимерный или полимербитумный материал (рис. 8). Компоненты такого материала в горячем или холодном состоянии под высоким давлением подаются в специальную смесительную камеру, где смешиваются непосредственно перед нанесением. Процесс полимеризации после смешивания происходит практически мгновенно: уже через 10…45 с после напыления, а через час по покрытию уже можно ходить. Полный набор прочности гидроизолируемого материала происходит через 12…24 ч. Полимерное покрытие наносится послойно толщиной слоя 1…1,5 мм, до набора проектной толщины (2…4 мм). Диапазон работы материала от –50 до +120 °С, без потери эластичности.
Рис. 8. Устройство мастичной полимерной гидроизоляции методом напыления
Относительно высокая стоимость напыляемой гидроизоляция не препятствует быстрому завоеванию своей ниши в гидроизоляционных работах. Этому способствует возможность в разы и даже десятки раз повысить производительность труда при устройстве гидроизоляционных покрытий (до 800…1000 м2 за смену). Использование материалов с очень коротким временем полимеризации дает возможность устройства вполне работоспособного гидроизоляционного покрытия уже в течение 1…3 ч.
При этом получаются надежные и долговечные полимерные или битумнополимерные покрытия, обладающие свойствами, недостижимыми при других видах гидроизоляции. Наиболее востребованными среди строителей являются: напыляемые полимочевинные покрытия марки Polyurea, SprayPolyurea, напыляемые битумно-полимерные (битумно-латексные) покрытия (liquidrubber). Область применения напыляемой гидроизоляции включает устройство и ремонт плоских кровель, гидроизоляцию покрытий и стен подземных паркингов, торгово-развлекательных центров, тоннелей, пешеходных переходов и т. п., гидроизоляцию мостов, дамб, труб, водостоков, бассейнов, искусственных прудов, пожарных резервуаров, резервуаров чистой воды, емкостей очистных сооружений и т. п. Антикоррозийная защита бетонных, металлических и деревянных конструкций также входит в область использования напыляемой гидроизоляции полимерными мастиками.
К наиболее современным способам устройства полимерной гидроизоляции относится инъекционный, эффективность и высокая надежность которого доказана как за рубежом, так и в России. Данный тип изоляции строительных материалов обеспечивает водонепроницаемость фильтрующих бетонных, железобетонных и каменных ограждающих конструкций подземных сооружений. Такую гидроизоляцию применяют для создания водонепроницаемого контура по периметру подземных сооружений, позволяя во многих случаях упростить и удешевить гидроизоляционные работы.
Сущность инъекционной гидроизоляции заключается в следующем перечне выполняемых технологических операций. Изнутри здания (сооружения) в стенах и полу пробуриваются шпуры, в которые монтируются специальные инъекторы (пакеры). Затем через пакеры в гидроизолируемую конструкцию или за контур гидроизолируемого сооружения, по контакту грунтконструкции, производится закачка инъекционных материалов под давлением до 200 атм, которые не только образуют водо- и влагонепроницаемый барьер, но и способствуют восстановлению поврежденной конструкции, полностью заполняя трещины, контактные швы, а также крупные поры и другие несплошности (рис. 9).
Рис. 9. Устройство инъекционной гидроизоляции
Но инъекционная гидроизоляция весьма дорогостоящий метод защиты от воды. Это обусловлено высокой стоимостью используемых инъекционных полимерных материалов, а также инъекторов и насосного оборудования, что добавляет дополнительную трудоемкость технологии, требует применения специального высокотехнологичного инъекционного оборудования. Сами работы проводятся «вслепую», а результаты работ фиксируются по косвенным признакам, что требует высокой квалификации рабочей бригады и инженерно-технического персонала.
При любых условиях борьбы с протечками может быть применима инъекционная гидроизоляция, однако наиболее эффективно ее применять в таких сооружениях, для которых выполнить гидроизоляцию обычными методами невозможно либо еще дороже, чем инъекционную гидроизоляцию. К таким сооружениям можно отнести потолки подземных паркингов, торговые залы, склады высокотехнологичной техники и т. п., офисные и жилые помещения. Области использования данного типа гидроизоляции: автодорожные, железнодорожные тоннели; конструкции метрополитена; канализационно-насосные станции; магистральные канализационные стоки; водопроводы большого диаметра; холодные и деформационные швы зданий и сооружений; кабельные, канализационные, водопроводные и другие вводы в подземном контуре зданий и сооружений.
Подземное пространство в крупных мегаполисах характеризуется все большим освоением. Подземные торговые центры, паркинги, тоннели, переходы становятся обыденным явлением. Заглубление таких сооружений может достигать 20 м и более, а ожидаемый срок проектной эксплуатации превышает 100 лет, что предъявляет весьма серьезные требования к гидроизоляции таких сооружений. Надежная система гидроизоляции должна не только предотвратить прорывы грунтовой воды в подземные помещения, но и предохранять конструкции и бетон подземных сооружений от систематического замачивания, так как это может привести к коррозии арматуры и разрушению конструкции. Отказ гидроизоляции вследствие неправильно примененных материалов или некачественного выполнения работ и последующий ее ремонт и восстановление в процессе эксплуатации подземного сооружения, несомненно, будет весьма затратным и технически сложным.
Для инъекционной изоляции используются специальные материалы, различающиеся по своим свойствам, их можно разделить на группы: полиуретановые составы, материалы на основе эпоксидных смол, микроцементы, акрилатные гели. Введение этих веществ в фундаменты с помощью специального оборудования напоминает уколы, в результате которых гидроизолирующая смесь проникает в трещины и поры материала, закрывая пути проникновения влаги.
Каждый материал имеет свои достоинства и недостатки. Полиуретановые полимерные гели являются высокоэффективными и наиболее дешевыми составами. При контакте с водой полимерный материал способен увеличивать свой объем до 20 раз, что обеспечивает полное закупоривание трещин, совершенно не оставляя места для влаги. При затвердевании без присутствия воды полиуретановые гели образуют жесткую однопрочную массу. В присутствии воды происходит образование твердой пены. При пониженных температурах или при слишком сильном напорном поступлении воды необходимо использовать катализаторы, которые сокращают время твердения.
Эпоксидные составы для инъекционной гидроизоляции твердеют только в воздушной среде. Наличие влаги тормозит этот процесс, что позволяет использовать данный материал только при сухой конструкции, следовательно, для аварийных ремонтов он непригоден. Но эпоксидные составы способны после затвердевания повышать механическую прочность конструкции, и это достоинство используется строителями.
Микроцементы (цементно-песчаные составы) как инъекционные материалы для гидроизоляции способны не только создавать защиту объекта, но и улучшать его внутреннюю структуру, поскольку полностью заполняет все его внутренние пустоты.
Все вышеперечисленные составы используются российскими фирмами как инъекционные композиции. Но когда разрушительное действие грунтовых, техногенных и поверхностных вод на стены достаточно велико, многие из упомянутых выше инъекционнных материалов оказываются малоэффективными вследствие недостаточной эластичности, плохой адгезии к мокрым поверхностям, неспособности перекрыть внутренние изломы. Необходима надежная высокоэластичная преграда, позволяющая выдерживать напор воды до нескольких атмосфер и не теряющая своих свойств при воздействии на них окружающей среды, при отрицательных температурах. В этом случае используются гели, базой для которых служат эфиры акриловой кислоты, называемые акрилатными. Эти материалы имеют сложную олигомерную структуру, представляют собой гели, по плотности близкие к плотности воды.
Инъектирование акрилатными гелями применяют для защиты от действия напорных вод за поверхностью изолируемой конструкции. При этом акрилатный гель, смешиваясь частицами грунта, застывает с образованием эффективного барьера, предотвращающего проникновение напорной воды в конструкцию. Для создания водонепроницаемой мембраны с наружной стороны конструкции рекомендованы к использованию мягкие, эластичные, маловязкие акрилатные гели.
Имея плотность, близкую к воде, акрилатные гели легко проникают в мельчайшие поры и быстро затвердевают, образуя прочную связь с материалом фундамента. Возможно и управление временем полимеризации, при этом создается защита не только в стенах фундамента, но и между фундаментом и грунтом. Материал акрилатного геля, смешиваясь с частицами грунта, укрепляет его, защищает от вымывания и стабилизирует состояние почвы возле здания. Акрилатные материалы обладают высокой пластичностью, их часто применяют в конструкциях, подверженных изменяющимся нагрузкам. Основным достоинством акрилатных материалов для инъекционной гидроизоляции является отсутствие органических и минеральных растворителей. При достаточно низкой вязкости плотность гелей составляет 1,05…1,1 г/см3, высокая химическая стойкость и высокая экологическая безопасность — положительный фактор в пользу достоинств акрилатных материалов. Хорошая адгезия к поверхностям строительных материалов независимо от их влажности и герметизации труднодоступных участков конструкций в строительных сооружениях позволяет создать полную герметизацию подземной части конструкций.
При всех достоинствах инъекционная гидроизоляция — достаточно дорогостоящий метод защиты строительных сооружений и конструкций от воды. Обусловлено это высокой стоимостью используемых инъекционных полимерных материалов, а также высокой стоимостью инъекторов и насосного оборудования. Все вышеперечисленное добавляет дополнительную трудоемкость технологии и требует применения специального высокотехнологичного инъекционного оборудования. Результаты работ фиксируются по косвенным признакам, расход акрилатных гелей значительно ниже полиуретановых. Все гидроизоляционные работы требуют высокой квалификации рабочей бригады и инженерно-технического персонала.
Снижение затрат на строительство всегда было актуальным. Наиболее эффективным в решении этой задачи является использование вторичных материальных ресурсов, в частности и гидроизоляционных полимерных материалов. Причем широкое использование вторичной полимерной гидроизоляции, посредством введения в составы, например, бетона, органических добавок на основе отходов производства, зарекомендовало себя с положительной стороны на протяжении нескольких десятилетий.
Отходы лакокрасочного производства, в зависимости от места образования, можно разбить на промышленные и бытовые. К первой категории относятся остатки материалов или полуфабрикатов, образующиеся в процессе производства продукции, а также продукты физико-химической или механической переработки сырья. В окрасочных производствах такими ресурсами могут служить отходы лакокрасочных материалов, осаждающихся в распылительных камерах, ваннах окунания, камерах облива и других агрегатах.
Утилизации подлежат в основном отходы алкидных, меламиноалкидных, мочевиноформальдегидных, полиакрилатных, эпоксидных (горячего отверждения), перхлорвиниловых, нитратцеллюлозных и некоторых других жидких лакокрасочных материалов. Это пастообразные и полутвердые материалы, собираемые в ваннах гидрофильтров распылительных камер, установок струйного облива и окунания. Они содержат до 50 % воды и до 30 % пленкообразующего вещества. Возможна переработка и твердых отходов, отлагающихся на подвесках, стенках, полу и решетках распылительных камер. Отходы высокореакционноспособных лаков и красок (полиуретановые, эпоксидные, на основе ненасыщенных полиэфиров и др.), а также длительно (более двух недель) хранящиеся после нанесения, как правило, не перерабатываются, а уничтожаются (сжигаются). Решение проблемы утилизации отходов ЛКМ посредством их использования в строительной отрасли более экологично и менее затратно.
Практический интерес представляют отходы лакокрасочных материалов (ЛКМ), в частности водно-дисперсионных ЛКМ. Акриловые латексные краски составляют львиную долю всех водоразбавляемых красок на рынке стройматериалов. Водоразбавляемые краски относятся к числу наиболее экологически благоприятных, высококачественных, экономичных, а потому наиболее распространенных строительных красок. Доля их потребления достигает 70…80 %. Наибольшее распространение получили краски, в силу своей экономичности, на основе акриловых сополимеров — с винилакриловыми, стиролакриловыми, акрилосиликоновыми и другими пленкообразователями. Значительно реже применяют краски на основе чистых акрилатов, которые обладают повышенными эксплуатационными характеристиками, но и более высокой ценой.
В настоящее время стали популярны в строительстве вещества, меняющие саму суть взаимодействия влаги со строительными материалами. Это гидрофобизаторы. Гидрофобный материал обеспечивает эффект несмачивания поверхности водой, скатываясь с поверхности, она не проникает в его тело. Поэтому гидрофобизация — один из методов решения в определенных условиях проблемы гидроизоляции.
Капиллярные ходы являются в строительных композициях главной транспортной артерией поступления воды, поэтому бороться с водонасыщением, например, бетона очень сложно. Капиллярные силы настолько сильны, что наружные защитные покрытия или изоляции малоэффективны: рано или поздно вода находит себе путь. Против капиллярных сил сложно бороться, но их можно попросту «выключить». Для этого достаточно изначально гидрофильным внутренним стенкам пор и капилляров, пронизывающих все изделие, придать гидрофобные свойства посредством использования гидрофобизирующих добавок.
Гидрофобизация конструкций используется в строительстве в поверхностном и объемном виде. Объемная гидрофобизация может осуществляться посредством нагнетания инъекционных материалов под определенным давлением. Применение инъекционной гидроизоляции значительно упрощает задачу, а возможность использования вторичных ресурсов в виде отходов акрилатных ЛКМ позволит эффективно защитить конструкции от пагубного воздействия влаги, при этом решив экологические вопросы утилизации отходов ЛКМ и снизив себестоимость гидроизоляционных работ.
Инъекционная горизонтальная гидроизоляция с применением гидрофобизаторов является практически незаменимым методом защиты от капиллярной влаги зданий и сооружений, которые находятся продолжительное время в эксплуатации, и подземные части которых находятся в естественно подтопленных и водонасыщенных грунтах, а поверхностная гидрофобизация материалов конструкций является надежным дополнением и самостоятельным способом гидрозащиты.
Создание и применение новых гидрофобных материалов на основе вторичных ресурсов является одним из реальных путей дальнейшего повышения эксплуатационных характеристик строительных материалов. Тенденция использования органических отходов в строительной отрасли способствует импортозамещению на рынке стройиндустрии. Экономический эффект за счет утилизации техногенных отходов и материалосбережения очевиден.
Одним из наиболее надежных и долговечных способов гидроизоляции протяженных или значительных по площади подземных сооружений, у которых в процессе эксплуатации возможны подвижки отдельных конструкций относительно друг друга, является гидроизоляция полимерными мембранами.
Полимерные мембраны представляют собой относительно тонкие (1,2…2,0 мм) рулонные безосновные или армированные кровельные и гидроизоляционные материалы шириной до 2,5 м, производимые методами экструзии или каландрирования. По химическому составу полимерные мембраны подразделяются на поливинилхлоридные (ПВХ-мембраны), мембраны на основе термопластифицированных полиолефинов (ТПО-мембраны) и мембраны из этилен-пропилен-диенового каучука (ЭПДМ-мембраны). Соединение рулонов полимерных мембран между собой производится полуавтоматами или вручную при помощи сварки струей горячего воздуха (ПВХ и ТПО-мембраны) либо склеиванием швов мембран внахлест при помощи специального клея, герметиков или системы самоклеящих лент (ЭПДМмембраны) (рис. 10).
Рис. 10. Устройство гидроизоляции полимерными мембранами
Мембраны характеризуются высокой прочностью, эластичностью в широком диапазоне температур, биологической стойкостью и долговечностью, стойкостью к атмосферным и климатическим воздействиям, УФ-излучению, химической и биологической стойкостью к микроорганизмам, высокому сопротивлению к прорастанию корней.
Рулонные гидроизоляционные мембраны, в отличие от традиционных битумных материалов, имеют почти полное отсутствие водопоглощения и обеспечивают полную герметичность гидроизоляции при однослойной укладке. Полотнища мембран свариваются между собой внахлест полуавтоматической термической сваркой, образуя сплошной изоляционный чехол требуемой конфигурации. Причем прочность образовавшихся сварных швов, имеющих почти двойную толщину, превосходят прочность материала мембраны. В результате стык полотнищ, являясь самым ненадежным местом других рулонных гидроизоляционных материалов, становится наиболее надежным.
Полимерные мембраны значительно более долговечны, чем битумнополимерные рулонные материалы. Правильно запроектированная и качественно выполненная полимерно-мембранная гидроизоляция любого подземного сооружения является высоконадежным средством гидрозащиты подземных сооружений на длительные сроки до 20—50 лет.
Полимерные отечественные неармированные битумонесовместимые ПВХ-мембраны LOGICROOF T-SL, ПВХ-мембраны зарубежных фирм SIKA (Швейцария) TrocalTyp T и SikaplanTyp 9.6/14.6/24.6 и FLAGON компании Flag (Италия) наиболее часто используются на практике строительными организациями, выполняющими гидроизоляционные работы. Полимерные рулонные материалы не только обеспечивают полную герметичность, абсолютную надежность и длительный срок службы изоляционного слоя, но и позволяют оперативно восстанавливать работоспособность поврежденной гидроизоляции без проведения вскрышных работ. В случаях повреждения мембраны при строительстве или в процессе эксплуатации, восстановление водонепроницаемости конструкций (бетонная плита, стены, перекрытие) предусматривается с помощью инъецирования через контрольные инъекционные системы в места повреждения мембраны полимерных составов (полиуретановые смолы или полиакрилатные гели).
Но кроме самой мембраны для ее монтажа необходимы специальное сварочное оборудование, а также высококвалифицированный, специально обученный персонал, что делает данный вид защитных работ специфическим и дорогостоящим.
Исходя из опыта проводимых работ строительными организациями, литературных источников и нормативной документации можно выявить достоинства и недостатки использования полимерной гидроизоляции.
Достоинства полимерной гидроизоляции:
- Полимерные гидроизоляционные материалы обладают высокими техническими и эксплуатационными характеристиками, а также более удобны в приготовлении.
- После нанесения создается сплошная эластичная пленка или толстослойное покрытие с хорошей адгезией к защищаемой поверхности с невозможностью доступа воды по этим слоям.
- Бесшовность битумно-полимерных мембран при гидрозащите самых сложных в части геометрии поверхностей.
- Полимерные гидроизоляционные покрытия не имеют пустот и отслоений от подложки.
- Высокая прочность, эластичность в широком диапазоне температур, биологическая стойкость и долговечность, стойкость к атмосферным и климатическим воздействиям, УФ-излучению, химическая и биологическая стойкость к микроорганизмам, высокое сопротивление к прорастанию корней.
Недостаток полимерной гидроизоляции: при производстве работ требуются дорогостоящее оборудование, специальные навыки и умения людей, выполняющих данные работы, а также высокая точность исполнения.
Таким образом, широкое применение гидроизоляционных мастик в виде однокомпонентных полимерных, двухкомпонентных битумно-полимерных материалов можно отнести к инновациям в строительной отрасли в области гидроизоляционных работ. Высокие значения физико-механических характеристик полимерных гидроизоляционных материалов, в сравнении с другими видами покрытий, позволяют считать ее наиболее прогрессивным направлением в защите конструкций. Мастичная, рулонная битумнополимерная гидроизоляция, гидроизоляция полимерными мембранами, инъекционная, на основе эпоксидных, полиуретановых, полиакриловых, кремнийорганических полимеров, а также латексов и других эластомеров при всех их достоинствах обладают существенным недостатком — это некачественная герметизация швов и стыков конструкций.
3. Инновационная технология гидрозащиты сооружений Rascor
Современная практика устройства подземных сооружений остро ставит вопрос о надежности гидроизоляции всего контура, включая многочисленные сложные узлы — деформационные и рабочие швы бетонирования, узлы вводов и сопряжений.
Многие подземные сооружения в России, эксплуатируемые в условиях постоянного подпора грунтовыми водами, имеют серьезные проблемы с водонепроницаемостью уже спустя короткое время после сдачи в эксплуатацию. Поэтому весьма актуально применение новых, надежных способов гидрозащиты подземных сооружений, которые имели бы долговечность, соизмеримую с долговечностью подземного сооружения в целом. Инновационным и наиболее эффективным современным решением является технология гидрозащиты Rascor. Несмотря на то, что данная технология более 30 лет успешно применяется в Германии и других странах Западной Европы, для российского рынка гидрозащиты в строительстве это инновация. Технология Rascor почти полностью вытеснила в Германии традиционную технологию гидроизоляции строительных объектов с использованием битума или цементной гидроизоляции. Сегодня в Германии водонепроницаемый бетон в промышленном и гражданском строительстве применяется более чем на 80 % сооружений. Технология Rascor, ее тип В, согласно проекту свода правил по проектированию и возведению подземных сооружений, эксплуатируемых в условиях грунтовых вод, с 2007 г. успешно внедряется и в Российской Федерации.
Сущность технологии Rascor заключается в том, что ограждающие конструкции подземных сооружений, за счет применения бетонов с особыми свойствами, одновременно выполняют две функции: конструктивную несущую и водонепроницаемую. Совместно с локальными гидроизоляционными системами, такими как гидрошпонки, контрольно-инъекционные трубки, водонабухающие шнуры и др., такая технология позволяет получить абсолютно водонепроницаемое сооружение, способное десятки лет работать в условиях постоянного подпора грунтовых вод (рис. 11).
В подземных паркингах, подвалах, тоннелях технология Rascor предотвращает попадание грунтовых вод внутрь помещений; в резервуарах, бассейнах, аэротенках предотвращает вытекание жидкости наружу (рис. 12).
Рис. 11. Схема устройства гидроизоляции по технологии Rascor
Рис. 12. Устройство гидроизоляции по технологии Rascor
Чтобы получить качественный водонепроницаемый бетон, его необходимо не только грамотно изготовить, но и быстро доставить на объект и уложить в бетонируемую конструкцию с минимальным количеством швов. В крупных городах России это становится проблемой из-за насыщенного транспортного графика. Поэтому оптимальным решением является внедрение в производство систем возведения подземных водонепроницаемых сооружений по технологии Rascor, основанной на использовании бетона на основе напрягающих цементов, изготавливаемого либо непосредственно на стройке, либо как можно ближе к строительной площадке.
При устройстве гидроизоляционной системы Rascor для обеспечения водонепроницаемости конструкций необходимо сформулировать основополагающие принципы перед началом выполнения работ. В первую очередь необходимо учесть при проектировании конструкций подземных сооружений, включая конструкцию инверсионной кровли, эксплуатационные нагрузки от воздействия временных технологических нагрузок, вызванных напряжениями от перепадов температур и усадки или расширения бетона в процессе возведения конструкций. Второй принцип основан на правильно подобранном составе бетона для возведения подземных сооружений, одновременно обеспечивающий проектные требования по несущей способности и водонепроницаемости конструкций. В технологии Rascor используются бетоны на напрягающем цементе НЦ-20, обладающие, кроме требуемой прочности на сжатие, еще и высочайшей водонепроницаемостью (W16—W20). Применение самонапряженных железобетонных конструкций дает возможность получить двухосное напряженное состояние пола и стен объекта. Это позволяет значительно сократить количество строительных швов, получить трещиностойкую, практически водонепроницаемую конструкцию (водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5—84 составляет W16—W20 и более). Кроме того, напрягающие бетоны обеспечивают коррозионную стойкость подземных конструкций, даже в условиях сульфатных сред.
Разбивка бетонируемых конструкций сооружения на укрупненные элементы (блоки) и соблюдение требуемого режима твердения бетона с целью предотвращения усадочных и термических трещин вследствие массивности конструкций подземных частей сооружений является третьим принципиальным подходом в устройстве гидрозащиты.
В-четвертых, необходимо применение высокоподвижных (ОК = 22…25 см) бетонных смесей, обеспечивающих хорошую перекачиваемость, повышенную удобоукладываемость и сегрегационную устойчивость, что обуславливает высокое качество бетонных работ.
Герметичность сооружения обеспечивается путем устройства непроницаемых рабочих и деформационных швов, вводов инженерных коммуникаций, а также за счет отсутствия отверстий из-под спиц для крепления опалубки, и это пятый принцип при устройстве гидрозащиты системы Rascor.
Для герметизации рабочих и деформационных швов, а также инженерных вводов в подземные сооружения используют специальные продукты локальной гидрозащиты (металлические и ПВХ-гидробарьеры, инъекционные системы, герметические вставки и др.) признанных фирм Max Frank, H-Bau Thechnik, Baukern (Германия), фирмы Wolfseal (Германия) — мирового лидера в области строительства по технологии Rascor.
Инъекционная система Rascor является инновацией в мире гидроизоляционных систем. Основным существенным преимуществом данного типа изоляции является то, что гидроизоляционная система существует как элемент конструкции и элемент всего поперечного сечения. Для этого используется двухфазный метод. Первая фаза подразумевает монтаж различных уплотнительных элементов. Они обеспечивают направленное распределение инъекции при введении ее в элемент конструкции. Вторая фаза подразумевает собственно уплотнение. После затвердевания бетона в элемент конструкции вводится инъекция. Благодаря двухфазному принципу инъекционная система совершенно не зависит от погодных условий и внешних воздействий. Инъекционная система включает различные уплотнительные элементы разного назначения, которые при последующем введении инъекций создают надежную целостную систему уплотнения. Существенным преимуществом системы Rascor является особая геометрия профилей, которые заполняются разбухающим акрилатом и таким образом создают запас вещества на стыках, что обеспечивает большое движение шва. Высокий технический уровень решений для уплотнения от Rascor проявляется в уникальных решениях отдельных деталей.
Исходя из опыта проводимых работ строительными организациями, литературных источников и нормативной документации можно выявить достоинства и недостатки использования технологии Rascor.
Достоинства использования технологии Rascor:
- Малые сроки возведения подземных сооружений или их частей, баков, резервуаров, аэротенков и т. п. При этом технология Rascor обеспечивает экономию средств за счет отсутствия потребности в дополнительной вторичной гидроизоляции, существенного снижения эксплуатационных затрат на ремонт гидроизоляции, так как водонепроницаемость подземных конструкций обеспечивается практически весь срок службы сооружения.
- Возможность ликвидировать в готовых конструкциях поры и трещины, доступные для воды, и превратить бетон в плотный, «вечный» камень.
- Герметизация стыковых соединений, сопряжений конструкций, деформационных швов и пр.
Недостаток использования технологии Rascor: данная технология является сложным и ответственным процессом, требующим высокой квалификации и профессионализма работников как на стадии проектирования, так и на стадии строительно-монтажных работ, авторского и технического надзора за выполняемыми работами.
В России уже имеются объекты, на которых успешно внедрена технологии Rascor, в Москве, Московской области (Павловская гимназия), Казани (Дворец водных видов спорта), имеются такие объекты и в Республике Беларусь.
Совершенно инновационной является гидроизоляция по технологии гидрозащиты Rascor. Делает ее таковой возможность обеспечения надежности гидроизоляции всего контура, включая многочисленные сложные узлы: деформационные и рабочие швы бетонирования, узлы вводов и сопряжений. Плюс сочетание с устройством внешней или внутренней гидроизоляции из битумных, полимерных или цементных пенетрирующих материалов. Гидроизоляционная система существует как элемент конструкции, так и как элемент всего поперечного сечения, что позволяет осуществлять гидрозащиту подземных сооружений с долговечностью, соизмеримой с долговечностью подземного сооружения в целом. Сформулированы основные принципы при устройстве гидроизоляционной системы Rascor.