Проектный выбор гидроизоляции при строительстве современных объектов

Локочинский Александр Алексеевич, главный специалист ОАО "КБ ВиПС", канд.техн.наук

В современном строительстве планирование и проектирование, исполнение и качественный надзор выполняемых гидроизоляционных работ – это серьезный и ответственный этап, приобретающий особое значение при возведении сложных подземных, высотных, гидротехнических объектов. Критерии выбора гидроизоляции имеют многоуровневый подход, который предполагает решение многочисленных проблем технического, технологического, эксплуатационного, экономического, экологического характера.

Надежное техническое решение проблемы гидроизоляции увеличивает долговечность и эксплуатационный период строительных конструкций и сооружений, улучшает функциональные условия амортизации современного дорогостоящего оборудования и условия работы обслуживающего персонала, предотвращает возможные чрезвычайные ситуации, нарушающие экологическое равновесие в окружающей среде, позволяет рационально планировать и использовать финансовые ресурсы как в период строительства, так и при эксплуатации возводимых объектов.

Нередко на стадиях строительства, в силу того, что затраты на выполнение гидроизоляционных работ составляют в общей смете считанные проценты, а эксплуатационный период зачастую просто не принимается во внимание, планирование и проектирование этих работ выполняется с недостаточной ответственностью. Полное решение проблем гидроизоляции зданий и сооружений от воды и вредных воздействий предполагает комплексный подход, связанный с выбором метода строительства, техники, технологии, материалов, строительных конструкций.

В инженерной практике встречается несколько видов и уровней нагрузок на сооружения или их конструктивные элементы от воздействий воды, в том числе и в агрессивной форме. Классификация сред эксплуатации подробно приводится в межгосударственном стандарте ГОСТ 31384-2008 [1] (Приложение А, табл. А1), согласованном при разработке и с требованиями европейских норм EN. В этом же стандарте (Приложение Б, табл. Б6) анализируется степень агрессивного воздействия на бетон жидких органических сред.

Следует отметить, что в настоящее время отечественная нормативная база в области гидроизоляции находится на стадии формирования. По европейской классификации [2] к первому классу нагрузки относят напорную воду, в том числе не напорную от временно застаивающейся инфильтрационной воды. Ко второму классу относят влажность грунта с коэффициентом водопроницаемости ≥ 1∙10-4 м/с, а также воды фильтрации до уровня грунтовых вод с допускаемым временным подпором, но не более 100 мм.

При проектировании оценка уровня грунтовых вод учитывает многолетние наблюдения и прогнозы, за основу расчета, как правило, принимают максимальный уровень. Ситуация может осложняться из-за наличия в грунтовой воде агрессивных веществ или наличия дополнительной механической нагрузки, имеющих разрушающие воздействия как на гидроизоляцию, так и на бетон, что требует дополнительных решений по их защите.

Определяющую роль при выборе гидроизоляции также играет функциональное назначение сооружений и его помещений, требований к их эксплуатации и микроклимату. В зависимости от вида разрушающего действия и уровня нагрузки, предъявленных функциональных требований обосновывается выбор возможных технологических и материальных вариантов решения проблем гидроизоляции.

Для гидроизолирующей защиты сооружений от воздействий используют водонепроницаемые материалы, через которые напорная вода не проходит насквозь. В качестве водонепроницаемых материалов на практике используются: рулонные битумные или полимерные; битумные, битумно-полимерные обмазочные или напыляемые; цементные, цементно-полимерные обмазочные или напыляемые; инъекционные; проникающие цементные обмазочные или напыляемые; бетоны с высоким сопротивлением проникновению воды. Межгосударственный стандарт ГОСТ 31384-2008 (Приложение Д, табл. Д1, Д3) устанавливает требования по защите ограждающих конструкций и требования к изоляции различных типов.

• Рулонные битумные или полимерные; битумные, битумно-полимерные обмазочные или напыляемые материалы, копирующие форму защищаемой поверхности при нанесении, выполняют две функции: уплотнение и паровой барьер.
• Цементные, цементно-полимерные обмазочные или напыляемые материалы, также копирующие форму защищаемой поверхности при нанесении, служат уплотнением, но не являются паровым барьером.
• Инъекционные материалы проникают в конструкцию под давлением, восстанавливают или усиливают гидроизоляционные и несущие свойства строительных конструкций.
• Проникающие цементные обмазочные или напыляемые материалы полностью копируют защищаемую поверхность, проникают в толщу бетона и не пропускают через конструкцию воду, но не являются паровым барьером.

Бетоны с высоким сопротивлением проникновению воды выполняют две функции: уплотнение и несущую функцию. Они не являются паровым барьером, но одновременно выполняют функцию несущего элемента конструкции и не пропускают через конструкцию воду.

В гидроизоляционных технологиях различают следующие основные виды:

• эластично-жесткая гидроизоляция, номинально копирующая форму основания;
• эластичная гидроизоляция, полностью копирующая форму основания;
• проникающая обмазочная или напыляемая гидроизоляция, полностью копирующая форму основания и проникающая в толщу бетонной конструкции;
• жесткая гидроизоляция.

Эластично-жесткая гидроизоляция включает в себя рулонные, листовые и композиционные мастичные материалы:

• битумные армированные;
• полимерно-битумные рулонные и листовые;
• полимерные мембраны;
• асфальт и его комбинированные модификации.

Эластичная гидроизоляция включает в себя следующие материалы, наносимые на основание напылением или обмазочной технологией:

• битумные;
• битумно-полимерные;
• битумно-латексные;
• полимочевинные;
• цементно-полимерные и др.

Инъекционная гидроизоляция включает в себя материалы, закачиваемые в строительную конструкцию под давлением, следующего происхождения:

• суспензии на цементной основе;
• эпоксидные смолы;
• эластомерные смолы на полиуретановой основе;
• гидроструктурные смолы и др. материалы органического происхождения.

Проникающая обмазочная или напыляемая гидроизоляция включает также в систему шовные гидроизоляционные материалы и водоостанавливающие материалы для устранения напорных течей.

К жесткой гидроизоляции относятся следующие виды:

• покрытия не эластичные цементные, обмазочные или напыляемые;
• специальные водонепроницаемые растворы для торкретирования;
• бетонные конструкции с высоким сопротивлением проникновению воды.

Ранее в строительной практике гидроизоляции исключительно широко применялись материалы на битумной основе, поэтому широкое употребление в технологиях получил термин «черная ванна», связанный именно с битумом и его производными. Эти материалы являются специальным покрытием строительной конструкции на основе бетона, кирпича или др. К этой же группе материалов относятся и входящие в систему гидроизоляционные шовные ленты, компенсирующие деформационные нагрузки в стыках и специальных швах.

Менее известный, но существует и другой термин «коричневая ванна», он связан с применением бентонита и других содержащих глину материалов. Бентонит – это материал коричневого цвета на основе глины, размещенный в специальных матах, обладающий большой водопоглотительной способностью и склонностью к набуханию. Набухая, бентонит способен закупоривать трещины и поры строительной конструкции.

Основные преимущества обмазочных и напыляемых способов состоят в обеспечении прочного сцепления с основанием, непрерывной изоляционной поверхности по основанию, надежной изоляции примыканий, возможности механизации нанесения.

Бетонные конструкции с высоким сопротивлением прониканию воды и способ гидроизоляции, благодаря светлым тонам применяемого цемента в отличие от битумных материалов, получили название «белые ванны». При этом плотный прочный железобетон, помимо гидроизоляции, выполняет еще и несущие функции, но не обладает свойствами парового барьера.

Все перечисленные виды гидроизоляции, исключая бетоны с высоким сопротивлением проникновению воды, широко применяются как в новом строительстве, так и при реконструкции и ремонте зданий и сооружений. Выбор рациональной схемы внешней и внутренней гидроизоляции, с технических и экономических позиций, базируется на детальном обследовании гидрогеологических условий, предъявляемых к помещениям сооружений функциональных требований.

Для реконструируемых зданий и сооружений выполняется детальное обследование с диагностикой и анализом гидрогеологических условий, существующего состояния конструкции фундамента и стен. Важнейшие задачи анализа обследования включают оценку стены с точки зрения внешнего состояния, прочности слоев, концентрации и распределения влаги, вредных солей.

Эффективное восстановление строительных объектов, имеющих архитектурно-исторические ценности, переориентирование функций использования подвальных помещений старых зданий – задачи, которые в последние годы становятся все более актуальными. Жить и работать в старых стенах сейчас просто модно.

При реконструкции старых подвалов, невозможности проведения вскрышных работ для устройства внешней гидроизоляции допускается выполнение внутренней гидроизоляции цементно-полимерными эластичными, или цементными жесткими, или полимерными мембранами, или др. материалами. В то же время, при имеющихся возможностях, рекомендуется проведение полного цикла гидроизоляционных работ по внешнему периметру («черная ванна») и внутреннему контуру основания и стен.

В настоящее время существуют многочисленные технологии и системы материалов для восстановления старых стен, которые позволяют осуществить надежное, эффективное и долговечное восстановление подвальных помещений, которые с успехом могут быть использованы и в новом строительстве.

При ситуациях с небольшими нагрузками от влажной почвы, невысокой концентрацией солей наиболее экономное решение достигается:

• гидроизоляцией шва между фундаментной стеной и плитой при помощи гидрошпонки или гидроизолирующей шпаклевки;
• внутренней гидроизоляцией цементным эластичным мелкодисперсным раствором или цементным проникающим раствором с последующим нанесением системы;
• ремонтных санирующих штукатурок на поверхность стены.

Возможности и преимущества ситуации с небольшими нагрузками:

• наиболее экономное решение;
• простота работ и небольшой расход материалов;
• обеспечение сухой поверхности стены;
• высокая степень поглощения и накопления солей, приносимых с грунтовой водой.

Ситуация с нагрузками от воздействия накапливающейся воды и воды под давлением в сочетании с воздействием вредных солей потребует проведения таких мероприятий, как:

• предварительное выравнивание внутренних стен, частично или по всей поверхности, шпаклевкой;
• горизонтальная отсечная гидроизоляция от воздействия капиллярного переноса влаги инъекцией мелкодисперсной эмульсии при обязательном предварительном заполнении стеновых пустот в зоне инъекции специальным цементным раствором;
• гидроизоляция фундаментных стен и плиты подвала цементным эластичным раствором или цементным проникающим раствором с гидроизоляцией шва при помощи гидрошпонки;
• последующее нанесение системы ремонтных санирующих штукатурок на поверхность стены.

Этот вариант изоляции от воздействия более высокой влажностной нагрузки обеспечит:

• сухую поверхность стены;
• возможность использования подвалов под различные цели;
• высокую степень поглощения и накопления солей.

При более тяжелых ситуациях от воздействия нагрузок накапливающейся воды и воды под давлением в сочетании с воздействием вредных солей ремонты потребуют:

• внешнюю гидроизоляцию сооружения по вскрышному оштукатуренному фундаменту при помощи обмазочного или напыляемого полимерно-битумного или битумно-латексного покрытия («черная ванна») в сочетании с дренажем и теплоизоляцией;
• горизонтальную отсечную инъекционную гидроизоляцию от воздействия капиллярных вод при помощи мелкодисперсной эмульсии и предварительного заполнения стеновых пустот в зоне инъекции цементным раствором;
• гидроизоляцию шва между фундаментной стеной и фундаментной плитой при помощи гидрошпонки или гидроизолирующей шпаклевки;
• гидроизоляцию стены и плиты цементным эластичным раствором или цементным проникающим раствором;
• нанесения системы ремонтных санирующих штукатурок на поверхность стены.

Реализация последней сложной ситуации с затратной схемой работ обеспечит:

• создание сухого микроклимата под административно-жилое помещение;
• предотвращение переноса солей от внешней стороны стены подвала к внутренней;
• гарантию долговечного осушения стены.

Таким образом, рассматривая реальную ситуацию реконструкции и ремонта здания, можно решать технические задачи гидроизоляции различной сложности, применяя конкретные технологии и материалы для выполнения строительных работ.

Указанные схемы предполагают устройство «черной ванны» надежной внешней изоляцией стены обмазочными материалами для снятия воздействий естественной влажности почвы, просачивающейся и накапливающейся влаги и воды под давлением; предохранение от поднимающейся по капиллярам влаги методом химической блокады; эффективное освобождение стены от солей и выполнение внутренней комбинированной изоляции обмазочными материалами и ремонтными штукатурками.

Для устройства внутренней гидроизоляции в новом строительстве и реконструкции рекомендуются к применению сухие смеси на цементной основе, обладающие эластичностью и сохраняющие гидроизоляционные свойства при трещинах в некоторых случаях до 2 мм вне зависимости от направления давления.

При реконструкции подвальных помещений зданий допускается применение жесткой гидроизоляции на цементной основе с дополнительным инженерным решением гидроизоляции зоны примыканий конструкций.

При устройстве «черной ванны» среди применяемых материалов по физико-механическим свойствам имеют преимущество полимерно-битумные или битумно-латексные материалы, создающие непрерывные и прочно связанные с основанием эластичные покрытия.

Битумно-полимерные материалы ведущих европейских производителей сохраняют изоляцию при трещинах основания до 5 мм и сдвиге до 2 мм, могут использоваться и как надежный клеевой материал для приклеивания экструдированного полистирола в качестве внешней теплоизоляции фундамента и защиты от возможных повреждений выполненной гидроизоляции.

Более дорогой битумно-латексный материал не обладает повышенными клеевыми свойствами, но имеет высокие показатели эластичности (относительное удлинение на разрыв более 1100%) и прочности сцепления с основанием.

В качестве санирующих штукатурок в схемах используются цементные, приоритетные для реставрационных объектов известково-цементные и известковые материалы с высокой пористостью, обеспечивающие площадь испарения в десятки раз большую, чем площадь основания стены. Таким образом, скорость испарения влаги через штукатурку существенно превышает скорость ее поступления в стену фундамента. Кроме эффекта высушивания стены, санирующие штукатурки, благодаря своей пористой структуре, обладают способностью накапливать соли в виде кристаллов и принимать на себя давление образующихся и накапливающихся кристаллов солей. Санирующие штукатурки обладают также повышенной морозостойкостью, что позволяет эффективно их использовать на внешней стороне цоколей.

При реконструкции и ремонте заглубленных подвалов и паркингов транспортных и канализационных тоннелей и др. гидротехнических сооружений, когда нет возможности проведения вскрышных работ для устройства внешней гидроизоляции, отдельно встают вопросы восстановления или усиления несущей способности и гидроизоляции строительных конструкций.

При решении этих проблем успешно используются известные в мировой строительной практике инъекционные технологии. В новом строительстве инъекционные технологии используются в системных решениях гидроизоляции водонепроницаемыми бетонами по принципу «белая ванна» при устройстве деформационных и рабочих швов, а также часто при устранении допущенных строительных ошибок (трещины монолита, отклонение от проектных решений и др.). Для усиления несущей способности строительных конструкций эффективными также являются решения, состоящие из системы углеродные тканей, эпоксидного клея и цементных покрытий. В инъекционных технологиях используются цементные суспензии, полиуретановые, эпоксидные и др. органические композиции.

Инъекционные составы могут быть одно, двух, трехкомпонентными, применяются в системе с сухими строительными ремонтными смесями для поверхностного выравнивания. Правильный выбор конкретных инъекционных технологий и материалов определяется из обследования и анализа возникшей текущей ситуации, состояния конструкций, характера дефектов, вида нагрузок, требований по водонепроницаемости, огнестойкости, морозостойкости и поставленных задач.

Следует отметить, что инъекционные технологии – это достаточно дорогое инженерное решение вопросов гидроизоляции, как в части расходных материалов, так оборудования и квалификации персонала, но в ряде случаев является единственно возможным решением. Реализация такого решения позволяет увеличить долговечность строительного объекта, снизить затраты на последующий период эксплуатации, расширить функциональные возможности использования объекта.

Эти технологии отработаны и часто применяются при ремонте тоннелей, паркингов, пандусов, дорожных развязок и других заглубленных подземных сооружений, в том числе метрополитена. Инъекционные технологии решают многочисленные строительные задачи гидроизоляции: трещин, холодных и рабочих швов с проницанием воды без давления; трещин, холодных и рабочих швов с проницанием воды под давлением; пористых конструкций, проницаемых водой; герметизации деформационных швов; укрепления грунта и др.

Цели инъектирования:

• восстановление или устройство гидроизоляции путем заполнение эластичным инъекционным материалом возникших трещин и пустот;
• восстановление или усиление несущей способности железобетонных конструкций или конструкций другого происхождения;
• создание на наружной стороне конструкции гидроизоляционной мембраны;
• укрепление грунтов.

Инъекционные работы сводятся к закачиванию гидроактивных инъекций внутрь конструкции или шва или за конструкцию под высоким давлением через специальные вмонтированные в конструкцию инъекторы.

Для решения задачи гидроизоляции посредством жесткого склеивания несквозных трещин ≥ 0,1 мм, замыкаемых в толще конструктивного элемента, а также пустот в бетоне или кладке из мелкоштучных материалов рекомендуются инъекции эпоксидных смол. Ограничением служат исключение возможных контактов с водой во время отвердения и проведение работ при температурах ≤ 8º С. Преимущественной стороной применения эпоксидных смол являются высокая прочность и долговечность соединений, ранняя и качественная адгезия, восприимчивость динамических нагрузок.

Для решения задачи гидроизоляции посредством жесткого склеивания несквозных трещин ≥ 0,25 мм, замыкаемых в толще конструктивного элемента, а также пустот в бетоне или кладке из мелкоштучных материалов рекомендуются инъекции минеральных суспензий на цементной основе. Применение их обеспечивает пассивную коррозионную защиту арматуры, прочность, долговечность, совместимость с другими строительными материалами, но технология не подходит при наличии динамических нагрузок и проведения работ при температурах ≤ 5º С.

Для обеспечения и создания водонепроницаемого сооружения рекомендуется система инъекционных эластомерных смол на полиуретановой основе, применимая при сухих и влажных условиях, при отсутствии и наличии давления воды. Эластомеры под давлением распространяются по всем направлениям в трещины и пустоты, при этом капиллярный подсос способствует этому процессу.

Материалы долговечны не менее 100 лет, химически нейтральны, совместимы с другими строительными материалами, но их нельзя применять при температурах ≤ 2º С. Время отвердевания составляет от 2 до 7 дней. При наличии напорной воды рекомендуется выполнение двухступенчатой инъекции: временная герметизация напорной воды бестропенящейся смолой; заключительная герметизация эластомерной смолой.

Для выполнения гидроизоляции сооружений снаружи с помощью сетчатой инъекционной технологии создается внешняя мембрана по всей поверхности с закреплением прилегающих грунтов. В технологии используются система материалов из гидроструктурных смол. Работам предшествует детальное обследование грунтов. Инъекции выполняются в одну или две ступени, предпочтительней две ступени.

Проникающие (пенетрирующие) составы на цементной основе, как и обмазочные, и напыляемые способы нанесения, являются технологиями нового поколения по сравнению с рулонными гидроизоляционными материалами, несмотря на их постоянное совершенствование и развитие. Бетонные конструкции, выполненные по стандартным технологиям, имеют в своей структуре разветвленную сеть капилляров и микротрещин.

Образование их обусловлено многочисленными факторами: испарение воды в процессе схватывания бетона; недостаточное уплотнение бетона при заливке; внутренние напряжения, возникающие в процессе гидратации бетона и др. При нанесении на влажный бетон жидкого раствора проникающего материала на поверхности возникает высокий химический потенциал по сравнению с внутренней структурой бетона. Образовавшаяся разность потенциалов определяет осмотическое давление. Благодаря возникающему осмотическому давлению активные химические компоненты из раствора проникают вглубь бетона широким фронтом, на свежем влажном бетоне проникание может достигнуть нескольких десятков сантиметров.

Проникнув вглубь бетона активные химические компоненты раствора, вступают в реакцию с ионными комплексами кальция и алюминия, оксидами и солями др. металлов, содержащимися в бетоне. В результате этих реакций образуются в бетоне нерастворимые кристаллогидраты, заполняющие сеть пор, капилляров и трещин до 0,4 мм. Заполненные нерастворимыми кристаллами поры, капилляры и микротрещины не пропускают воду даже при наличии высокого гидростатического давления, благодаря действию сил поверхностного натяжения жидкостей. При этом в бетоне не возникает паровой барьер, но в расчетах переноса влаги, в связи с относительно незначительным по величине переносом влаги в виде пара, можно им пренебречь.

Скорость формирования кристаллов и глубина проникновения зависит от многих факторов, в том числе от плотности и пористости бетона, влажности и температуры окружающей среды. При исчезновении воды процесс кристаллообразования может приостановиться, но при появлении воды, например, при увеличении гидростатического давления, процесс возобновляется, обеспечивая тем самым дальнейшее увеличение водонепроницаемости, - так называемый эффект «самозалечивания» бетона.

«Самозалечивание» бетона обеспечивается при невысоких скоростях фильтрации воды физико-химическими процессами, связанными с набуханием и гидратацией цементного камня, а также механическим закупориванием неподвижных трещин микрочастицами из бетона [3,4]. Проникающие материалы, наносимые на тщательно увлажненную поверхность бетонной конструкции с внутренней или с внешней стороны, вне зависимости от направления давления воды, обеспечивают гидроизоляцию всей толщи бетона.

Материалы эффективны и при наличии высокого гидростатического давления, предотвращают проникновение воды сквозь структуру бетона с шириной раскрытия пор и трещин до 0,4 мм, увеличивают прочность бетона, повышают его водонепроницаемость и морозостойкость на несколько ступеней. Проникающие материалы защищают бетонные конструкции от агрессивных сред: кислот, щелочей, сточных, грунтовых и морских вод.

Обработанные проникающими материалами конструкции придают бетону устойчивость к воздействиям хлоридов, сульфатов, карбонатов, нитратов, бактерий, грибов, водорослей и др. Технология проникающей гидроизоляции предполагает системное использование дополнительных материалов для гидроизоляции стыков, трещин более 0,4 мм, примыканий стены к фундаменту, вводов коммуникаций, а также материалов для ликвидации возможных напорных течей.

В ряде случаев, например, при реконструкции подвальных помещений, а также и в новом строительстве, находящихся в плотной городской застройке, не только эффективней, но экономичней применение гидроизоляционных материалов проникающего действия по сравнению с применением традиционных технологий и материалов.

В новом строительстве бетоны с высоким сопротивлением проникновению воды становятся все более распространенным и значимым способом гидроизоляции нагруженных сооружений, наиболее рекомендованным и востребованным при подземном, гидротехническом строительстве.

Свойства высокого сопротивления прониканию воды, присущие специальным бетонным конструкциям, достаточно надежно защищают сооружения от воздействий влажности грунта, фильтрационной влаги, напорной внешней и внутренней воды высотой столба до десятков метров. Это обстоятельство очень важно при подземном и гидротехническом строительстве. В строительной практике [2] выявлено, что для гидроизоляции в подземном строительстве достаточной является толщина водонепроницаемых фундаментной плиты и вертикальных стен от 250 мм, выдерживающих давление воды в несколько метров.

Технология строительства водонепроницаемых сооружений известна из глубокой истории. Так, например, 2000 лет тому назад в Древнем Риме из водонепроницаемого бетона «opus caementitium» были возведены сооружения бассейнов, плотины, конструкции порта, водопровода, некоторые из них сохранились и до сегодняшнего дня. Сегодня этот метод получил новый виток развития с учетом нового уровня состояния техники и технологий. В российской проектной практике первая попытка использования водонепроницаемого бетона предпринималась компанией «Hochtief» при строительстве тоннеля в Комплексе защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений.

При правильном проектировании и планировании, которое включает учет строительной физики и климатологии, и квалифицированном исполнении конструкция получается водоустойчивой. Ранее предполагалось, что в результате воздействия движущих факторов: перепадов влажности, температуры и давления, способности материала к капиллярному впитыванию, диффузии, имеет место перемещение влаги через строительное изделие [5]. Новые исследования [6-8] показывают, что при толщине бетона более 200 мм с величиной водоцементного соотношения В/Ц не более 0.55, данный процесс не имеет места быть. Даже в течение длительного времени фронт высыхания на внутренней стороне стены и водный фронт, проникающий снаружи, не перекрываются. По директиве „WU-Richtlinie“ DAfStb 11/2003 [2] можно исходить из трехмерной модели.

Эти параметры и выводы не зависят от гидростатического давления на поверхность. Для бетона В 30/37 с величиной соотношения В/Ц не более 0.55 имеют место следующие процессы:

• 1 зона - учитывается влияние находящейся рядом воды – зона делится на наружный участок напорной воды (0-25 мм) и внутренний участок капиллярного просачивания (до 70 мм). Взаимодействие поровой воды с цементом приводит к существенному уменьшению капиллярной проводимости.
• 2 зона – зона ядра – при достаточной толщине изделия в зоне ядра отсутствует транспорт воды. Здесь не происходит просачивания воды снаружи внутрь, также замедляется продвижение водяного пара.
• 3 зона – внутренняя поверхность – образует зону высыхания (от 40 до 80 мм). Излишек влаги в бетонном камне высыхает, превращаясь в часть внутреннего воздуха. В первый же год сухого использования тоннеля устанавливается влажностное равновесие. В третьей зоне бетон приспосабливается к условиям окружающей среды.

Сооружение «белой ванны» требует, кроме использования водонепроницаемого бетона, устройство рабочих и деформационных швов, которые также должны быть водонепроницаемыми. Следует контролировать и свести уменьшение величины раскрытия трещин до 0,20 мм, это достигается путем увеличения коэффициента армирования и применения более высоких классов арматуры и бетона.

Регулирование водонепроницаемости и устойчивости образования трещин производится известными технологическими приемами: введение волоконных полимерных добавок, разбухающих и создающих герметизацию в структуре бетона; использование растворяющихся полимерных добавок, образующих высоковязкий раствор, не смачивающий поверхность капиллярно-пористой структуры, и др. Для этих же целей применяются в технологии бетона и современные нано-добавки. Требуется также особое качество возведения конструкций и уплотнения бетона, расслаивание бетонной смеси не допускается, необходим квалифицированный уход за бетоном.

Преимущества гидроизоляции из бетона с высоким сопротивлением проникновению воды определяют:

• простота конструкции при сравнении «белой ванны» и «черной ванны»;
• совмещение уплотняющей и несущей функций;
• меньшая зависимость от погодных условий;
• сокращение сроков строительства, так как отпадает этап устройства гидроизолирующего покрытия;
• большие возможности обнаружения и устранения негерметичных мест.

К недостаткам «белой ванны» можно отнести:

• обеспечение наличия минимума трещин в водонепроницаемых железобетонных деталях;
• необходимость проектирования системы швов для снятия нагрузок и тщательного их уплотнения;
• требование высокой культуры, организованности и ответственности в устройстве опалубки, армирования, швов, организации бетонирования;
• непрерывный контроль заданного соотношения В/Ц и процесса увлажнения бетона до набора прочности;
• отсутствие свойств парового барьера.

Бетонные подземные сооружения вне зависимости от выбранной гидроизоляции, вследствие разности температур поверхности стены и воздуха внутри помещения, могут на поверхности образовывать конденсат, не связанный с проникающей влагой. Если помещения подземных этажей эксплуатируются и к ним предъявляются требования по обеспечению нормального и сухого микроклимата, то рекомендуется выполнение теплоизоляции внешних стен. При наличии воздействий химической среды, агрессивных грунтовых вод разрабатываются специальные мероприятия по защите бетона и гидроизоляции.

Следует отметить, что межгосударственным стандартом ГОСТ 31384-2008 (Приложение Г, табл. Г1, Г2) установлены требования к бетонам и железобетонным конструкциям по минимальным классу прочности и расходам цемента, максимальному соотношению В/Ц в зависимости от классов сред воздействия при эксплуатации, а также требования к бетонам по морозостойкости и водонепроницаемости для работы в условиях знакопеременных температур.

Объективное экономическое сравнение технологий «белой ванны» и «черной ванны» требует от проектировщика глубоких знаний этих технологий, поиска вариантных альтернативных специальных предложений, поиска выгодных цен и условий. Расходы на «белую ванну» не ограничены лишь стоимостью водонепроницаемого бетона, но и учитывают технологию производства и доставки бетона, исполнение процесса. Определенную роль играют и размер, и тип строящегося сооружения.

При правильной организации процесса чаще по затратам выгодней «белая ванна». Это не единственное преимущество для заказчика, одним из важнейших преимуществ является для подрядчика меньший риск образования трещин. И, если они образуются, то эти дефекты проще выявить и устранить не только при строительстве, но и при дальнейшей непрерывной эксплуатации объекта. Это несомненный плюс для внедрения технологии «белая ванна».

Реализация проекта строительства объекта из водонепроницаемого бетона – это комплекс задач, увязывающий взаимодействие и интересы всех участников проекта на этапах организации менеджмента и выполнения технических задач.

Планирование:

• подготовка разрешительной документации;
• тендер и распределение портфеля заказов;

Проектные работы:

• генеральный план;
• архитектурные решения;
• подготовка и организация строительства

Конструкторские работы:

• расчеты соответствия статическим требованиям;
• расчеты фундаментов и несущих конструкций;
• снятие возможных напряжений исключением из конструкций таких элементов: ниши, углубления или выступы;
• проектирование деформационных и рабочих швов с выбором оптимальных систем;
• расчет рациональной плотности расположения арматуры;
• применение резьбовых муфт для стыковки арматуры;
• планирование отвода тепла, выделяемого при гидратации;
• проектирование мест прохода коммуникаций

Бетонирование:

• разработка рецептуры и испытание образцов бетонных смесей;
• организация по рецептуре производства бетона с постоянным текущим контролем его качества;
• установка арматуры и монтаж секционных систем опалубки;
• укладка всех видов запланированных швов;
• транспорт и укладка бетона с контролем высоты укладки и распределения по крупности зерна;
• устройство незапланированных рабочих швов;
• организация отвода тепла гидратации и ухода за бетоном;
• устранение дефектов фильтрации с помощью запланированной инъекционной системы.

Водонепроницаемый бетон образует плотную структуру с минимальным количеством капиллярных пор при оптимизированном в рецептуре содержании цемента в качестве вяжущего. Пористость в структуре бетонного камня образуется за счет излишка воды, не участвующего в процессе гидратации, и испаряющейся воды.

У бетонов с высоким сопротивлением проникновению воды при толщине конструкции ≤400 мм водоцементное отношение В/Ц не должно превышать 0,6, оптимальное значение – 0,55. Устойчивый процесс гидратации не допускает преждевременного высыхания, поэтому получение качественного бетона достигается правильной своевременной обработкой и уходом за ним.

Допускаемое содержание капиллярных пор для водонепроницаемого бетона не должно превышать 25%. Исследования [8-10] показали, что погруженные в воду бетоны с такой водонепроницаемой характеристикой образуют капиллярную зону 0-70 мм по толщине, в которой наблюдается впитывание воды. За пределами этой зоны капиллярный перенос воды не происходит. Перенос диффузией водяного пара отличается от процесса, происходящего, например, на наружных фасадных конструкциях, в которых диффузия идет в направлении от теплой стены в сторону холодной.

В водонепроницаемом бетонном элементе направление диффузии определяется не направлением градиента температур, а разницей в парциальном давлении водяного пара всегда большем снаружи, чем внутри бетонного элемента.

В бетонных конструкциях толщиной более 200 мм, перенос влаги с поверхности наблюдается в начальный период, когда еще не завершилась гидратация, в дальнейшем, в середине элемента перенос (транспорт) воды становится настолько незначительным, что он не заслуживает внимания и им можно пренебречь. Образующаяся краевая зона сушки приблизительно в 80 мм не пересекается с образованной капиллярной зоной в 70 мм. Расчетный же поток диффундирующего водяного пара [5-6] в элементах из водонепроницаемого бетона в грунте и грунтовой воде на порядок меньше основного влажностного и его можно не учитывать.

При всех выдвигаемых требованиях в отношении к фундаменту и несущим конструкциям основное требование состоит в обеспечении долговечности железобетона на соразмерный срок службы. Согласно немецким нормам DIN EN 206-1 принят предполагаемый минимальный срок службы 50 лет. Считается, что бетонное изделие соответствует требованиям по предполагаемому сроку службы и эксплуатационной пригодности в рамках предельных значений соответствующего класса воздействий.

Исследования, выполненные НИИЖБ имени А.А.Гвоздева, выявили в физико-химической природе бетона взаимосвязь водопроницаемости и механической прочности. Однако в проектной практике нередко требования к бетону по прочности и водонепроницаемости назначаются раздельно, при этом наблюдается, что указанный в проекте класс бетона по прочности не обеспечивает необходимую водонепроницаемость, особенно в интервале назначаемых средних показателей прочности. В целях повышения качества бетона проектируемых конструкций и обеспечения их долговечности рекомендуется назначать класс бетона по прочности и марку водонепроницаемости в определенном соотношении.

Рекомендации специалистов НИИЖБ сведены в табл. 1 и 2 для бетонов, применяемых в гражданском и транспортном строительстве.

Таблица 1. Рекомендации основных характеристик бетона, применяемого в гражданском строительстве

Таблица 2. Рекомендации основных характеристик бетона, применяемого в транспортном строительстве

В настоящее время для проектного, строительного рынка предложены актуальные разработки по долгосрочному мониторингу систем гидроизоляции. Компании «Texplor» и «ГК Электроинжиниринг (NGHC)» предлагают технологии диагностики герметичности систем в надземных и подземных строительных конструкциях. В таких системах электрическое поле используется как индикатор для определения местонахождения протечек в системе гидроизоляции.

Системы позволяют надежно вести мониторинг герметичности при сравнительно невысоких проектных и эксплуатационных вложениях, оперативно определять места протечек и минимизировать затраты на их устранение.

В заключении следует отметить, что все виды гидроизоляции, перечисленные в аналитическом обзоре, могут применяться в инженерной практике строительства зданий и сооружений согласно уровню предъявляемых функциональных требований и технико-экономических задач.

Выбор рациональной схемы внешней и внутренней гидроизоляции для конкретных условий, с технических, экономических и экологических позиций, должен базироваться на детальных обследованиях гидрогеологических условий, технико-экономическом обосновании сравнительных вариантов инженерных проектных решений.

Литература:

• ГОСТ 31384-2008 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования. МНТКС, 2009, 65 с.
• Директива «Водонепроницаемые сооружения из бетона» (WU, DAfStb 11/2003), Германия
• Эдвардсен С. Водонепроницаемость и самозалечивание разделительных трещин в бетоне. Выпуск 455 Немецкого комитета по железобетону, DAfStb, Дюссельдорф, 1996
• Риппхаузен Б.: Исследования водопроницаемости и санации железобетонных зданий с разделительными трещинами. Рейнско-Вестфальская высшая техническая школа, Аахен, 1989
• Лонмейер Г., Эбелинг К.: Белые ванны. Конструкции и исполнение водонепроницаемых строительных элементов из бетона. Изд. Строительство+техника, Дюссельдорф, 2005, 361 с.
• Клопфер Х.: Транспорт влаги и покрытия для водонепроницаемых бетонных ванн. Конференции строительных экспертов в Аахене, 1999
• Планнерер М., Транспорт влаги в водонепроницаемых элементах в условиях практического строительства. Материалы съезда IBK 293, Вюрцберг 09/2003
• Беддоэ Р., Шпрингеншмид Р: Транспорт влаги сквозь бетонные элементы. Бетонное и железобетонное строительство, Выпуск 4, Дюссельдорф, 1999
• Эйферт Х., Беддоэ Р., Шпрингеншмид Р: Транспорт влаги водонепроницаемых элементах в условиях практического строительства. Бетон, выпуск 2, Дюссельдорф, 2002
• Шепер М., Крейс Й.: Критические рамочные условия внутреннего покрытия «белых ванн». Бетон унд Штальбетонбау, Издательство «Эрнст&Сын ГмбХ&Ко.КГ, Выпуск 1, с.30-41, Берлин, 2003