Гидроизоляция конструкций, зданий и сооружений
Людмила Зарубина
Гидроизоляция конструкций, зданий и сооружений
Введение
Все здания и сооружения подвержены воздействию влаги. Намокание ограждающих конструкций происходит в результате попадания влаги на стены здания в виде осадков, с грунтовыми водами, а также в результате конденсации влаги в материале стены из-за разницы температур снаружи и внутри зданий при эксплуатации. Следствием этого становится преждевременное разрушение конструкций, снижение их теплоизоляционных свойств и нарушение микроклимата помещений. [1]
Ряд конструкций в силу своего назначения работает в постоянном контакте с водой. Это конструкции ванных, душевых, бассейнов, заглубленных и поверхностных емкостей для хранения воды. Как правило, в сложных гидрогеологических условиях работают конструкции открытых бассейнов, вписанных в ландшафт участков загородных коттеджей, поэтому ошибки в выполнении их гидроизоляции могут вызвать не только переувлажнение окружающих почв, но и заболачивание участка. Подземные элементы здания – подвалы, фундаменты – также находятся под воздействием влаги, особенно при высоком уровне грунтовых вод. Грунтовые воды могут стать причиной развития грибков, плесени и бактерий на фундаментах и подземных частях зданий, а также привести к возникновению протечек. Подавляющее большинство материалов строительных конструкций имеет пористую структуру, довольно хорошо пропускающую воду, что является существенным недостатком. Заполнившая поры влага, замерзая зимой, расширяется и разрушает материал подземной части сооружения на всю глубину намокания. В этом состоит одна из основных причин разрушения фундаментов и других конструктивных элементов, не обработанных гидроизолирующими материалами или не укрытых на зиму. Например, бордюрный камень за один сезон может превратиться в труху. Таким образом, значение гидроизоляции очевидно. [2]
Выбирая способ гидроизоляции, необходимо, прежде всего, знать условия эксплуатации здания, состояние конструктивных элементов, пористость и прочность материалов, гидрогеологическую обстановку и изменения температурно-влажностного режима. На этом основании выбираются защитные составы с определенными характеристиками. [3]
Современный рынок гидроизоляции предлагает широкую гамму разнообразных материалов, однако надежный гарантированный результат можно получить лишь при правильном подборе материалов, их совместимости и строгом соблюдении технологии производства работ.
Выбор того или иного материала для гидроизоляции в каждом конкретном случае определяется, исходя из причин, вызывающих образование протечек.
Наиболее распространенные причины протечек:
• неправильный выбор конструкции подземного сооружения;
• неправильный выбор схемы гидроизоляции;
• неправильный подбор гидроизоляционных материалов.
В чистом виде какая-то одна причина встречается редко. Чаще протечки обусловлены сложной комбинацией нескольких причин. [4]
По принципу действия гидроизоляционные материалы можно разделить на три основные группы:
• материалы на основе расширяющихся цементов;
• материалы проникающего действия;
• материалы, работающие по принципу гидроизоляционных мембран. [4]
Основные особенности и тенденции современного рынка гидроизоляционных материалов состоят в ориентации рынка на экологические материалы, преимущественно на минеральной основе, водоразбавляемые, например, полимерцементные.
Большое количество современных предложений относится к сухим строительным смесям – готовым порошкам, требующим затворения водой или водными полимерными дисперсиями.
Особое внимание уделяется соблюдению технологии гидроизоляционных работ, включающей определение причины нарушения гидроизоляции и источника гидропритока.
Определение уровня влажности конструкции и содержания солей. При выполнении ремонтных работ, дренажей или укреплении грунта даже лучший гидроизоляционный материал, примененный в полном соответствии с технологией, не даст ожидаемого результата, если не будет учтен уровень влажности конструкции и содержание солей.
Современный рынок ориентирован преимущественно на применение не отдельных видов гидроизоляционных материалов, а систем (программ), включающих комплект материалов для защиты поверхности (солеподавления, гидроотсечки, горизонтальной диафрагмы, санирующей штукатурки и др.).
Гидроизоляционные материалы, кроме собственно гидроизоляции, должны обеспечивать весь комплекс строительно-технических свойств, включая комфортность внутренних помещений. Достигается это широким применением в составе гидроизоляционных материалов целевых функциональных добавок нового поколения, обеспечивающих пластичность, безусадочность, водоудержание, водонепроницаемость и другие необходимые качества. Особое внимание среди них уделяется паропроницаемости.
В защите бетонов весьма эффективна проникающая гидроизоляция, основанная на продвижении определенных веществ по капиллярам бетона, их взаимодействии с гидроокисью кальция и образовании нерастворимых соединений.
Особенностью современного рынка гидроизоляционных материалов является преобладание импортных продуктов, несмотря на их высокую стоимость. Предложений отечественных аналогов значительно меньше, однако постоянно ведутся успешные работы по созданию собственных прогрессивных гидроизоляционных материалов.
Из-за многообразия причин, вызывающих намокание конструкций и образование протечек, не существует единых универсальных защитных методов и материалов. Для выбора наиболее эффективной и экономичной системы гидроизоляции сооружения необходимо его тщательное обследование, а простое применение даже самых современных материалов и технологий не гарантирует ожидаемый результат. Эффективен только комплексный подход с освидетельствованием объекта, подготовкой технического решения, подбором нужного комплекта материалов и выполнением работ специалистами должной квалификации. [3]
Согласно классификации, разработанной в АНТЦ «Алит» Петербургского государственного университета путей сообщения, существующие методы гидроизоляции бетонных и железобетонных сооружений и конструкций можно разделить на две группы: первичные и вторичные. Для первичной защиты в качестве гидроизоляции используются ограждающие бетонные и железобетонные конструкции. При использовании вторичной защиты в зависимости от технологии и применяемых материалов гидроизоляция может быть засыпной, обмазочной, оклеечной, штукатурной, пропиточной, проникающей, гидрофобиизирующей, мембранной. [1, 5]
Часть I
Классификация и методы гидроизоляции
Глава 1
Первичная гидроизоляция
В строительстве фундаментов и подвалов домов, гаражей, бассейнов и других сооружений наиболее эффективным способом герметизации является первичная гидроизоляция. Исключение составляют особо ответственные сооружения или случаи, когда мерами первичной гидроизоляции не возможно обеспечить требуемую водонепроницаемость ограждающих бетонных и железобетонных конструкций.
Для обеспечения высокой водонепроницаемости конструкций методами первичной гидроизоляции наиболее эффективно применение безусадочных, расширяющихся и напрягающих цементов, которые позволяют получать бетоны марки водонепроницаемости (пограничное значение давления воды, при котором вода еще не проникла сквозь образец) не менее W12.
К расширяющимся и напрягающим цементам относятся вяжущие системы, твердение которых сопровождается увеличением линейных и объемных параметров, вследствие чего происходит компенсация усадочных деформаций и уплотнение структуры бетона.
Первый из расширяющихся цементов, напрягающий цемент (НЦ) появился в России более 25 лет назад. Уровень технических характеристик бетонов, приготовленных на его основе, настолько высок, что в реальных условиях не всегда достигается даже при применении самых современных модификаторов, добавляемых в обычный портландцемент. НЦ применялись на таких объектах, как подземные конструкции Манежной площади, стилобат Совета Федерации и универсама «Московский», трибуны стадионов «Лужники» и «Динамо» в Москве, им. С. М. Кирова и «Петровский» в Санкт-Петербурге, ледового катка Медео в Казахстане.
Бетоны на основе цемента НЦ, разработанного в НИИЖБе, условно можно разделить на две основные группы: бетоны напрягающие и бетоны с компенсированной усадкой. Первые применяют, если в проекте есть требование по самонапряжению, то есть предварительному напряжению бетона и арматуры в результате расширения цементного камня и бетона. Состав напрягающего бетона подбирают из условия получения необходимой величины самонапряжения. В этом случае расход НЦ оказывается, как правило, большим, чем требуется для обеспечения необходимой прочности. Состав же бетона с компенсированной усадкой подбирается по традиционной методике – по критерию прочности с учетом необходимой пластичности (удобоукладываемости). Для достижения бетоном равной прочности НЦ требуется приблизительно на 10 % меньше, чем портландцемента.
Особенно эффективно применение бетонов на НЦ в конструкциях и сооружениях, требования по трещиностойкости, водонепроницаемости и долговечности к которым особенно высоки. Это:
• емкости различного назначения;
• плавательные бассейны;
• насосные станции и очистные сооружения;
• трубы напорные и безнапорные;
• несущие подземные конструкции, в том числе тоннели метрополитенов;
• конструкции большой протяженности и площади – покрытия дорог, аэродромов, трибун стадионов, эксплуатируемых кровель, автодорожных мостов, искусственных конькобежных дорожек и полей;
• полы гражданских и промышленных зданий;
• ограждающие конструкции, возводимые методом «стена в грунте»;
• конструкции с предварительно напряженной арматурой.
НЦ является расширяющимся вяжущим и увеличивается в объеме после достижения бетоном прочности 8-15 Мпа, которая обеспечивает сцепление с арматурой. В результате арматура получает напряжение растяжения, бетон – сжатия, а бетонная конструкция становится самонапряженной (преднапряженной).
Прочность бетона в процессе эксплуатации – важнейший показатель качества любой железобетонной конструкции. У бетонов на основе НЦ она обычно составляет 40–70 Мпа и при этом весьма интенсивно растет даже после 28 суток. Кроме того, эти бетоны обладают более высокой (на 25 %), чем обычно, прочностью на растяжение, что в сочетании с самонапряжением придает конструкциям повышенную трещиностойкость.
Бетоны на основе НЦ являются практически водонепроницаемыми (W 12–20), а их газонепроницаемость примерно в 40 раз выше, чем у тяжелого бетона на основе портландцемента.
Долговечность железобетонных конструкций на основе НЦ в условиях климата средней полосы России в значительной степени определяется высокой морозостойкостью (F 500 и более) – до 1500 циклов замораживания-оттаивания. Благодаря мелкоячеистой структуре с замкнутыми порами эти бетоны в 3–6 раз повышают долговечность железобетонных конструкций.
Плотная мелкозернистая структура повышает и коррозионную стойкость бетонов, в том числе в сульфатных средах. Практически теми же свойствами обладают и бетоны на смеси портландцемента и расширяющей добавки РД. Они не требуют специальной защиты при содержании в воздействующих водах ионов SO42 до 5000 мг/л. Не нужна им защита и в других агрессивных средах.
Такие составы с успехом могут применяться в гидротехнических сооружениях. Как показали опыты на образцах, уплотненных вибрированием, устойчивость бетонов на напрягающих цементах даже в морской воде в 1,5–5 раз больше, чем у бетонов на основе портландцемента. Актуальность водонепроницаемых бетонов для возведения подземных и гидротехнических сооружений определяется еще и тем, что они не фильтруют воду даже при давлении 20 атмосфер.
Увеличение объема НЦ в процессе твердения в значительной мере нейтрализует влияние усадки, обычно негативно сказывающейся на прочности бетонов на обычном портландцементе. Кроме того, бетоны на основе НЦ дают высокое сцепление со старым бетоном (в 1,5–2 раза больше обычных), что особенно важно в ремонтно-восстановительных работах и усилении конструкций.
Для решения задачи полной гидроизоляции в индивидуальном малоэтажном строительстве эффективно применение гидроизолирующего цемента «Гидро-S» и смеси «Гидро-SII Плюс». Их используют для водонепроницаемых конструкций: стен подвалов, бассейнов, эксплуатируемых плоских крыш, для ремонта отсыревающих и затапливаемых строений, фундаментов зданий, расположенных на участках с высоким уровнем грунтовых вод.
Необходимо отдельно отметить высокую эффективность технологии сухих смесей для получения бетонов и растворов с высокой водонепроницаемостью. В отличие от обычной технологии приготовления бетона она позволяет тщательно подбирать гранулометрический состав заполнителей и наполнителей, что в совокупности с рациональным подбором вяжущего обеспечивает получение бетонов с высокой водонепроницаемостью.
Кроме оптимизации состава и подбора компонентов эффективным способом повышения водонепроницаемости бетона является модификация химическими добавками различного действия: пластифицирующими, расширяющимися, уплотняющими, гидрофобизирующими и др. Введение добавок позволяет в разы повышать водонепроницаемость бетонов.
Поскольку используемые для первичной гидроизоляции бетоны готовятся на гидравлических вяжущих, большое значение имеют условия твердения. Наименьшая водопроницаемость бетона наблюдается при водном твердении. В этом случае через 1 месяц она снижается в несколько раз по сравнению с проницаемостью бетона при воздушно-сухом или воздушно-влажностном твердении.
Для получения непроницаемых конструкций необходимо обеспечить и тщательное уплотнение бетонной смеси, предотвращающее образование технологических фильтрующих дефектов. При этом нельзя допустить расслоения и водоотделения бетонной смеси.
Благодаря развитию химии вяжущих веществ, эффективных видов химических добавок и совершенствованию производства разработана большая номенклатура составов сухих смесей на основе минеральных вяжущих, обладающих эффектом самоуплотнения.
Практика применения и многочисленные испытания позволили АНТЦ «Алит» разработать сухую смесь – бетонную цементную гидроизоляционную самоуплотняющуюся «АЛИТ СБВ-22» (табл. 1.1). [5]
Таблица 1.1. Техническая характеристика «АЛИТ СБВ-22»
При строительстве новых сооружений для придания бетону гидроизоляционных и гидрофобных свойств применяется добавка к бетону ADDIMENT DM2 производства Heidelberger Zement. В результате ее реакции с частицами цемента образуются нерастворимые кристаллы, закупоривающие капилляры бетона, через которые может поступать вода. Благодаря этому, возрастают сопротивление химическому воздействию, морозостойкость и осуществляется капиллярная отсечка – защита арматуры от коррозии. В результате полностью отпадает необходимость устройства гидроизоляционных покрытий, что ведет к снижению себестоимости и увеличению долговечности конструкции. Добавку DM2 рекомендуется использовать совместно с пластификатором BV1 или BV3 [6]. Разработанная швейцарской компанией «Sika» специальная система материалов обеспечивает водонепроницаемость наземных и подземных сооружений.
Добавка «Sika Fume HR» применяется в новом строительстве для бетона на основе микрокремнезема. Она значительно улучшает плотность, прочность, адгезию и обеспечивает водонепроницаемость.
Очень важная часть строительных работ, о которой проектировщики и строители часто забывают, – устройство деформационных швов, предотвращающих растрескивание бетонных конструкций, придающих им эластичность, способность приспосабливаться к изменениям окружающей среды и не допускающих проникновения влаги извне. Стоимость работ по закладке швов очень невысока, но пренебрежение ими может привести к немалым затратам при исправлении ошибок во время эксплуатации уже готовых сооружений.
Специалисты научно-производственного предприятия «Спецгидроизоляция «Монолит» уже в течение нескольких лет, основываясь на собственных разработках и опираясь на мировые достижения в сфере гидроизоляции, выполняют работы по созданию деформационных швов, соответствующих самым высоким требованиям надежности. На основании опыта, приобретенного компанией на объектах «Метростроя», «Водоканалстроя» и объектах атомной энергетики, разработан специальный гидроизоляционный состав «Гидропласт», который создан с учетом эксплуатации сооружений в разных климатических и гидрогеологических условиях России. В сочетании с западными разработками, а в мире эта отрасль очень развита, состав «Гидропласт» позволяет максимально повысить надежность и долговечность сооружений.
Глава 2
Вторичная гидроизоляция
Вторичная гидроизоляция включает дополнительные меры защиты ограждающих конструкций.
Применение вторичных мер гидроизоляции обосновано при ремонте и реконструкции зданий и сооружений, а также в новом строительстве особо ответственных сооружений. Используют их и в случаях, когда не возможно иначе обеспечить требуемую водонепроницаемость ограждающих бетонных и железобетонных конструкций.
При выборе способа вторичной гидроизоляции надо исходить из причин и вида проницаемости конкретных конструкций. Если вода просачивается интенсивно, по всей поверхности пола или стен или происходит трещинообразование в результате сильного напора воды, необходимо применять штукатурные растворы. Если просачивание наблюдается сквозь единичные трещины, нет подпора грунтовых вод, вызвающего образование новых трещин, то эффективными будут водоостанавливающие составы для аварийной ликвидации протечек. Если необходима гидроизоляция поверхностей, через которые нет постоянной интенсивной фильтрации под давлением грунтовых вод или речь идет о гидроизоляции помещений, для которых не желательно уменьшение объема (ванные, душевые и т. д.), оптимально применение гидроизолирующей смеси проникающего действия.
В ряде случаев для гидроизоляции можно использовать проверенную технологию применения материалов мембранного типа. При этом из всего многообразия необходимо выбрать материал, который обеспечит надежность гидроизоляции в требуемом диапазоне температур и деформаций. [4]
2.1. Обмазочная гидроизоляция
Обмазочные составы – холодные и горячие мастики, битумы, одно– или двухкомпонентные герметики – это наиболее очевидный способ борьбы с сыростью. Работают они за счет хорошей адгезии с основанием, могут наноситься на бетон, в том числе старый, на кирпич или природный камень. Обмазочные материалы бывают и эластичные, способные выдерживать раскрытие трещин до 2–3 мм.
В начале прошлого века прогрессивным решением была битумная обмазка, но при дальнейшем исследовании выяснилось, что в силу несовместимости химической природы битумов и бетонов битумные обмазки обладают недостаточной адгезией и быстро разрушаются. Кроме того, между защитой и конструкцией идет химическая реакция, которая разрушает не только битумный, но и поверхностный слой бетона.
В условиях подземной гидроизоляции применять битумы в чистом виде нельзя, поскольку, будучи органическим веществом, битум является питательной средой для бактерий и микроорганизмов, живущих в грунте. Опыт показал, что битумные материалы всего через несколько лет эксплуатации в грунте теряли гидроизоляционные свойства [88, 89]. Проблему качества и долговечности обмазочной гидроизоляции решили разработанные на основе битума мастики и битум-полимеры, содержащие специальные антисептирующие добавки и компоненты.
До начала устройства обмазочной гидроизоляции поверхность конструкции выравнивают, очищают, срубают наплывы, выступающую арматуру, заделывают раковины, углубления и сушат. Сопряжения гидроизоляционного покрытия с закладными деталями проклеивают защитной тканью. Кирпичную кладку выравнивают устройством цементно-песчаной стяжки. Деформационные швы уплотняют герметиками.
Технология обмазочной гидроизоляции проста. На первом этапе на подготовленную поверхность наносят грунтовку – 2 слоя горячей или холодной битумной невязкой мастики. Наносят их с помощью кисти или распылителя. Температура горячих мастик в момент нанесения должна быть не менее 160–180 °C.
Битумные, битумно-полимерные и полимерные краски для гидроизоляции и грунтовки наносятся кистями, валиками, набрызгом или напылением с помощью битумно-красконагнетательных установок.
Битумно-полимерные эмульсии наносят пистолетом-распылителем, а эпоксидные составы – с помощью агрегатов воздушного распыления. Гидроизоляцию из эпоксидных смол выполняют в 3 слоя.
Применяют и окрасочную гидроизоляцию для защиты фундаментов и стен сооружений от капиллярной влаги и воздействия небольшого напора грунтовых вод (до 2 м водн. ст.).
Материалы компании «Гермопласт»
Компания «Гермопласт» выпускает широкий ассортимент эффективных гидроизоляционных материалов. Два из них – «Гидрофор» и «Полур» (всех пяти марок) – имеют гигиенические сертификаты №№ 77.01.03.577.П.00567.01.0, 77.01.06.577.Т.05580.03.0, разрешающие их применение в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Они же, единственные из российских строительных материалов, включены в международный «Реестр продукции, отвечающей экологическим требованиям».
По испытаниям, проведенным Экоцентром МГУ им. М. В. Ломоносова, мастики «Гидрофор», «Битурэл», «Полур» и «Гермокров» по отношению к микроорганизмам (ГОСТ 9.051-75) признаны биостойкими. ГНИИ ВНИПИЭТ рекомендовал согласно ГОСТ Р 51102-97 покрытие марки «Полур-3» как дезактивирующее для необслуживаемых, периодически обслуживаемых и обслуживаемых помещений АЭС, АСТ и АТЭЦ. АО «ВНИИСТ», ОАО «ВНИПИнефть» и АКХ им. К. Д. Памфилова рекомендовали мастики «Битурэл» и «Полур» в качестве изоляции для газо-, нефте– и других стальных продуктопроводов, в том числе работающих в условиях повышенных температур и 100 %-й влажности (по ГОСТ Р 51164-98).
Кроме того, некоторые организации проводили самостоятельные испытания воздействий различных химических веществ на покрытия из мастик. Все они подтверждают эксплуатационную надежность покрытий из материалов компании «Гермопласт», их высокое качество и экологическую безопасность для подземной аквасреды.
Основные технические характеристики мастик и покрытия «Гидрофор», «Битурэл», «Гермокров», «Полур» приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Технические характеристики мастик и покрытий
Покрытия из этих мастик работоспособны в температурном интервале от -50 до +120 °C, а работы могут выполняться практически круглый год.
Полимерная мастика «Гидрофор» (ТУ 38.403.692.91)Композиция «Гидрофор» предназначена для гидроизоляции и защиты от коррозии наземных и подземных железобетонных, каменных и металлических (в том числе ржавых) конструкций, преимущественно без постоянного воздействия УФ-облучения: фундаментов, очистных сооружений, ванн, душевых, плавательных бассейнов (в том числе в детских учреждениях и предприятиях общепита). Используется «Гидрофор» и как клей для облицовки резервуаров, ванн, бассейнов и т. д. Как защитный и теплопоглощающий материал «Гидрофор» может быть использован для покрытия днищ автомобилей.
Композиция отлично зарекомендовала себя в качестве гидроизоляции эксплуатируемых подземных сооружений глубокого заложения, в том числе в стесненных условиях. Гидроизоляция выполняется двух-трехразовой закачкой материала за изолируемые конструкции. После первой закачки «Гидрофор» отжимает контактную воду (при соприкосновении с водой происходит значительное вспенивание и отвердевание материала). Последующее введение материала в зазор между изолируемой поверхностью и ранее введенным «Гидрофором» обеспечивает надежную гидроизоляцию конструкций.
Полимерная композиция «Гидрофор» поставляется в виде комплекта из двух жидких компонентов. Смешивание компонентов в заданном соотношении (100 массовых частей компонента 1 и 0.3–1 массовых части компонента 2) выполняется непосредственно перед началом работ. Рекомендуемое соотношение 100:0,5. Жизнеспособность композиции после смешивания компонентов от 0,5 до 40 часов, в зависимости от температуры наружного воздуха и количества компонента 2.
После отвердевания композиция «Гидрофор» представляет собой водостойкий, эластичный, резиноподобный материал, устойчивый к воздействию химически агрессивных сред (растворы кислот и щелочей с РН от 2,0 до 12,0).
При необходимости увеличения твердости изолирующего слоя перед смешиванием в компонент 1 дополнительно вводится 1,5 массовых части эпоксидной смолы (ЭД-20, ЭД-16 по ГОСТ 10587-72 или любая другая марка), которая по желанию заказчика может поставляться в комплекте или предварительно вводиться в компонент 1.