Технология гидроизоляции 21 века

Гидроизоляционные составы для строительных конструкций, работающих в суровых климатических условиях и испытывающих техногенное воздействие

Обеспечение герметичности зданий и сооружений от проникания воды и агрессивных жидкостей является актуальной инженерной задачей.

Наиболее разрушительное воздействие на сооружение оказывает сочетание нескольких неблагоприятных факторов, особенно при циклическом их воздействии. Возникающие впоследствии химико-механические процессы в поровой структуре вызывают внутренние напряжения и приводят к растрескиванию, выкрошиванию строительной конструкции и, как следствие, к нарушению ее прочности, снижению плотности и водонепроницаемости. Так, при замораживании и оттаивании водонасыщенного бетона или подобного ему материала разрушение происходит в результате фазовых превращений воды в порах. Образующийся лед увеличивается в объеме и создает механические напряжения, приводящие к микроразрушениям, которые, прогрессируя при циклическом воздействии, вызывают деструкцию. Если бетон будет контактировать и с водным раствором агрессивной среды, то деструктивные процессы будут идти быстрее вследствие его дополнительной коррозии.

Существующие методы герметизации зданий и сооружений можно разделить на две группы: первичные и вторичные. Для первичной защиты в качестве гидроизоляции используются непосредственно ограждающие бетонные конструкции соответствующей водонепроницаемости.

При вторичной защите производится дополнительная пропиточная, штукатурная, обмазочная гидроизоляция ограждающих конструкций. Сложность решения проблемы гидрозащиты бетона связана с его высокой степенью сорбции влаги из воздуха за счет капиллярной конденсации, то есть образования жидкой фазы в смачиваемых жидкостью капиллярах, порах и микротрещинах. По этой причине обмазочная штукатурная гидроизоляция имеет низкую адгезию к защищаемому материалу и со временем отслаивается.

При разработке средств для гидроизоляции особое внимание было уделено уменьшению размеров капилляров и их смачиваемости. При условии обеспечения размеров, соизмеримых с молекулами жидкости, они будут надежно блокированы от проникания влаги, оставляя при этом конструкцию паропроницаемой для воздуха. Из уравнения Кельвина, устанавливающего связь между температурой фазового превращения и радиусом капилляра, в котором находится сорбированное вещество, применительно к воде следует, что чем меньше капилляр, тем больше может переохладиться находящаяся в нем вода, сдвигая точку фазового перехода системы «жидкость-лед». Теоретически для пор диаметром 1,5-5 нм эта точка находится в пределах от -60°С до -30°С. Таким образом, чем меньше радиус, тем выше морозостойкость. Для решения задачи по уменьшению размеров капилляров необходимо было разработать такие составы, которые, проникая в них, вступали бы в реакцию с компонентами вяжущего с образованием кристаллов, уменьшающих их размер. Теоретически и практически подобного эффекта можно добиться, используя специальные добавки.

Их можно классифицировать на три основные группы:

• добавки, реагирующие с компонентами вяжущего с образованием труднорастворимых соединений
• добавки, изменяющие растворимость вяжущего и не вступающие с ним в химическую реакцию
• добавки - центры кристаллизации.

Для добавок первой группы характерно их участие в обменных реакциях и реакциях присоединения, в результате которых образуются труднорастворимые кристаллы, играющие роль микроагрегатируюших элементов структурного каркаса цементного камня.

Добавки второй группы ускоряют процесс гидратации на ранних стадиях, увеличивая дисперсность, смещая кривую распределения пор и капилляров в сторону малых значений. Желательно, чтобы модифицирующие добавки в комплексе усиливали друг друга, и их действия носили эстафетный характер.

В рецептуре герметиков «Акватрон», созданных с учетом отмеченных принципов, компоненты оптимизированы не только по соотношению, но и по химическому и физическому состоянию перед вводом их в смесь. Так, например, один из компонентов – песок в результате специальной механической и термической обработки превращается из инертного заполнителя в активный компонент, взаимодействующий с гидроокисью кальция, образуя стабильный гидросиликат кальция, который увеличивает прочность и адгезию герметика с защищаемой поверхностью.

При подборе фракционного состава исходили из того, что увеличение удельной поверхности смеси ведет к росту ее активности, но в то же время к увеличению водопотребления и, как следствие, к снижению водонепроницаемости, морозостойкости.

Значительно повышает потребительские характеристики использование в продукте метасиликата кальция (волластонит) с игольчатой структурой. За счет дополнительно образованного пространственного каркаса на 25—30% увеличивается прочность на изгиб и растяжение, что ведет к повышению трещиностойкости и эрозионной стойкости обработанной поверхности.

В результате исследования разработан «Акватрон-6», состоящий из оригинального комплекса компонентов, который в сочетании с технологией их переработки обладает двойным защитным действием:

• капиллярным – в результате глубокого проникания в поры изолируемого материала;
• бронирующим – в результате образования на поверхности механически и химически прочного слоя.

Эффект водонепроницаемости образуется за счет проходящей внутри структуры стройматериала реакции между компонентами герметика и защищаемой поверхности. Химические компоненты проникают глубоко в бетон по капиллярам под действием осмотического (капиллярного) давления. В результате химических реакций образуются нерастворимые кристаллы игольчатой формы, которые заполняют капилляры и усадочные трещины, вытесняя при этом воду. Этот процесс происходит как по направлению, так и против давления воды.

Установлено, что при использовании герметизирующих составов типа «Акватрон», несмотря на увеличение плотности раствора, уменьшаются размеры капилляров, сохраняется паропроницаемость, способность высыхания после увлажнения.

Представляет интерес зависимость снижения водопоглощения пористых структур, обработанных пенетрирующими герметиками, от времени эксплуатации. Наблюдения показывают, что с каждым последующим циклом воздействия влаги, водопоглощение уменьшается, происходит «самозалечивание» дефектных участков.

Вероятно, это является следствием изменений фазового состояния воды, перехода ее из непрочного механически связанного состояния, при котором вода свободно мигрирует, в более прочное химически связанное. Одна часть воды расходуется на более глубокую гидратацию минерального связующего, другая часть переходит во внутрикристаллическое состояние.

Как следствие, при эксплуатации действие герметика имеет эстафетный характер: как только возникает новый контакт с водой, возобновляется химическая реакция, и процесс уплотнения структуры материала развивается в глубину. Визуализация изменений структуры с использованием электронного микроскопа с увеличением х104 показывает игольчатые образования в капиллярах на глубине более 150 мм от нанесенного слоя.

Это обеспечивает водонепроницаемость до 20 МПа, морозостойкость – F ЗОО.

Следует отметить универсальность состава продукта – он может применяться не только как вторичная, но и как первичная гидроизоляция. При этом он вводится в состав бетона или раствора. В случае применения в качестве добавки, водонепроницаемость и морозостойкость основного материала становятся такими же, как и при применении его в качестве покрытия.

Герметик Акватрон» предохраняет арматуру в железобетоне от коррозии, что подтверждено опытами с заформованной арматурой: в чистый бетон; в бетон, покрытый герметиком; в бетон с добавкой герметика. Хранение длительное время образцов в различных условиях (повышенная влажность, вода, 5%-ный водный раствор соляной кислоты) показало, что бетон, покрытый слоем толщиной 20–25 мм, выполняет роль ингибитора коррозии арматуры наилучшим образом.

Исследования, проведенные в различных агрессивных средах, показали, что герметик, используемый в качестве защитного покрытия, увеличивает стойкость защищаемой поверхности к кислым, щелочным растворам; обеспечивает непроницаемость нефтепродуктов (бензин, дизельное топливо, трансформаторное масло). Заключениями НИИЖБ подтверждены высокая водостойкость (3 мм – 100 лет), защитные свойства герметика в кислой среде (рН > 3,0).

продукция прошла всестороннюю проверку в органах Санэпидемнадзора и сертифицирована для использования без ограничений, в том числе в хозяйственно-питьевом водоснабжении. В 1999 г. она прошла тщательную экспертизу ведущих институтов, таких как НИИ Мосстрой, НИИЖБ (г. Москва), Казанская государственная архитектурно-строительная академия и др.

Продукт сертифицирован Госстроем России в Чехии. Комитетом перспективного развития города при Правительстве Москвы выпущены рекомендации по применению «Акватрона-6» для дорожного и подземного строительства (ТР 99-99. 101-99). Он был отмечен медалями на выставках: «Сибстрой – 2000» в г. Новосибирске, «Строительство и архитектура 2000» в г. Тюмени.

Для герметизации активных протечек потребовалась разработка других герметиков с ускоренным набором прочности. В результате исследований освоен выпуск продукта «Акватрон-8» двух модификаций: «Акватрон-8Н» и «Акватрон-8Б», в которых время «схватывания» потребитель может варьировать от 30 секунд до 3 минут.

Их можно использовать не только для ликвидации активных протечек, но и для заделки дефектов под водой, быстрого закрепления анкерных болтов и т. п.

Сдерживающим фактором использования «Акватрон-6» в качестве добавки в бетон и цементно-песчаные растворы является его расход – 30-70 кг на кубометр и, как следствие, удорожание работ на 30-40%.

Исследования по улучшению этих показателей привели к созданию более концентрированных составов. Так, разрабатываемый в настоящее время «Акватрон-12» позволит почти в 100 раз уменьшить его содержание в растворе без ущерба для основных показателей водонепроницаемости и морозостойкости.

Отмеченные выше показатели и относительно низкая цена герметиков, выпускаемых многотоннажным производством на ОАО «Полиэкс» (г. Бийск, Алтайский край), делает их более привлекательными по сравнению с другими видами гидроизолирующих средств.

Герметики достаточно широко используются в России, странах СНГ в различных климатических условиях на промышленных и гражданских объектах (как при ремонте старых, так и при сооружении новых): гидроэлектростанциях, очистных сооружениях, солевых ваннах металлургических комбинатов и т. п.

Наибольшая эффективность использования герметиков, как показывает опыт, достигнута на объектах, где реализована система фирменного сопровождения: обследование объектов, экспериментальная проверка на образцах, обучение специалистов, поставка сертифицированной продукции, гарантия качества.