ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Герметизация швов тонкостенных железобетонных конструкций

Под тонкостенными железобетонными конструкциями по­нимают такие, в которых толщина железобетонного элемента соизмерима с размерами уплотнения и глубиной проникания колебаний температуры внешней среды. К ним относят боль­шинство промышленных сооружений, многочисленные здания и гидротехнические сооружения, причем их делят на подземные И наземные. В табл. 3.3 приведены расчетные характеристики основных видов таких сооружений, которые нужно учитывать при проектировании.

Требования к герметизирующему материалу зависят от кли­матических условий и типа сооружения; например, в IV кли­матической зоне на автодорожных мостах требуется растяжи­мость герметика до 57%, на лотках и акведуках в надводной части — до 30%. в подводной части — до 22%, а в подземных сооружениях — не более 7,5%. В подводной и подземной частях

Сооружений от герметика требуется высокая водоустойчивость: водопоглощение не более 3%, набухание—1%, коэффици­ент водоустойчивости при длительных испытаниях в воде — не ниже 0,8.

Конструкция уплотнения деформационного шва в тонко­стенных сооружениях, так же как и в массивных, определяется в первую очередь максимальной расчетной деформацией в шве. При небольших деформациях (до 5 мм) в подземных со­оружениях швы уплотняют, усиливая гидроизоляцию проклад­кой металлических или пластмассовых листов (рис. 3.7, а), при деформациях до 50 мм уплотнения усиливают уже листами-ком­пенсаторами (рис. 3.7,6), а при больших деформациях—ас­фальтовыми шпонками и резиновыми диафрагмами (рис. 3.7, в и рис. 3.8, в).

На вертикальных гранях уплотняющие диафрагмы должны быть заанкерены и защищены от внешних воздействий (рис. 3.7, справа), особенно на напорных гранях гидротехнических со­оружений (рис. 3.8).

В тонкостенных конструкциях все уплотнения в наземной и надводной зонах подвергаются воздействию переменной темпе­ратуры внешней среды, а потому материалы таких уплотне­ний должны быть морозоустойчивы: например, в этих условиях не следует применять прокладки и диафрагмы из пластифици­рованного поливинилхлорида, температура стеклования кото­рого не ниже —23° С, а из светоморозоустойчивой резины или стабилизированного полиэтилена (температура хрупко­сти—70°С). Точно так же поверхностные шпонки нельзя запол­нять асфальтовыми мастиками, имеющими температуру хруп­
кости выше —10° С, используя для этого разинобитумные мас­тики с температурой хрупкости —17° С или полимербитумные мастики с температурой хрупкости от —25 до —50° С.

Приведенные на рис. 3.7 и 3.8 уплотнения сложны, дороги и многодельны, поэтому их можно применять только в особо

Ответственных сооружениях из монолитного бетона, при напо­рах более 10 м и расстояниях между швами свыше 15 м, глав­ным образом в гидротехнических сооружениях [8, 14].

Для сборных железобетонных сооружений, облицовок, эк­ранов, водопроводящих сооружений, различных резервуаров и бассейнов пригодны облегченные герметизирующие шпонки трех типов:

1) поверхностные герметизирующие шпонки с мастичным заполнением полимерными или полимербитумными гермети - ками, заливаемыми в полость;

А — при деформации до 5 мм; б — то же, до 30 мм; в — то же, более 30 мм

1 — гидроизоляционное покрытие; 2—^металлическая иля пластмассовая диафрагма; 3 —защитный металлический лист; 4 — пороизол или гернит; 5 — полимербитумная заливка в полость шпонки; 6 — железобетонный брус или плита; 7 — резиновая профильная леита; 8 — асфальтовые прокладки (изол, эластобнт)

Рис. 3.9. Способы уплотнения швов в железобетонных крышах А — шов СибЗНИИЭПа (серия домов І-464-Д); б — предложение ВНИИГа (продоль­ные швы); в — шов ЦНИИЭП жилища (серия домов II-29); Г — предложение ВНИИГа (поперечные швы)

1 — кровельное покрытие; 2 — железобетонная кровельная плнта; 3 — железобетонный нащельник; 4 — заделка цементным раствором; 5 — пороизол или гернит; 6 — заливка полимербитумным герметиком; 7 — прокладка рубероидом, наклеенным с одной сто­роны; 8 — конопатка просмоленной паклей или битумиинрованной шлаковатой; справа приведены

Ш

Нр°ФИЛ(Ьные герметизирующие ленты

3) оклеенные герметизирующие полосы из пластмассы, ре­зины или стеклоэл%стика, наклеиваемые на примыкающие к шву сборные элеме^нты или сеКцИИ сооружения специальными клеями или клебемас»сами

Известно много различных герметизирующих материалов, выпускаемых советскими и зарубежными заводами, поэтому мы ограничимся Лиіі%ь рассмотрением отечественной продукции и материалами, приі>одньши для длительной работы в водной среде.

Мастичные герме%ики Наиболее часто они служат для уп­лотнения швов в сб^0рных железобетонных конструкциях; их можіно разделить н$а тиоколовые (полисульфидные) Каучуки, Различные полимермые и полимербитумные герметики, свой­ства которых приведены в хабл. 3.4, а технико-экономические характеристики — в т^абл 3.5. Конструкции шпонок на кровлях представлены на рис. ч 3 9 *

Тиоколовые ГермеЇТИки относятся к наиболее долговечным и высококачественным по атмосферо - и водоустойчивости, однако

Высокая стимость, дефицитность и сравнительно сложная тех­нология их применения из-за двухкомпонентности, необходи­мости подогрева при пониженных температурах и использова­ния ручных шприцев (табл. 3.6) резко ограничивают область их использования, вынуждают удешевлять различными добав­ками.

Из технико-экономического сравнения видно, что полимер - битумные герметики наиболее эффективны. Составы полимер- битумных сплавов приведены выше (см. § 1.1), однако при ис­пользовании таких сплавов в них следует вводить 30—40% ми­нерального наполнителя, например коротковолокнистый асбест 7—8-го сорта, а также смешанную добавку каучуков, благодаря чему достигается наибольшая хладостойкость гер­метика. Например, полимербитумный герметик из строитель­ного битума БН 70/30 с добавкой 5% этиленпропиленового каучука СКЭП-30, 15% дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-40 и 30% коротковолокнистого асбеста обладает растя­жимостью при —40° С свыше 125% (рис. 3.10); при этом сто­имость полимербитумных герметиков не превосходит 40 коп/кг, тогда как тиоколовый герметик аналогичной морозостойкости в десять раз дороже, что вынуждает делать герметизирующие шпонки крайне малого размера.

Профильные герметизирующие ленты. Такие ленты из ре­зины и различных пластмасс стали применять лишь в послед­ние годы, причем весьма ограниченно из-за сомнений в их дол­говечности, ускоренного старения полимеров. Но эти сомнения не имеют достаточного обоснования — при правильном подборе состава и размеров такой герметизирующей ленты и соответ­
ствии их эксплуатационным условиям долговечность лент мо­жет быть гарантирована. Приведем некоторые данные о дли­тельных испытаниях профильных лент.

В 1968 г. были обследованы профильные уплотнительные ленты из гуттаперчи — резины на основе природного каучука, проработавшие в стыках сооружений Лондонского канализа­ционного коллектора свыше 100 лет, причем было установлено, что жесткость резины за этот период возросла на 10—12%. Аналогичные обследования, проведенные на канализационном

Ф25

Вечность не менее 60 лет. Наши сравнительные испытания лент на основе изопренового синтетического каучука с резиной «буна-S» показали, что отечественная светоморозоустойчивая резина по долговечности ей не уступает, что позволяет реко­мендовать ее для долговременных сооружений [14, 54].

Выпускаемые Курским и Свердловским заводами РТИ про­фильные резиновые ленты (рис. 3.11, а) широко применяются в строительстве, причем от них требуется предел прочности при разрыве не ниже 20 МПа, растяжимость — не менее 500% и коэффициент ускоренного старения — не менее 0,7. В пос­ледние годы все шире используются профильные герметизиру­ющие ленты из поливинилхлоридного пластиката, полиэтилена и других пластмасс (рис. 3.11,6).

Долговечность полимеров можно прогнозировать по фор­муле

Т — т0ехр «/■-*) (1-W, (3.1)

KT

Где т — расчетная долговечность полимера с учетом статиче­ской усталости; То — флуктуационная характеристика; Uо — энергия активации разрушения; у — структурно-чувствительный коэффициент; а — расчетное напряжение; K — постоянная Боль - цмана; Т — абсолютная температура по шкале Кельвина.

В табл. 3.7 приведены расчетные значения коэффициентов в уравнении (3.1). Долговечность наиболее распространенных полимеров достаточно велика. Например, по расчетам, выпол­ненным во ВНИИГе [40, 50], пленочные экраны из полиэтилена, стабилизированного сажей, имеют долговечность более 100 лет при расчетном напоре до 20 м и толщине пленки более 200 мкм, причем натурные испытания, производимые Р. А. Алавердяном

На водохранилищах в Армении в течение 15 лет, подтвердили этот прогноз [76].

Профильные герметики успешно служат для уплотнения де­формационных швов весьма ответственных сооружений — пло­тины Гранд-Диксанс в Швейцарии высотой 280 м, здания Кре­менчугской ГЭС и т. п. Осо­бенно успешно они работают в подводных и подземных ус­ловиях, но в последнее время их все шире применяют и для поверхностных уплотнений де­формационных швов в обли­цовках и железобетонных экранах, в зданиях и кров­лях из сборных элементов, причем иногда используют многопрофильные ленты очень сложной конфигурации (рис. 3.12). Очень эффективны ком­бинированные уплотнения, со­четающие профильные и ма­стичные герметики (рис. 3.11,в).

Герметизирующие про­кладки. Эти прокладки из по - роизола, гернита и резиновых жгутов широко применяются в строительстве, поэтому рас­смотрим их подробнее в до­полнение к общим технико- экономическим характеристи­кам (см. табл. 3.3 и 3.4).

Пороизол изготавливается из резиновой крошки (70— 75%), нефтяных дистилля­тов (20—23%), вспенивателя (1,5—6%) и вулканизующих добавок (1,5—2%). Он выпу­скается в виде круглых жгу­тов диаметром 10—45 мм и прямоугольного поперечного се­чения 40X20 и 30X40 мм.

Пороизол активно насыщается водой (до 20%) и через два года вдвое снижает прочность в воде и в десять раз — дефор - мативную способность; поэтому его следует применять только в качестве вспомогательных прокладок и для уплотнения по­стоянно обжатых горизонтальных швов [95].

Гернит изготавливается из наирита (20—25%), нефтяного масла ПН-6 (20—25%) и наполнителя (20—60%) с добавками
вулканизующих реагентов и антистарителя — неозона Д. Он выпускается в виде жгутов диаметром 20—60 мм из вспененной массы, покрытой наиритным вулканизатом без вспенивателя; поэтому он по своим свойствам лучше пороизола: прочность при растяжении — 0,5—0,7 МПа, растяжимость—150%, водопогло - щение — 0,7—6,5%, но через два года его прочность снижается до 0,05 МПа, а растяжимость до 65%, в связи с чем его приме­няют в сочетании с приклеивающими мастиками.

Поробит изготавливается путем пропитки полиуретанового поропласта горячим битумом БНД 40/60 с добавкой пластифи­катора (2,5%). По техническим условиям ВНИИполимеркровли МПСМ СССР он выпускается полосами от 10X10 до ЮОХ ХЮО мм, но может быть изготовлен на любой стройке по­средством пропитки пенополиуретановых полос горячим биту­мом. Он рекомендуется для герметизации стыков сборных подземных сооружений при давлении воды до 0,1 МПа, а при дополнительной чеканке шва цементным раствором и наклейке поробита на кумароно-наиритных мастиках КН-2 или КН-3 либо наиритном клее 88-Н им можно герметизировать стыки при давлении до 1 МПа и деформации в шве до 1 мм.

Поробит более надежен и долговечен, чем пороизол или гернит, и может применяться для герметизации долговремен­ных сооружений, особенно в сочетании с тиоколовым или по - лимербитумным герметиками. Стоимость поробита сечением 3X3 см не превышает 30 коп/м.

Оклеечные герметики. Они уже много лет успешно исполь­зуются для уплотнения деформационных швов. Это главным образом асфальтовые армированные маты, разработанные П. Д. Глебовым в 1935 г. [39], в виде пропитанной горячим битумом мешковины, покрытой с обеих сторон горячей асфаль­товой мастикой. За рубежом аналогичные материалы появились гораздо позже; они известны под названием гидромат.

В 1955 г. А. С. Воеводским (авт. свид. № 106081, 1956 г.) был предложен принципиально новый материал — стеклоплас - тикат, представляющий собой стеклоткань, покрытую с обеих сторон пластифицированным поливинилхлоридом (ПВХ). Он был тщательно исследован во ВНИИГе и испытан в натурных условиях в шве судоходного шлюза Кременчугской ГЭС (Изв. ВНИИГ, т. 68, 1962 г.). Испытания показали, что стеклоплас - тикат обладает высокой длительной прочностью, в основном оп­ределяемой видом армирующей стеклоткани (при использо­вании ткани АСТТ-6 —не менее 200 Н/см), и растяжимостью до 1%. Однако ПВХ-пластикат не является надежной защитой стеклоткани, и через семь месяцев коэффициент водоустойчи­вости составляет 0,8, коэффициент кислотостойкости — 0,5, а в щелочной среде — всего 0,15.

Открытая стеклоткань за указанное время полностью раз­рушается. Поэтому для защиты бетонных сооружений рекомен-

Дуетсй применять щелочестойкие стеклоткани, базальтовые или капроновые ткани, как, например, в изофоле (ЧССР), жер - туа (Франция) и др. [54]. Весьма существенно, что стеклоплас - тикат выдержал 1 млн. двойных перегибов без разрушения, что свидетельствует о его высокой деформационной устойчивости.

Исследования Б. Ф. Хасина (авт. свид. № 269795, 1968 г.) и А. Н. Дыманта показали, что в качестве оклеечных гермети - ков можно использовать: полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), в том числе с добавкой бутилкаучука (БК); этилен - пропиленовый сополимер СЭП; вулканизированный ПЭНП; пластифицированный ПВХ и эпоксидно-каучуковые компози­ции ЭКК-ЮО и ЭКК-200, составы которых представлены в табл. 1.10. Свойства этих материалов (без арматуры) приве-

Дены в табл. 3.8. Они отличаются достаточно высокой проч­ностью и водоустойчивостью, но из-за ползучести и действия воды допустимое расчетное напряжение должно быть снижено в восемь-десять раз по сравнению со стандартным пределом прочности.

В зоне переменных горизонтов необходимо считаться со ста­рением и статической усталостью материала, но можно не учи­тывать снижение прочности под действием воды. Таким об­разом, оклеечные армоэластики можно рекомендовать только для уплотнения узких швов и трещин (до 2 мм) при напорах до 10 м, а при больших значениях их надо армировать стекло­тканью, капроновой или нейлоновой тканью, причем толщину герметика и прочность армирующей ткани нужно назначать по расчету.

Температурные напряжения At и прочностные характери­стики герметика можно определять по формулам [67] (расчет­ная схема приведена на рис. 3.13, а):

С/ = Rz___________ ^ . I--------------- Л±, (3.2)

N2&(fEy+Ab Б) Rz U2n2A«Af° Jf

Где Еу — модуль упругости армоэластика; Rz — предел прочно­сти при растяжении; Aa = an—a0 — разность КЛРТ покрытия и основания; At0— амплитуда колебаний температуры; Аь — Адгезия к основанию (клебемассы). Этот расчет справедлив, если герметик наклеен на основание.

По аналогии можно определить максимальные напряжения в петлевом компенсаторе (рис. 3.13,6) при расхождении шва на Ах и вертикальном смещении соседних секций сооружения на Az с учетом данных, приведенных в [67, с. 76—78]:

4Д*262В4+ 12G2AZ2

--- І---------------------------------- , (o-of

4 В2

Где G—модуль сдвига покровного материала армоэластика; В = pcosi"} + B + яг — половина длины листа-компенсатора в шве (рис. 3.13,6).

С помощью формул (3.2) и (3.3) можно рассчитывать оклеечные герметики на прочность и долговечность; подбирать как армирующую ткань, так и покровную массу армоэластика с учетом данных табл. 3.5 и 3.6; назначать оптимальные раз­меры компенсаторов.

В заключение нужно особо подчеркнуть обязательность уплотнений сопряжений различных частей сооружений, а также закладных деталей и гидроизоляционного покрытия (рис. 3.14). В этих местах возникают значительные и сосредоточенные

5 С. Н. Попченко 129
деформации, поэтому уплотнения сопряжений должны проекти­роваться индивидуально с соблюдением следующих правил:

А) напорный фронт гидроизоляции сооружения должен быть непрерывным, в связи с чем при уплотнении сопряжений

Деталями, сваями и трубами

А — с трубой, имеющей перемещения в перпендикулярном направлении; б — с закладными металлическими деталями (опорный рельс затвора); в —с ко­лонной при давлении более 2 МПа; г—с пересекающей гидроизоляцию сваей / — изолируемая конструкция; 2 — гидроизоляционное покрытие; 3 — заклад­ная деталь; 4 — закладной патрубок; 5 — сальниковое уплотнение; 6 — арми­рующая ткань; 7 — сварные швы; 8 — заливка герметиком; 9—анкерный болт с шайбой; 10 — металлический или стеклопластнковый лист

Нельзя допускать неуплотненные места, причем они должны стать равнопрочными с основной гидроизоляцией;

Б) все сопряжения гидроизоляционного покрытия с метал­лическими закладными деталями надо усиливать проклейками

Из армирующей ткани (поз. 6 на рис. 3.14) на ширине не ме­нее 100 мм или герметизирующими шпонками;

В) места сосредоточенных давлений от колонн, затворов и т. п. необходимо усиливать прокладками из металлических листов (поз. 10 на рис. 3.14) или штукатурным покрытием из

А — штукатурной гидроизоляции с литой; б — штукатур­ной с оклеечиой

1 — штукатурная гидроизоляция; 2 — литая асфальтовая гидроизоляция; 3 — оклеечная гидроизоляция; 4— це­ментная стяжка; 5 —защитная стеика; 6 — изолируемая конструкция; 7 —защитная плнта; 8 — прижимной брус; 9 — участки точечной приклейки

КЦР, КПЦР или армоэластиков (при давлении до 2 МПа) либо холодных асфальтовых мастик (до 0,5 МПа);

Г) сопряжения различных гидроизоляционных покрытий вы­полняют на ширине не менее 300 мм, причем оклеечное покры­тие наносят поверх штукатурного или окрасочного, а штука­турное— поверх окрасочного, усиливая стык армированием (рис. 3.15).