Гидроизоляция бетонных резервуаров
Сначала обратимся к истории бетона: она и древняя, и молодая. Еще за 3600 лет до Рождества Христова в Египте строили пирамиды и лабиринты из камней, скрепленных цементирующими составами. Более того, есть основание считать, что эти огромные камни искусственного происхождения, т.е. бетонные. Агросский акведук и водоемы в Спарте построены карфагенянами и греками из мраморного щебня и известкового раствора. Да и Великая китайская стена, начатая в 214 г. до н.э., построена из бетона. Римляне оставили нам богатейшее наследие — грандиозные бетонные сооружения в Англии, Испании, Франции. Витрувий описал технологию возведения мостов, зданий, городских стен, акведуков, портов и дорог из камней, связанных растворами, содержащими пуццоланы. Бетонным куполом перекрыт знаменитый Пантеон в Риме, построенный в 27 г. до н.э. Но с XV в. по необъяснимым причинам о бетоне как бы забыли.
Возрождение его началось в конце XVIII в. с появления в Англии в 1796 г. роман-цемента, а в 1824 г. был создан портландцемент и интенсифицировался процесс возведения сооружений из бетона в деревянной опалубке методом тромбования. Не менее 70 лет потребовалось России, чтобы постепенно включать в строительство бетон, но до возведения домов дело не дошло. Теперь мы не представляем себе стройку без бетона, но только в XX в. начаты исследования долговечности бетонных конструкций, эксплуатирующихся в различных условиях.
Казалось бы, массивные бетонные и высокопрочные железобетонные конструкции должны служить надежной защитой зданий, так как многолетней наукой и практикой установлено, что бетон набирает прочность в водной среде. Однако на самом деле все обстоит не так просто. Действительно, бетон набирает прочность во влажной среде, но только в том случае, если водная среда не агрессивна по отношению к бетону и вода не диффундирует через его тело.
И в первом, и во втором случае бетон медленно, но необратимо разрушается, и на его поверхности появляются высолы — сталактиты — «белая смерть» бетона. Если протекает бетон, армированный коррозионно-стойкой сталью, то разрушение интенсифицируется, ибо коррозия резко увеличивает объем арматуры. Продукты коррозии отторгают защитный слой железобетонной конструкции, обрекая обнаженную арматуру на ускоренную коррозию.
Итак, существуют следующие виды коррозии бетона и причины ее возникновения:
1. Физико-химическая коррозия:
— выщелачивание из бетона свободной извести
— фильтрационной (диффузионной) водой и вынос ее на наружную поверхность в виде белесых потеков и сталактитов (наростов);
— сульфатная и магнезиальная коррозия вследствие воздействия сернокислых и магнезиальных солей, содержащихся в диффузионной (фильтрационной) влаге, на свободную известь бетона, что приводит к образованию легко растворимого сульфоалюмината кальция и как следствие к механическому разрушению бетона;
— углекислая коррозия в результате соединения агрессивной углекислоты с гидратом окиси кальция бетона, что вызывает деструктивные процессы в бетоне;
— в результате взаимодействия щелочей цемента с реакционно-способными заполнителями происходит расширение бетона с образованием трещин.
2. Физико-механическая коррозия происходит при резких колебаниях температуры на поверхности бетонных конструкций, при инсоляции, многократно повторяющихся циклах «замораживания — оттаивания» и «увлажнения — высушивания» в зоне переменного уровня воды.
3. Органогенная коррозия происходит под воздействием органических веществ как изнутри, так извне бетонного сооружения (почвенные коллоиды, газы, растительные и животные микроорганизмы, гумус). В результате за счет уменьшения углекислоты и свободного оксида кальция разлагается карбонатная пленка.
4. Биопоражения (фитокоррозия, обрастания) происходят под воздействием животных и растительных организмов.
5.Разрушения происходят вследствие несоблюдения технологических требований, использования загрязненных заполнителей, недостаточного уплотнения бетонной смеси, нарушения температурного режима укладки и выдерживания бетонаю
В свою очередь, металлическая арматура «страдает» от химической и электрохимической коррозии. Химическая коррозия — это взаимодействие металлической поверхности с окружающей средой, а электрохимическая включает процессы взаимодействия металлов с электролитами.
Как же защитить корродирующий бетон?
Самой сложной является технология инъецирования в тело бетонной конструкции различных химических составов. Основным недостатком этого способа является исключительная сложность (бурение скважин, закрепление инъекторов, дорогое оборудование, высокая квалификация рабочих, значительный расход дорогих материалов), а главное — работа выполняется вслепую (неуправляемое растекание инъецируемого состава по пустотам в теле бетона).
Другой развивающейся в последнее время технологией является втирание в тело фильтрующей конструкции специальных составов (ксайпекс, пенетрон, кольматрон, гидрофлекс и т.п.), которые призваны кольматировать поры. Эти составы проникающего действия на цементной основе с минерально-химическими добавками, в присутствии влаги и свободного кальция образующие в капиллярах бетонной конструкции не растворимые в воде кристаллы, которые проникают в тело бетона и кольматируют поры в нем, что способствует водонепроницаемости. Если в конструкции большие поры (каверны) и трещины или бетон сильно карбонизированы солями, рост кристаллов замедляется или прекращается вовсе. Этот способ осложняется необходимостью специального ухода за нанесенным составом, например орошение водой через каждые 2 часа. Кроме того, если в защищаемой стене имеются вкрапления, например из кирпича, то эффект кольматации снижается. И тогда приходится возвращаться к традиционному способу — нанесению пропиточно-окрасочных составов, «работающих на отрыв», т.е. изнутри сооружения. Наукой и более чем полувековой отечественной практикой тоннельщиков и гидростроителей опробованы многочисленные составы (эпоксидно-фурановые, эпоксидно-каучуковые, эпоксидно-каменноугольные и т.п.). Основной проблемой оставалась адгезионная прочность к влажному бетону (кирпичу, камню). Автору статьи впервые в 1982 г. удалось успешно внедрить изоляционное покрытие, адгезирующее к мокрому бетону в подвальных помещениях жилых зданий с использованием полиизоцианатных полимеррастворов [1—4].
Было доказано, что наиболее стойкими в различных средах являются защитные составы на основе полиизоцианатного связующего (см. таблицу).
В 1999 г. разработан способ получения связующего полиизоцианата и изоцианатных композиций (патент №2128674, авторы Ю.А. Авдонин, О.А. Лукинский и др.), а в 2003 г. разработаны усовершенствованный способ получения полиизоцианата и состав для получения полимерных материалов.
В «ВИДИС-ПРОМ-Д» в 2002 г. организовано производство нескольких видов полиизоцианатных составов — Лукаров*, защищающих бетонные, металлические и другие конструкции от агрессивного воздействия окружающей среды. Исследования, проведенные ГАСИС совместно с ВНИИЖТом, показали, что после 300 циклов замораживания-оттаивания физико-механические свойства Лукаров не изменялись. Защита бетона (кирпича и камня) Лукарами от морозного разрушения предельно упростилась и выполняют ее в такой последовательности:
— очищенную поверхность пропитывают составом Лукар-ОГГ*, нанося его безвоздушными распылителями типа Graco и Wagner или при малых объемах щетинными кистями (щетками);
— через 3—5 ч шпателем или кистью наносят состав Лукар-5***, получая глянцевую высокопрочную поверхность любого цвета, стойкую к различной агрессии (см. таблицу).
Рекомендации по использованию материалов для защитного покрытия бетона
| Среда | Воздействие на бетон | Материалы защитных покрытий |
|---|---|---|
| Азотная кислота 5%-ная | Быстрое разрушение | Полиизоцианатные составы, жидкое стекло, хлоркаучук, эпоксидные смолы, хлоропрен, виниловые смолы, полиэфиры, кирпич, плитки, битуминозные материалы, сера, кислотоупорный цемент |
| Азотная кислота 40%-ная | То же | Полиизоцианатные составы, жидкое стекло, кирпич, плитки, виниловые смолы, кислотоупорный цемент |
| Алюминий хлористый | Эпоксидные смолы, эпоксидно-гудроно-каучуковые составы, хлоропрен, виниловые смолы, плиэфиры, кирпич, плитки, битуминозные материалы, хлорсульфированный полиэтилен, фурановые, фенольные смолы, сера | |
| Аммоний хлористый | Медленное разрушение. В пористом или растрескавшемся бетоне действует на арматуру | Полиизоцианатные составы, битуминозные материалы, хлоркаучук, эпоксисоставы, хлоропрен, фенольные смолы, стиролбутадиеновый каучук, виниловые смолы, жидкое стекло, кирпич, плитки, фурановые смолы, битуминозные материалы |
| Бром | Газообразный бром разрушает. Жидкий бром разрушает, если в нем содержатся НВг и влага | Полиизоцианатные составы, хлоропрен, виниловые смолы, полиэфиры, кирпич, плитки, жидкое стекло |
| Калий хлористый | В присутствии хлористого магния в пористом или растрескавшемся бетоне коррозия арматуры | Полиизоцианатные составы, жидкое стекло, хлоркаучук, эпоксисоставы, хлоропрен, стиролбутадиеновый каучук, уретановые смолы, виниловые смолы, хлорсульфированный полиэтилен, кирпич, плитки, битуминозные материалы, фурановые и фенольные смолы, сера |
| Калия гидроокись 25%-ная | Разрушение | Полиизоцианатные составы, эпоксисоставы, хлоропрен, стиролбутадиеновый каучук, виниловые и фурановые смолы, углеграфитовые и битумные материалы |
| Натрий хлористый | В присутствии хлористого магния происходит коррозия арматуры в пористом или растрескавшемся бетоне. Коррозия арматуры может вызвать отслаивание бетона | Полиизоцианатные составы, жидкое стекло, хлоркаучук, эпоксисоставы, хлоропрен, стиролбутадиеновый полисульфидный каучук, уретановые, виниловые, фурановые, фенольные смолы, хлорсульфированный полиэтилен, кирпич, плитки, битумные материалы |
| Натрия гидроокись 40%-ная | Разрушение бетона | Полиизоцианатные составы, эпоксидные смолы, эпоксисоставы, хлоропрен, стиролбутадиеновый каучук, полисульфидный каучук, виниловые и фурановые смолы, углеграфитовые блоки |
| Серная кислота 10%-ная | Быстрое разрушение | Полиизоцианатные составы, хлоркаучук, эпоксидные смолы, хлоропрен, стиролбутадиеновый каучук, виниловые смолы, фурановые, фенольные смолы, хлорсульфированный полиэтилен, кирпич, плитки, сера |
| Серная кислота 60%-ная | То же | Полиизоцианатные составы, хлоркаучук, виниловые, фенольные смолы, хлорсульфированный полиэтилен, кирпич, углеграфитовые и битуминозные материалы, свинец, сера, кислотоупорный цемент |
| Серная кислота конценфировапная,а также олеум | Разрушение | Полиизоцианатные составы, кирпич, свинец, кислотоупорный цемент |
| Сернистая кислота | Быстрое разрушение | Полиизоцианатные составы, хлоркаучук, эпоксисоставы, хлоропрен, уретановые, виниловые, фурановые и фенольные смолы, полиэфиры, хлорсульфированный полиэтилен, кирпич, битуминозные материалы, свинец, сера, свинцовый глет |
| Фтористо-водородная кислота 30%-ная | Быстрое разрушение бетона и арматуры | Полиизоцианатные составы, стиролбутадиеновый каучук, бутилкаучук, виниловые, фенольные, фурановые смолы, углеграфитовые материалы, свинец, сера |
| Хромовая кислота 5%-ная | Действует на арматуру в пористом или растрескавшемся бетоне | Полиизоцианатные составы, жидкое стекло, виниловые смолы, полиэфиры, хлорсульфированный полиэтилен, кирпич, плитки, битуминозные материалы, свинец, сера, кислотоупорный цемент |
| Хромовая кислота 60%-ная | То же | Полиизоцианатные составы, кирпич, плитки, свинец, кислотоупорный цемент |
Особенностью новых защитных составов является повышенная адгезия к влажному бетону.
При необходимости выполнения штукатурного покрытия, а также при «лечении» дефектов (каверн, щелей, обнаженной арматуры) в бетонных и железобетонных конструкциях применяют Лукар-ОХ, состоящий из днухкомпонентного состава типа Лукар-5, наполненного сухой цементно-песча