» » Гидроизоляция бетонных сооружений

Гидроизоляция бетонных сооружений

30.08.2016

Основным материалом при строительстве капитальных горных выработок и многих сооружений промышленного и гражданского строительства является бетон и железобетон.
Разрушение бетона в агрессивных средах

Одним из существенных недостатков бетона является его быстрое разрушение в условиях интенсивного воздействия агрессивных подземных вод. Для предупреждения разрушений бетона предусматриваются различные меры: осушение горного массива, применение водонепроницаемых отделок, гидроизоляция сооружений. Первые из упомянутых мер либо временны, либо весьма трудоемки и дороги (применение пластобетонов). Более рациональным направлением следует считать применение способа гидроизоляции сооружений полимерными твердеющими составами на основе синтетических смол или неорганических вяжущих.
Такая задача решалась Институтом горной механики им. А.А. Цулукидзе АН ГССР и ИГД им. А. А. Скочинского применительно к гидроизоляции тоннелей Тбилисского метрополитена. Трассы этого метрополитена проходят в породах третичного возраста, перекрытых четвертичными отложениями.
По химическому составу подземные воды в четвертичных отложениях высокоминерализованные, относятся к типу сульфатно-кальциево-натриевых и хлоридно-кальциево-натриевых, сульфатно-гидрокарбонатно-кальциевых. Основным источником питания грунтовых вод являются атмосферные осадки и хозяйственные воды города.
Анализ показал, что в бетонных отделках метрополитена возникают многочисленные трещины, наиболее опасными из которых являются микротрещины (0,02 мм и менее), тампонирование которых цементами малоэффективно. В результате просачивания через такие трещины грунтовых вод на отделках обнаруживаются пятна и высолы беловато-желтого цвета. Химический анализ показал, что эти налеты и пылеватые частицы относятся к кальциту, образовавшемуся в результате выщелачивания цементного камня.
По нормативным показателям (СН—249—63) вода считается агрессивной при содержании сульфат-ионов SО4в2 более 300 мг/ /л, если содержание хлор-ионов Cl-1 менее 1000 мг/л. Химический анализ показал, что по трассе Тбилисского метрополитена содержание ионов SO4в-2 в воде колеблется от 300 до 3000 мг/л, а ионов Cl-1 не превышает 280 мг/л.
Для бетона наибольшую опасность представляет присутствие в воздухе сероводорода H2S и сернистого газа SO2. Сероводород активно реагирует с известью и гидратированными минералами цементного камня, что вызывает нарушение прочности связей во всем его объеме. На отдельных участках метротрассы встречаются сероводородные воды, присутствие которых снижает прочностные свойства большинства материалов, способствует развитию коррозионных явлений в металле и бетоне, появлению плесени, сырости.
Сумма таких агрессивных факторов отрицательно влияла на состояние бетонных обделок. Это подтверждали керны, взятые из различных (сильно обводненных, мокрых и сухих) участков перегонных тоннелей метрополитена, на которых отчетливо видны пустоты, поры, трещины и каверны.
Химический анализ растворенной части бетона позволил сделать вывод, что в результате высоких концентраций сульфатов в порах цементного калия происходит так называемая гипсовая коррозия, сопровождаемая появлением вредных внутренних напряжений, образованием трещин и разрушением материалов.
В зонах с малой концентрацией сульфатов агрессивное воздействие грунтовых вод объясняется образованием некоторого объема гидросульфоалюмината кальция (3СаО*Al2O3*3CaSO4*3Н2О). Этот объем значительно увеличивается при присоединении к нему гипса и воды из окружающей среды. В результате этого в затвердевшем цементе возникают сульфоалюминатная коррозия, выщелачивающая и разрушающая бетон. Таким образом, подземные бетонные сооружения, подобные Тбилисскому метрополитену, подвергаются выщелачиванию и сульфатной коррозии.
Общими требованиями для выбора составов, противостоящих воздействию подобных агрессивных сред, являются: водонепроницаемость, стойкость к агрессивным средам, высокая прочность сцепления с влажными и сухими поверхностями выработок, плотность и эластичность. Кроме того, технология процесса предъявляет требование по вязкости состава, позволяющей нагнетать его под определенным давлением в течение определенного времени, и способности затвердевать в заданном интервале времени.
Выбор и обоснование полимерного состава для гидроизоляции бетонов

В соответствии с перечисленными требованиями ИГД им. А.А. Скочинского (В.В. Давыдов) разработан полимерный состав на основе эпоксидной смолы — мастики БИ-4с, представляющей собой вязкую массу темно-коричневого цвета. Для холодного отверждения мастики БИ-4с используются алифатические амины — гексаметилендиамин и полиэтиленполиамин (АФ-2, УП-583, ПЭПА).
Оптимальный состав, обеспечивающий максимальное сцепление с влажной поверхностью бетона за минимальное время, может быть выбран на основе лабораторных исследований и обработки данных с помощью теории многофакторного эксперимента. Полученная на основании обработки экспериментов математическая модель, описывающая величину сцепления состава с бетоном σс в зависимости от рецептуры состава х1, температуры среды х2 и времени выдержки х3, выражена следующим уравнением регрессии:
Гидроизоляция бетонных сооружений

Опыты показали, что в принятом эпоксидном составе процентное содержание полиэтиленполиамина (ПЭПА) может меняться в широких пределах (от 15 до 45%). Оптимальное содержание ПЭПА в составе устанавливается путем анализа уравнения (5.1) на экстремум функции σс по аргументу х1:
dσc/dx1=0.

Такой экстремальный анализ показал, что оптимальным является содержание ПЭПА в составе около 20%. Экспериментальные исследования подтвердили этот вывод. На рис. 5.4 показаны результаты экспериментальных исследований составов на основе композиции БИ-4с с отвердителями ПЭПА и АФ-2 для гидроизоляции бетонных сооружений.
Гидроизоляция бетонных сооружений

Как видно из графиков, при содержании 20% ПЭПА состав имеет минимальное время отверждения (T) и максимальную прочность сцепления (σсц), причем со временем эта прочность возрастает от 1,54 МПа при выдержке 24 ч (кривая 1) до 2,18 МПа при t3=72 ч (кривая 3). Надо отметить, что прочность растет и далее, достигая, например, для анализируемого случая величины σм=3,46 МПа по истечении месяца.
Испытания показали, что возрастание прочности образцов на сжатие не прекращается при их хранении в воздушной и сульфатной средах. Образцы, хранившиеся в сульфатной среде в течение 6 мес, показали возрастание прочности на 12—14%.
Водопроницаемость образцов разработанного состава по отношению к водной и сульфатной средам определялась на установке УИПК-IV. Определенный по данным о расходе воды, перепаде давлений и размерам образца коэффициент фильтрации оказался равным Кф=0,5*10в-8 см/с.
Таким образом, разработанный состав показал высокую водонепроницаемость, стойкость к действию агрессивных сред, эластичность и высокие величины сцепления с бетонными поверхностями выработок. В связи со сравнительно невысокой вязкостью этот состав обладает также хорошими технологическими качествами его переработки как путем нагнетания, так и набрызга на поверхность бетонной обделки.
Технология нагнетания более надежна: заполняя трещины и отверждаясь в них, состав образует достаточно объемную и прочную водонепроницаемую оболочку («рубашку»). При технологии набрызга рекомендуется обработанную поверхность дополнительно армировать наполнителем, например покрытием стеклоткани.
Испытания разработанной мастики БИ-4с, проведенные на отдельных участках Тбилисского метрополитена, показали, что она является надежным защитным покрытием бетонных и железобетонных подземных сооружений от воздействия агрессивных сред. Высокая прочность сцепления состава с бетоном позволяет широко использовать его для быстрого и качественного проведения ремонтных работ.