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