Текст
А.А. ШИЛИН, М.В. ЗАЙЦЕВ,
И.А. ЗОЛОТАРЕВ, О.Б. ЛЯПИДЕВСКАЯ
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ и
ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ
А.А. ШИЛИН, М.В. ЗАЙЦЕВ,
И.А. ЗОЛОТАРЕВ, О.Б. ЛЯПИДЕВСКАЯ
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ И
ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ
Допущено Учебно-методическим объединением вузов
Российской Федерации по образованию в области горного дела
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по специальности
«Шахтное и подземное строительство»,
специализация «Строительство, реконструкция и
эксплуатация городских подземных сооружений»
ТВЕРЬ - 2003
УДК 699.82
ББК 38.637
Ш 57
Рецензенты:
Проф., докт. техн, наук Е.В. ПЕТРЕНКО, заслуженный стро-
итель РСФСР, главный научный сотрудник ЦНИЭИУголь
Проф., докт. техн, наук В.В. КОЗЛОВ, заведующий кафедрой
«Строительные материалы» Московского государственного
строительного университета
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Ш57 Гидроизоляция подземных и заглубленных сооруже-
ний при строительстве и ремонте: Учеб.пособие. -
Тверь, издательство “Русская торговая марка”, 2003.-
с.: ил.
ISBN 5-9900171-1-1
Изложены основы проектирования и создания системы
гидроизоляционной защиты сооружений при их строительст-
ве и ремонте.
Все материалы основаны на результатах многолетних ис-
следований, строительства и ремонта подземных сооружений
различного назначения, накопленных авторами.
Описаны условия эксплуатации гидроизоляционных
мембран в сооружениях, выбор материалов с учетом их каче-
ства и технологии производства работ. Указаны особенности
технологии производства работ с различными материалами.
Выделены основные недостатки, имеющие место при
проектировании и создании гидроизоляционных мембран из
различных материалов. Приведены данные по дренажным и
теплоизоляционным работам и материалам, обеспечиваю-
щим нормальную эксплуатацию гидроизоляционной систе-
мы подземных и заглубленных сооружений.
Даны основные принципы устройства сопряжений и де-
формационных швов. Приведены практические данные по
отказам гидроизоляционной системы и мембраны на различ-
ных объектах городского строительства.
А.А. Шилин, д.т.н., проф. кафедры “Строительство под-
земных сооружений и шахт” Московского государственного
горного университета, генеральный директор ЗАО “Триада-
Холдинг”; М.В. Зайцев, к.т.н., главный технолог ЗАО “Три-
ада-Холдинг”; И.А. Золотарев, главный специалист ЗАО
“Триада-Холдинг”; О.Б. Ляпидевская, к.т.н., доц. кафедры
“Строительные материалы” Московского государственного
строительного университета.
Для студентов специальности “Шахтное и подземное
строительство” специализации “Строительство, реконструк-
ция и эксплуатация городских подземных сооружений”, мо-
жет быть полезна для специалистов в области проектирова-
ния, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
УДК 699.82
ББК 38.637
© А.А. Шилин
© М.В. Зайцев
© И.А. Золотарев
©О.Б. Ляпидевская
© Издательство “Русская Торговая Марка” (0822) 323-515
© Дизайн и верстка книги: издательство “Русская Торговая
Марка”, 2003
© Форзац художника Д. Чернова
© Чертежи и схемы - С. Ларионцев
ISBN 5-9900171-1-1
ПРЕДИСЛОВИЕ
За последние годы проблеме гидроизоляционных ра-
бот при строительстве и ремонте подземных и заглубленных
сооружений не уделяется должного внимания. Отсутствует
необходимая нормативная база. Практически полностью от-
сутствует требуемая для проектирования гидроизоляцион-
ных работ при строительстве и эксплуатации сооружений ли-
тература. Все это происходит во время формирования ры-
ночных отношений, когда появляется масса новых, часто не
проверенных и низкокачественных материалов и технологи-
ческих решений. Сложившаяся сегодня ситуация в эксплуата-
ции подземных и заглубленных сооружений давно требует
повышения надежности гидроизоляционных работ, направ-
ленных на устранение протечек воды, способствующих уско-
ренному износу и выходу из строя конструкций.
В книге систематизированы и описаны новые матери-
алы, технические и технологические решения по выполнению
гидроизоляционных работ подземных и заглубленных объек-
тов строительного комплекса. Впервые выполнен системный
подход к гидроизоляции, основанный на решении задач по
созданию гидроизоляционной мембраны, теплоизоляции,
дренажа, вентиляции сооружений. Приведены многочислен-
ные примеры производства работ в различных сооружениях.
Большое внимание уделено сопряжениям конструк-
ций, деформационным швам и стыкам, отсутствие герметич-
ности которых чаще всего является основной причиной на-
личия воды в сооружениях.
Представлены необходимые инженерные расчеты,
позволяющие определить качественные и количественные
показатели состояния и проектирования гидроизоляционной
системы.
Книга является результатом сотрудничества авторов,
имеющих значительный опыт в области проектирования и
выполнения гидроизоляционных работ при строительстве и
ремонте различных сооружений, а также многолетний опыт
педагогической и научной работы.
Книга написана под редакцией А.А. Шилина. Глава 1
написана А.А. Шилиным, главы 2 и 3 написаны О.Б. Ляпи-
девской при участии М.В. Зайцева и И.А. Золотарева, глава
4 написана А.А. Шилиным, М.В. Зайцевым и И.А. Золотаре-
вым совместно.
Информация об авторах:
Шилин Андрей Александрович -
доктор технических наук, про-
фессор кафедры "Строительст-
во подземных сооружений и
шахт" Московского государст-
венного горного университета
(МГГУ), генеральный дирек-
тор ЗАО "Триада-Холдинг".
Зайцев Михаил Васильевич - канди-
дат технических наук, главный техно-
лог ЗАО "Триада-Холдинг".
Ляпидевская Ольга Борисовна - кан-
дидат технических наук, доцент кафе-
дры "Строительные материалы" Мос-
ковского государственного строи-
тельного университета (МГСУ).
Золотарев Игорь Александрович -
главный специалист ЗАО "Триада-
Холдинг".
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. Защита сооружений от воды и влаги.
Принципы. Материалы. Технологии.
1.1. Влияние гидроизоляционной системы на
состояние сооружений.........................13
1.2. Материалы, применяемые для создания ги-
дроизоляционной мембраны......................25
1.3. Использование металла для создания гид-
роизоляционных мембран........................32
1.4. Применение рулонных органических мате-
риалов для защиты подземных и заглубленных со-
оружений.....................................37
1.5. Материалы жидкого нанесения на основе
органических вяжущих..........................58
1.6. Гидроизоляционные мембраны на мине-
ральном вяжущем...............................64
1.7. Гидроизоляционные мембраны, создавае-
мые из материалов на основе бентонитовых глин.76
1.8. Причины намокания конструкций подзем-
ных и заглубленных сооружений и меры по их уст-
ранению......................................95
1.9. Защита сооружений от проникновения па-
ров воды....................................101
1.10. Пароизоляционные материалы.......111
1.11. Ремонт гидроизоляционной мембраны в
подземных и заглубленных сооружениях........112
1.12. Требования к состоянию гидроизоляци-
онной системы подземных и заглубленных соору-
жений 125
1.13. Особенности проектирования гидроизо-
ляционной системы.............................132
1.14. Подготовка конструкций к выполнению
работ по нанесению защитных и гидроизоляцион-
ных покрытий при строительстве и ремонте......144
1.15. Технология создания гидроизоляционных
мембран в подземных и заглубленных сооружени-
ях 162
1.16. Заключение......................170
1.17. Список литературы...............175
ГЛАВА 2. Теплоизоляционная защита сооружений.
2.1. Выполнение теплоизоляционных работ
при строительстве и ремонте подземных и заглуб-
ленных сооружений............................185
2.2. Расчет теплопотерь ограждающих конст-
рукций заглубленных и подземных сооружений...188
2.3. Тепловлажностный режим подземных и за-
глубленных сооружений........................204
2.4. Особенности тепловлажностного режима
сопряжений несущих ограждающих конструкций
подземных и заглубленных сооружений.........210
2.5. Защита подземных и заглубленных соору-
жений от пучения грунтов....................214
2.6. Теплоизоляционные материалы.....220
2.7. Заключение......................229
2.8. Список литературы...............230
ГЛАВА 3. Выполнение дренажных работ.
3.1. Дренажные работы при строительстве под-
земных и заглубленных сооружений............234
3.2. Применение пристенных наружных плас-
тиковых дренажей при строительстве заглублен-
ных сооружений..............................247
3.2.1. Влияние сжимающих нагрузок на
производительность пристенных наружных плас-
тиковых дренажей............................249
3.2.2. Влияние суффозии на фильтрующую
способность пристенных наружных пластиковых
дренажей 254
3.2.3. Гидравлический расчет пристенных и
горизонтальных наружных плоских пластиковых
дренажей 255
3.3. Горизонтальный трубчатый дренаж.....259
3.4. Внутренний пластовый дренаж в подзем-
ных и заглубленных сооружениях.................265
3.5. Конструкции местных дренажных сетей.273
3.5.1. Сброс воды в дренажную систему...275
3.5.2. Смотровые колодцы................278
3.6. Заключение..........................279
3.7. Список литературы...................282
ГЛАВА 4. Проектирование и устройство деформационных
швов сооружений.
4.1. Влияние различных причин на деформа-
ции железобетонных конструкций.................286
4.1.1. Влияние усадки бетона............288
4.1.2. Влияние изменения относительной
влажности воздуха на усадку конструкций........299
4.1.3. Деформации конструкций, вызван-
ные химическим взаимодействием материала кон-
струкции с окружающей средой....................301
4.1.4. Влияние колебаний температуры на
изменение объема конструкции....................303
4.1.5. Влияние эффекта ползучести бетона.307
4.2. Общая деформативность конструкции под
воздействием нагрузок...........................313
4.2.1. Взаимосвязь основных причин объ-
емных деформаций конструкций....................314
4.2.2. Основные элементы конструкции де-
формационного шва...............................323
4.2.3. Тепловая нагрузка и деформируе-
мость элементов конструкции.....................332
4.3. Обустройство уплотнения деформацион-
ных швов........................................340
4.3.1. Влияние температуры на деформаци-
онные характеристики материалов-уплотнителей
зазора шва 342
4.3.2. Применение мастик и герметиков для
уплотнения швов..............................349
4.3.3. Применение гидроизоляционных
лент для уплотнения деформационных швов......358
4.3.4. Уплотнение деформационных швов с
помощью гидротехнических профилей и шпонок...367
4.3.5. Обустройство деформационных
швов компрессионными уплотнителями..........378
4.4. Заключение.......................387
4.5. Список литературы................394
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ГЛАВА 1. ЗАЩИТА СООРУЖЕНИЙ ОТ ВОДЫ И ВЛАГИ.
ПРИНЦИПЫ. МАТЕРИАЛЫ. ТЕХНОЛОГИИ.
1.1. ВЛИЯНИЕ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
НА СОСТОЯНИЕ СООРУЖЕНИЙ
В настоящее время в развитых странах инвестиции в стро-
ительство и ремонт зданий и сооружений находятся в соотно-
шении 1:1 (50 на 50%). Наблюдается тенденция уменьшения
эксплуатационных затрат. Например, на объектах транспорт-
ного строительства в развитых странах планируется к 2050
году сократить эксплуатационные расходы до 40%. В кризис-
ных ситуациях относительные величины инвестиций в ремонт
сооружений по сравнению с инвестициями в строительство
возрастают и доходят до соотношения 4:1. Например, в
Швейцарии в 70-х годах инвестиции в ремонт и строительст-
во соотносились как 70% к 30%.
Если рассматривать перечисленные величины в абсолют-
ных значениях, то можно отметить, что на ремонт железобе-
тонных конструкций в развитых странах тратится до 3-4% ва-
лового продукта. В Великобритании, например, 40% общих
расходов на строительство уходит на ремонт и эксплуатацию
сооружений, что составляет 4% валового национального про-
дукта [17, 30, 31, 42].
Основными факторами, влияющими на долговечность кон-
струкций и сооружений, особенно в странах с резкоконтинен-
тальным климатом, являются воздействия воды, водяного пара,
мороза, солей-антиобледенителей, высоких температур и т.п.
По данным многолетних исследований авторов, до 95%
подземных и заглубленных сооружений имеют отказы по ги-
дроизоляции, которые происходят на ранней стадии эксплуа-
тации и способствуют ускоренному износу железобетонных
конструкций (см. табл. 1) [14-21, 26].
Уменьшить расходы на ремонт сооружений можно повы-
сив качество проектирования и строительства, разработав и
13
Состояние подземных и заглубленным сооружений на ранней стадии эксплуатации (до 35 лет)
Таблица 1
Тип сооружения форма сооружения Кол-во Тип конструкций Доля отказов в общем объеме конструкций, % по несущей способности Доля отказов, % по гидроизоляции Потеря* эксплуатаци- онных качеств, %
Аэротенки Протяженная, канальная 9 Типовые, одинаковые 0,15 = 90 50
Фильтры очистки воды Ограниченная, камерная 30 Типовые, одинаковые 2,5 80 50
Путепроводы Ограниченная, тоннельная 6 Типовые, одинаковые 3,6 50 30
Каналы и водосбросы Протяженная, канальная 5 Типовые, разные 7 100 60
Резервуары чистой воды Камерная 10 Типовые, разные 6,8 90 90
Резервуары питьевой воды Камерная 5 Типовые, разные 9 100 80
Тоннели инженерных коммуникаций Протяженная, тоннельная 41 Типовые, одинаковые 18 95 80
Заглубленные насосные станции Камерная 9 Нетиповые 85 40
Тоннели гидротехнические Протяженная, тоннельная 7 Нетиповые 1,5 100 30
Резервуары вторичной очистки Камерная 12 Типовые, разные 5,3 85 45
Тоннели метрополитена Протяженная, тоннельная 4/3 Типовые, одинаковые (3) Нетиповые (1) 0,5 100 40
Баки хранения жидких коагулянтов Камерная 15 Типовые, разные 4,3 60 50
Подземные автостоянки Камерная 8 Типовые, разные - 90 40
Технические бассейны Камерная 17 Типовые, одинаковые 0,5 64 45
*) за критерий оценки принимается несоответствие объекта параметрам эксплуатационных качеств по I (прочность, несущая способность конструкций,
допустимые деформации, герметичность, дренаж, теплозащита и др.) и II (габариты: площадь, высота, объем и др.) группам (по Бойко М.Д.) [4,19-29]
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
использовав правильную стратегию эксплуатации. Но во всех
случаях защита сооружений от негативного воздействия ок-
ружающей среды может иметь первостепенное значение.
Для железобетонных конструкций такими видами защи-
ты могут быть: первичная защита, которая обеспечивается
оптимальным конструктивным решением, подбором состава
бетона; вторичная защита, которая связана с защитой конст-
рукций от воздействия среды с помощью специальных меро-
приятий (защитные покрытия, ингибиторы коррозии, катод-
ная защита и др.) [1, 2, 7, 32, 36, 43, 65, 66, 68].
Наиболее часто для защиты конструкций и сооружений
от воды и влаги используются гидроизоляционные мембра-
ны.
Наличие воды в горных выработках никому не создает се-
рьезных неудобств, если не уменьшает производительность
труда и не затопляет сооружение.
Присутствие воды в зданиях и сооружениях, в том числе
заглубленных и подземных, часто является катастрофой, по-
тому что полностью нарушает их режим эксплуатации.
На сегодняшний день практически все сооружения под-
земной инфраструктуры в городах по истечении определен-
ного срока эксплуатации, который, как правило, существенно
меньше проектного, имеют отказ гидроизоляционной систе-
мы. В подавляющем большинстве случаев это приводит к не-
избежному преждевременному ремонту всего сооружения.
Несмотря на огромные средства, расходуемые на ликвида-
цию последствий отказов, результаты часто оказываются не-
удовлетворительными [24, 29, 31, 32, 36, 37].
Причин возникновения сложившейся ситуации много: это
отсутствие нормативной и регламентирующей документации
на выполнение ремонтных и защитных работ; низкий уровень
проектирования, включая отсутствие специализации и опыта;
плохое качество строительства, включая непонимание руко-
водством важности и правильности выполнения гидроизоля-
ционных работ; псевдоэкономия средств, излишняя полити-
15
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
зированность руководства строительного комплекса, для ко-
торого важно построить и доложить, но зачастую неважно,
каким образом и какие будут затем, через 5-10 лет, последст-
вия и откуда надо брать средства на ремонт; недостаток каче-
ственных материалов, опытных и квалифицированных инже-
неров и рабочих; низкая оплата труда; непрестижность работ
и пр.
Сегодня, когда зарождаются нормальные рыночные от-
ношения и на всех уровнях начинают более разумно подхо-
дить к расходованию средств, положение дел должно улуч-
шиться.
Практический опыт выполнения работ, определенный
объем теоретических знаний, лабораторных и натурных ис-
следований, анализ результатов обследования различных со-
оружений, знание отечественного и зарубежного рынка про-
ектирования, строительства и эксплуатации позволяют нам
достаточно уверенно ориентироваться в вопросах, связанных
с гидроизоляцией подземных и заглубленных сооружений,
как на этапе их строительства, так и ремонта.
Надеемся, что наш 30-летний опыт окажется полезным и
будет способствовать улучшению ситуации, которая сегодня
сложилась на рынке.
Прежде всего следует отметить, что гидроизоляционные
работы выполняются как в процессе строительства новых,
так и при ремонте или реконструкции имеющихся сооруже-
ний. В каждом случае подход к выполнению этих работ мо-
жет и должен быть различным. На конечный результат влия-
ют не только специфика и состояние конкретного объекта, но
и гидрогеологические условия, нагрузки, глубина заложения,
влияние изменений окружающей среды, качество проектных
и строительных работ и множество других факторов. Не по-
следнюю роль здесь играют и ошибки, допущенные при экс-
плуатации сооружений [10, 11, 22, 42, 43].
Влияние воды на конструкции подземных сооружений
можно рассматривать как воздействие:
16
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
а) временное, из-за осадков или аварий на трубопроводах
и др.;
б) постоянное, из-за наличия грунтовой влаги;
в) постоянное, из-за наличия грунтовых вод.
Вода от дождевых и талых вод, а также случайных стоков
попадает в грунт и заполняет поры между отдельными части-
цами почвы. Под воздействием собственного веса вода опус-
кается в более глубокие слои. Скорость ее перемещения зави-
сит от коэффициента фильтрации грунтов.
Грунтовая влага - это вода, которая удерживается в грун-
те адгезионными или капиллярными силами. Она всегда при-
сутствует в грунте независимо от наличия горизонта грунто-
вых вод или осадков. Количественное и качественное состоя-
ние влаги в массиве в этом случае зависит от свойств грунтов.
Постоянное воздействие воды обуславливается наличием
уровня грунтовых вод, который меняется в зависимости от
рельефа местности и положения водоупорного слоя.
В отличие от воздействия грунтовых вод и вод от осадков
капиллярные воды не оказывают на конструкцию гидростати-
ческого давления, если конструктивное решение сооружения
обеспечивает беспрепятственное ее стекание без образования
застойных зон. Однако в весенний период и в породах с низ-
кой проницаемостью воздействие фильтрующих вод оказыва-
ет на сооружение серьезное влияние, которым нельзя прене-
брегать. Гидроизоляционная защита сооружения должна
обеспечивать отсутствие в нем воды и влаги, предохранять ма-
териал ограждающей конструкции от коррозии [7, 8, 30, 40].
Выбор материала гидроизоляционной мембраны при за-
щите сооружения зависит от:
• величины гидростатического давления воды; обычно в
городских условиях величина гидростатического давления
воды редко превышает 0,3 МПа;
• допустимой влажности внутреннего воздуха помещения,
которая определяется по СНиП И-3-79** и, как правило, за-
дается в технологической части проекта.
17
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Помещения в подземных и заглубленных сооружениях могут
иметь следующие режимы влажности: сухой - до 60%; нор-
мальный - от 60 до 75%; влажный - свыше 75% [69,71,77].
• трещиностойкости изолируемых конструкций, которая
определяется по СНиП 2.03.01-84*.
Трещиностойкость изолируемых конструкций подразде-
ляется на три категории: 1-я категория - в конструкциях не до-
пускается образование трещин; 2-я категория - в конструкци-
ях допускается раскрытие трещин до 0,2 мм; 3-я категория - в
конструкциях допускается непродолжительное раскрытие
трещин до 0,4 мм и продолжительное до 0,3 мм.
• агрессивности среды, которая определяется по СНиП
2.03.11-85, СТ СЭВ 2440-88 [68, 79].
При выборе материала и конструкции гидроизоляционной
мембраны необходимо учитывать возможные механические
и температурные воздействия, а также конструктивное реше-
ние сооружения. При выборе материала гидроизоляционной
мембраны для конкретных целей необходимо выделение ос-
новных факторов, изучение которых позволит правильнее
ориентироваться на рынке (см. рис. 1).
Для производства гидроизоляционных работ в условиях
ремонта сооружений необходимо учитывать состояние их
конструкций.
Первостепенное значение в разрушении строительных
конструкций подземных и заглубленных сооружений в горо-
дах имеет воздействие воды, насыщенной хлоридами, двуоки-
сью углерода и другими агрессивными веществами, которое
становится все более и более интенсивным, а также отрица-
тельных температур. Нормальное функционирование конст-
рукций невозможно, если не приняты надлежащие меры по их
защите [2, 7, 12, 24, 36, 42, 45].
Применительно к железобетонным конструкциям при
строительстве и ремонте такими мерами являются:
• правильный выбор конструктивных решений;
• подбор состава бетона и применение специальных добавок;
18
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Факторы, влияющие на выбор материала
Расход
Стоимость
Техноло-
гичность
Эксперимен-
тальное ис-
пользование
Опыт
использо-
вания
Тесты незави-
симой
экспертизы
Ремонто-
пригодность
Возможность
контроля
качества
Совместимость с
субстратом и
другими
материалами
Возможность
нанесения
механизирован-
ным способом
Стойкость в
эксплуатацион-
ной среде
Наличие
инструктивного
материала
Однородность
качества и сроки
поставки
Условия
применения
на площадке
Требуемый уро-
вень квалифика-
ции рабочих
Рис. 1.
19
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
• защита арматуры от коррозии;
• специальные ремонтные составы, покрытия и пропитки
бетона.
Безусловно, основное внимание следует уделить гидро-
изоляционным покрытиям, которые с древних времен наибо-
лее часто используются для защиты конструкций и сооруже-
ний от воды и влаги.
Однако необходимо понимать, что гидроизоляция соору-
жений - это система, и для ее функционирования необходимо
ориентироваться на системный подход к реализации решений
по ее созданию. Поэтому гидроизоляционные покрытия явля-
ются лишь составной частью гидроизоляционной системы со-
оружения.
Может оказаться, что и при наличии гидроизоляционно-
го покрытия в сооружении оно будет испытывать воздействие
паров воды, которое приведет к негативным последствиям.
В зависимости от назначения сооружения гидроизоляци-
онная система должна либо препятствовать попаданию воды
в сооружение, либо сохранять воду внутри него.
К первому типу сооружений относятся автодорожные и же-
лезнодорожные тоннели, подземные автостоянки, подвалы и
пр. Ко второму - водонапорные башни, гидротехнические тон-
нели, каналы, плотины, бассейны, очистные сооружения и т.п.
Следует разъяснить некоторые термины, которые неред-
ко путают даже специалисты в области гидроизоляционных
работ:
• гидроизоляционная система - совокупность элементов,
направленных на защиту сооружения от воздействия воды и
влаги;
• гидроизоляционные материалы - материалы, применяе-
мые при создании гидроизоляционной мембраны;
• гидроизоляционные мембраны - покрытия из различных
материалов, наносимые на поверхность сооружения или вне
его, предназначенные для защиты от проникновения воды и
влаги; являются элементом гидроизоляционной системы;
20
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
• гидроизоляционные завесы - конструкции в породном
массиве, созданные в траншеях или методами инъекции,
предназначенные для уменьшения фильтрации воды к соору-
жению;
• элемент гидроизоляционной системы - мероприятие,
обеспечивающее защиту сооружения от воды и влаги (гидро-
изоляционная мембрана, дренаж, теплоизоляция, вентиля-
ция, водоудаление и пр.);
• гидроизоляционные работы - действия, направленные
на создание гидроизоляционной системы;
• субстрат (подложка) - основание, на которое наносится
материал гидроизоляционной мембраны.
Вода или водяные пары могут оказывать позитивное или
негативное воздействие на сооружение и гидроизоляционную
мембрану [29, 30, 34, 40].
Позитивным (активным) считается такое давление воды и
пара, которое обеспечивает прижатие гидроизоляционной
мембраны к обделке сооружения (см. рис. 2 а, б).
а) позитивное давление по
внешнему контуру сооружения
1 - гидроизоляционная мембрана;
2 - обделка
Рис. 2
б) позитивное давление по
внутреннему контуру сооружения
1 - гидроизоляционная мембрана;
2 - обделка
21
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Негативным считается давление воды или водяного пара,
оказывающее отрывающее действие на гидроизоляционную
мембрану (см. рис. 3 а, б). В этом случае дополнительно сле-
дует учитывать прочность сцепления (адгезию) материала ги-
дроизоляционной мембраны с субстратом.
Рис. 3
а) негативное давление по б) негативное давление по
внешнему контуру сооружения внутреннему контуру сооружения
1 - гидроизоляционная мембрана;
2 - обделка
1 - гидроизоляционная мембрана;
2 - обделка
Рис. 4. Мембрана, расположенная между двумя слоями обделки.
1 - гидроизоляционная мембрана;
2 - обделка
22
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Если сооружение одновременно испытывает как позитив-
ное, так и негативное давление воды или пара, мембрана рас-
полагается со стороны максимального давления. При этом
она должна иметь дополнительную прижимную стенку, то
есть защемлена. Можно также поместить мембрану внутри
конструкции, расположив ее между двумя слоями обделки
(рис: 4). Это безусловно самый надежный, но при всех равных
показателях и самый дорогой способ устройства гидроизоля-
ционной мембраны.
Таблица 2
Расположения гидроизоляционной мембраны при позитивном и негативном
давлении воды на сооружение *
Достоинства Недостатки
Позитивное давление воды Предотвращается поступление воды в конструкцию. Бетон защищен от воздействия циклов замерзания/оттаивания. Обеспечивается защита бетона от агрессивных подземных вод Может не произойти проектного набора бетоном прочности. Система неремонтопригодна, так как после ее устройства не обеспечивается возможность проведения ремонтных работ. Требуется использование бетонных стяжек по дренажу и стенам, водопонижение при гидроизоляции фундамента.
Негативное давление воды Хорошая ремонтопригодность, сохраняется возможность доступа к мембране после нанесения. Возможность вызревания бетона во влажном режиме. Нет необходимости в использовании стяжек по дренажу и водопонижение при устройстве гидроизоляции фундамента. Применение гидроизоляционных мембран, имеющих хорошее сцепление с субстратом. Не обеспечивается защита сооружения от воздействия циклов замерзания/оттаивания. Не обеспечивается защита субстрата и арматурной стали от активного воздействия грунтовых вод.
*)при наличии позитивного давления воды перед нанесением любых гидроизоляцион-
ных материалов должно произойти вызревание бетона в течение 21 дня
[8,30,38,39,43].
23
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Материалы, применяемые для устройства мембран, могут
быть:
• полностью непроницаемыми для воды и водяного пара;
• частично непроницаемыми;
• частично проницаемыми.
К первому типу материалов относятся металл, полиэтилен,
стекло и другие полностью непроницаемые материалы. Ко
второму типу материалов относятся материалы, в той или
иной мере обладающие водопоглощением. Величина ее может
быть незначительной - 0,5-2% или значительной - более 5-8%.
Это различные типы рулонных, листовых и безрулонных орга-
нических и минерально-органических материалов. Капилляр-
но-пористые материалы (глины, бетон и различные минераль-
ные обмазки) принадлежат к третьему типу (рис. 5 а, б, в).
а) Пароводонепроницаемая мембрана б) Мембрана, пропускающая пары воды
1 - конструкция;
2 - мембрана
1 - конструкция;
2 - мембрана
в) Мембрана, частично пропускающая пары и воду
1 - конструкция;
2 - мембрана
Рис. 5. Типы гидроизоляционных мембран
24
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
В случае применения материалов первого типа проведение
расчетов по влажности в помещениях сооружения не требуется.
Для второго типа материалов мембрана рассчитывается исходя
из допускаемой эксплуатационной влажности в помещении с
учетом максимальной упругости пара при температуре на вну-
тренней поверхности конструкций и переноса тепла [8, 9, 29]. В
третьем случае мембрана рассчитывается с учетом потока вла-
ги в гидроизоляционном слое. Кроме того, в последнем случае
необходимо ориентироваться на наличие остаточного водо-
притока и следует предусматривать плановое водоудаление.
Конечно, аварийное водоудаление из сооружений, а особенно
подземных, должно всегда предусматриваться проектом.
1.2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЙ МЕМБРАНЫ
Принципиальное преимущество гидроизоляционной
мембраны, работающей в условиях негативного действия во-
ды, является в то же время и ее основным недостатком. Она
обеспечивает возможность проникания воды в конструкцию,
например бетон, способствуя как его вызреванию, так и кор-
розии и ухудшению состояния арматурной стали, особенно в
том случае, если в воде имеются в наличии агрессивные веще-
ства, например хлориды. Гидроизоляционная мембрана, ра-
ботающая в условиях позитивного давления воды, приводит
к обратному результату. В этом случае медленно происходит
вызревание бетона, однако арматурная сталь и материал кон-
струкции защищены.
Как указывалось выше, выбор типа гидроизоляционной
мембраны зависит от величины уровня подземных вод, допу-
стимой влажности помещений внутри сооружения, трещино-
стойкости конструкций. Эти величины определяются норма-
тивами и гидрогеологической ситуацией на площадке.
В том случае, если мы хотим получить влажность в под-
земном помещении 35-40%, следует использовать только не-
25
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
проницаемую для воды и ее паров мембрану. При влажности
до 75% возможно использование любых по проницаемости
мембран, но температурно-влажностный режим необходимо
регулировать при помощи вентиляции, теплоизоляции, кон-
диционирования воздуха и т.д.
При большей влажности в помещениях необходимо регу-
лировать температурно-влажностный режим и предусмот-
реть водоудаление.
Когда влажность в помещении может иметь значение 75%
и более, можно проектировать паропроницаемые мембраны
[29, 32, 34, 36, 40, 84].
На выбор материала и конструкции мембраны влияет
трещиностойкость субстрата и возможное наличие деформа-
ций в нем. Эти характеристики также определяются нормати-
вами и расчетами.
Работы по устройству гидроизоляционной мембраны так-
же следует выполнять в соответствии с требованиями норма-
тивной и рекомендательной литературы. К сожалению, эта
литература в нашей стране далека до совершенства и сильно
устарела.
Наиболее ответственным технологическим процессом яв-
ляется контроль качества материалов и работ. Так как в этом
направлении не существует единой стратегии, то руководство-
ваться следует опытом, тестами, испытаниями и пр., тем более
что используется значительное количество материалов, раз-
личных по своим свойствам, технологии нанесения, стоимости.
В системах гидроизоляции, эксплуатирующихся в услови-
ях позитивного и негативного давления воды, сооружаются
мембраны, созданные с использованием:
• металлических листов;
• рулонных и листовых органических материалов;
• составов органического происхождения, которые нано-
сятся в жидком состоянии (безрулонных);
• безрулонных материалов на основе минеральных вяжу-
щих;
26
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
• рулонных и безрулонных материалов на основе бенто-
нитовых глин.
Кроме гидроизоляционных мембран для защиты от влаги
используются пароизоляционные материалы.
При выборе материалов для производства работ по созда-
нию гидроизоляционной мембраны кроме приведенных выше
факторов следует руководствоваться известностью и опытом
работы фирмы, которая их производит; наличием сертифика-
тов качества, лучшими из которых являются ISO 9001, 9002,
9003; методиками тестов независимой экспертизы и пр. Но у
крупных компаний по выпуску продукции строительной химии
часто существует несколько заводов, выпускающих примерно
одинаковую продукцию, используемую для создания гидроизо-
ляционных мембран и ремонта конструкций. Вся продукция
имеет международные сертификаты качества, но материалы
могут сильно отличаться друг от друга. Кроме этого под одной
торговой маркой могут производиться как профессиональные,
так и непрофессиональные материалы, используемые для до-
машнего ремонта. Сегодня у нас в стране профессиональные
материалы на рынке перемешаны с непрофессиональными, ко-
торые не соответствуют нормативам для промышленного ре-
монта и гидроизоляции. Фирмы, которые выпускают материа-
лы, можно подразделить на: мирового уровня; континенталь-
ного уровня; регионального уровня; местного уровня.
При многообразии фирм и выпускаемых ими материалов
сложно сделать правильную оценку качества. Обычно следу-
ет ориентироваться на материалы профессионального уров-
ня, которые имеют множественные тесты независимой экс-
пертизы, давно и успешно применяются на рынке. Необходи-
мо опробовать их в деле и оценить качество. Безусловно, сле-
дует уделить внимание технологичности, расходу, стоимости,
ремонтопригодности и т.п. Но лучше всего иметь в своем ар-
сенале несколько однотипных материалов различной цены и
качества. Это даст возможность более активно вести конку-
рентную борьбу на рынке.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
На блок-схеме (рис. 6) представлен выбор рулонного мате-
риала гидроизоляционной мембраны, который рекомендуется
государственными органами Швеции [87]. Это очень сложный,
длительный и дорогостоящий процесс. Но в результате потреби-
тель промышленного уровня, а часто это государство, получает
реальные гарантии качества работ, а это очень много значит.
Однако следует понимать, что сами по себе материалы,
даже очень качественные, не могут полностью решить по-
ставленную задачу - предотвращение попадания воды в со-
оружение. Обеспечить полную гидроизоляционную защиту
сооружения можно только при наличии проекта, предусмат-
ривающего решение всех задач по предотвращению попада-
ния в него воды и паров влаги, наличии квалифицированной
рабочей силы, при контроле качества работ, соблюдении тех-
нологии производства работ и т.п.
Нередко изучение и использование старых рецептов мо-
жет оказаться более выгодным и качественным решением,
чем применение новых технологий и материалов, особенно,
когда их наличие в данной ситуации неоправданно. Приходи-
лось наблюдать, что при реконструкции старых зданий нару-
шалась конструкция гидроизоляционной мембраны, выпол-
ненная в виде "глиняного замка", а новая мембрана не обеспе-
чивала требуемого качества эксплуатации сооружения.
Самым сложным в создании надежной гидроизоляцион-
ной мембраны является герметизация стыковых соединений,
сопряжений конструкций, вводов коммуникаций, деформа-
ционных швов и пр. Если говорить о сооружениях, которые
строятся в настоящее время в городах из монолитного желе-
зобетона, то для защиты их от воды вполне достаточно, что-
бы его марка по водонепроницаемости была не более - W4.
Тогда такой бетон выдерживает давление воды до 40 м водя-
ного столба. Основная масса подземных и заглубленных со-
оружений не испытывает такого давления. Но и при наличии
бетона высокой водонепроницаемости вода будет проникать
в сооружение по швам бетонирования, трещинам, контактам -
28
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Блок-схема выбора материала для создания гидроизоляционной мембраны в подземных сооружениях
Рис. 6.
"стена-пол", "стена-потолок", раковинам, порам и через про-
чие дефектные участки в конструкции. То есть в этом случае
марка бетона по водонепроницаемости не влияет на качество
защиты сооружения от подземных вод, если не решены во-
просы герметизации стыков, сопряжений, швов и т.д.
Из сказанного следует, что образец из бетона с высоким
значением по водонепроницаемости, например W8, обеспечи-
вает ее в лабораторных условиях, но конструкция из такого
бетона, имеющая стыки, сопряжения, трещины, не будет вы-
полнять роли гидроизоляционной мембраны, и в сооружении
появится вода.
При проектировании гидроизоляционной мембраны в со-
оружении следует ожидать, что оно всегда под воздействием
различных видов нагрузок будет иметь определенные переме-
щения и деформации. Даже минимальные смещения отдель-
ных элементов и блоков обделки сооружения могут приво-
29
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
дить к образованию трещин и способствовать протечкам во-
ды. Чаще всего раскрытие трещин происходит по сопряжени-
ям конструкций, в "холодных", конструкционных, темпера-
турных швах (рис. 7).
В этой связи имеется два подхода к проектированию гид-
роизоляционных мембран: один - по стоимости и надежнос-
ти; другой - по стоимости и ремонтопригодности [24, 29, 30,
36, 37].
В первом случае на весь срок службы сооружения проек-
тируется мощная, надежная, дорогая гидроизоляционная
мембрана, которая может воспринимать деформации, но об-
ладает низкой ремонтопригодностью. К такому типу отно-
сится металлоизоляция. Ее конструкция должна быть долго-
вечной и стойкой к воздействию окружающей среды. Во вто-
ром случае проектируется относительно дешевая мембрана,
которая при незначительных повреждениях может быть легко
отремонтирована или заменена.
Как указывалось, защита бетона от проникновения воды
и паров влаги может быть обеспечена на стадии его проекти-
рования, то есть подбором состава, введением специальных
добавок (первичная защита) или применением гидроизоляци-
онных мембран из различных материалов (вторичная защи-
та). Причем руководствоваться нужно многими критериями,
в том числе и стоимостными показателями вариантов защи-
ты. Например, если вам рекомендуют бетон высокой марки
Рис. 7.
1 - плита пола; 2 - плита перекрытия; 3 - сте-
на; 4 - контакт "стена-перекрытие"; 5 - "холод-
ный" шов; 6 - сопряжение, ввод кабеля; 7 -
контакт "пол-стена"; 8 - деформационный
шов
30
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
по водонепроницаемости, а его стоимость намного превыша-
ет соответствующий показатель для обычного качественного
бетона, то имеет смысл использовать гидроизоляционную
мембрану, которая повысит водонепроницаемость до требуе-
мого уровня, а затраты будут меньшими, чем по первому ва-
рианту. То есть Chw + См < CBW8, СBW4 - стоимость 1 м3 бето-
на W4 по водонепроницаемости; См - стоимость создания ги-
дроизоляционной мембраны; Cb.W8 - стоимость 1 м3 бетона W8
по водонепроницаемости. При новом строительстве в миро-
вой практике для этих целей при создании гидроизоляцион-
ной мембраны чаще всего используются минеральные мате-
риалы капиллярного (пенетрирующего) действия, например
Вандекс Супер, который используется с конца 40-х годов XX
века (см. ниже) [25].
Но не следует считать применение таких мембран панаце-
ей от всех бед. Если бетон имеет низкое качество, то может
сложиться такая ситуация, что потребуется дорогое техничес-
кое решение по созданию требуемой по качеству мембраны, и
только ее использование позволит обеспечить надежную гид-
роизоляционную защиту сооружения.
Этим решением может быть создание дорогой гидроизо-
ляционной мембраны по внутреннему контуру сооружения с
прижимом ее новой бетонной конструкцией.
Герметизация сопряжений, стыков, "холодных" и дефор-
мационных швов в сооружении может быть обеспечена ис-
пользованием специальных материалов, которые чаще всего
по своим свойствам и конструкции отличаются от материа-
лов, используемых для защиты бетона. Это различные про-
кладки, инъекционные составы, шпонки, ленты, герметики и
пр.
Учитывая сказанное, следует, что применение только ма-
териалов одного типа и качества не позволит остановить по-
ступление воды в сооружение. Для решения этой задачи необ-
ходимо использовать различные материалы и технические ре-
шения.
31
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
1.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛА ДЛЯ СОЗДАНИЯ
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МЕМБРАН
Наиболее известным материалом, полностью непроница-
емым для воды и водяного пара, является металл. Металло-
изоляционная мембрана может размещаться как со стороны
позитивного, так и со стороны негативного давления воды.
Лучше всего ее располагать по внутреннему контуру соору-
жения, но при этом обеспечивать для нее надежную антикор-
розионную защиту. Существует множество вариантов уст-
ройства мембраны: с устройством закладных, к которым кре-
пятся металлические листы после бетонирования конструк-
ций; в виде несъемной опалубки; комбинированного типа
(рис. 8, 9, 10). Чаще всего металлическую мембрану применя-
ют в виде несъемной опалубки [8, 10, 11]. Толщина листа ста-
ли при этом должна быть не менее 6 мм (рис. 9).
При создании мембраны возможно проектирование специ-
альных следящих за протечками систем, выполняемых в виде
каналов [82, 86]. Пример такого решения приведен на рис. 8.
Технология создания металлической мембраны достаточ-
но сложная, она предусматривает ее монтаж, нанесение за-
щитных покрытий на внешнюю поверхность, сварку и про-
верку герметичности сварных швов, укладку бетона, нагнета-
ние за мембрану тампонажных растворов, нанесение защит-
ного слоя покрытия. Все элементы мембраны (облицовка, ре-
бра жесткости, анкеры) в каждом конкретном случае должны
рассчитываться в зависимости от давления воды и объема ук-
ладываемого бетона. Укладка бетона за несъемную металли-
ческую опалубку может привести к ее деформации и возник-
новению напряжений, которые впоследствии способствуют
ускоренному выходу конструкции из строя. Металлокаркас
мембраны должен иметь требуемую жесткость. Количество
сварных соединений должно быть минимальным. Особое
внимание уделяется сварочным работам. Они должны обеспе-
чить минимальные температурно-усадочные напряжения.
32
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 8. Устройство металлической гид-
роизоляционной мембраны с использо-
ванием закладных
1- металлическая закладная, устанавли-
ваемая при отливке конструкции в опа-
лубке; 2 - сварной шов; 3 - лист металли-
ческой мембраны, 5>6 мм; 4 - бетон кон-
струкции; 5 - бетон пола; 6 - канал к сис-
теме обнаружения и устранения проте-
чек.
Рис. 9. Устройство металлической гидро-
изоляционной мембраны в виде несъем-
ной опалубки
1 - гильза под ввод коммуникаций; 2 -
стена; 3 - дополнительная арматура во-
круг гильзы ввода; 4 - сварной шов, воз-
можно шарнирное соединение с уплот-
нением герметиком; 5 - металлическая
гидроизоляционная мембрана; 6 - анкер-
ные болты, приваренные к мембране.
Рис. 10. Комбинированная металли-
ческая гидроизоляционная мембра-
на в сооружении, выполненная в ви-
де несъемной опалубки в стенах и с
закладными в полу.
1- закладная деталь с анкерами; 2 -
листы металлической мембраны с
анкерами; 3 - уголок; 4 - защитное по-
крытие металла; 5 - цементный рас-
твор; 6 - отверстие для нагнетания
цементного раствора; 7 - стальная
накладка; 8 - арматурные анкера.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Сложным и трудоемким процессом является обустройство
вводов, сопряжений, сложных и объемных элементов (см. рис.
9). Естественно, что эти места являются наиболее уязвимыми
для протечек воды. Трудоемкостью отличается и контроль
качества работ.
Являясь непроницаемой, металлическая мембрана рас-
считывается исходя из прочности на изгиб:
= (1)
где: 8ш - толщина сварного шва, см; а - глубина сварного шва,
см; Р - максимальное давление на мембрану, МПа.
Требуемый момент сопротивления W = &и/адоп, где: сгои -
допустимое напряжение для металла.
Требуемая толщина листа определяется исходя из:
5л=л/6Ж (2)
Растягивающая сила на 1 см металлической мембраны оп-
ределяется:
F = Р (в-8/2) -Ктр (3)
где: К - коэффициент трения металла по бетону, в - ширина
листа (шаг анкеров, см); 5 - толщина листа, см.
Размеры листов металлической облицовки определяют
исходя из эмпирической зависимости предварительного на-
пряжения листа Рн=0,4Рв, где Рв - давление воды, проникаю-
щей к мембране, 0,01 МПа.
По табл. 3 находят соответствующее этому значению со-
отношение ширины листа (шага анкеров) к толщине листа:
в/<5[8, 9].
Металлическая гидроизоляционная мембрана обладает
высокой прочностью, водонепроницаемостью при больших
давлениях воды и долговечностью. Но она весьма дорога и
34
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
многодельна, поэтому ее применение ограничено. Чаще всего
она используется в следующих случаях:
• при большом гидростатическом давлении воды или пара,
когда другие виды гидроизоляционных мембран ненадежны;
• требуется обеспечить постоянную низкую влажность по-
мещения; к таким помещениям можно отнести специальные и
фортификационные сооружения, сейфовые, хранилища денег,
архивы и пр. В них влажность воздуха не должна превышать
30-40%;
• для изоляции конструкций, подвергающихся воздейст-
вию повышенных температур (свыше 80°С);
• при значительных механических воздействиях;
• при гидроизоляционной защите сооружений сложной
формы;
• при сооружении специальных объектов.
Металлическую гидроизоляционную мембрану устраива-
ют, как правило, с внутренней поверхности ограждающих
конструкций, что дает возможность при эксплуатации устра-
нять течи. При применении гидроизоляционной мембраны
она должна быть защищена от коррозии согласно СНиП
2.03.11-85.
Все элементы металлической гидроизоляционной мемб-
раны назначаются в каждом конкретном случае по расчету на
прочность с учетом давления воды и давления бетонной сме-
си на стальную обшивку, используемую как опалубку при бе-
тонировании конструкции, а также цементного раствора, на-
гнетаемого за стальную обшивку под давлением 0,2-0,3 МПа
[8, 10, 69, 82, 86].
Таблица 3
Значения предельных Рп и расчетных Рв нагрузок в металлической мембране
железобетонных элементов
в/5 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Рп, 105Па 1.1 1 0,8 0,65 0,55 0,5 0,4 0,35 0,35 0,3
Рв, 105Па 0,85 0,75 0,6 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,25
35
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Самыми большими недостатками металлической мембра-
ны является ее низкая ремонтопригодность и сложность кон-
троля качества.
Исправление дефектов при возникновении протечек и
коррозии металла трудно и малоэффективно. Если протечка
происходит на ранней стадии эксплуатации, когда металл на-
ходится в удовлетворительном состоянии и защищен покры-
тием, то можно приварить накладку или выполнить инъек-
цию гидроактивными пенополиуретанами, гелями, а также
другими подходящими для этих целей материалами.
Однако на практике инъекции поддаются полости за ме-
таллическим листом с раскрытием не менее 0,2 мм. Осущест-
вить нагнетание в полости меньших размеров очень сложно.
Эти работы должны осуществляться с использованием низко-
вязких ненаполненных органических композиций при мини-
мальном шаге инъекторов и наличии вибрационных нагру-
зок, прилагаемых к металлическому листу. Стоимость и тру-
доемкость работ чрезвычайно высокие [28, 36, 37, 80, 81].
Металлические мембраны применяются и при значитель-
ном давлении подземных вод. Чаще всего это происходит при
постоянном давлении воды более 0,3-0,5 МПа.
Создание надежных металлических мембран требует вы-
сокого уровня организации и качества работ. Металлические
конструкции должны быть чистыми, сухими, ровными. Каче-
ство монтажа, выполнение сварочных работ, контроль каче-
ства швов и нанесения защитных покрытий требуют наличия
соответствующей приборной базы и квалифицированных ра-
бочих и инженерных кадров.
Металлическая гидроизоляционная мембрана является
самой дорогой, но не всегда бывает самой долговечной.
В зоне аэрации, а она обычно доходит до глубины ~ 10 м от
поверхности земли, всегда имеется достаточное количество
кислорода, происходит изменение влажности и уровня грунто-
вых вод. Кроме того, в городах, вдоль дорог всегда присутст-
вуют хлориды, используемые против обледенения, которые
36
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
способствуют активной коррозии металла. Все это накладыва-
ет на качество работ по возведению мембраны самые высокие
требования. Она защищается специальными покрытиями и не
должна иметь контакт с арматурным каркасом железобетона.
Если эти меры не выполнены, то срок службы мембраны
будет небольшим. В промышленных городах металлические
кессоны выходят из строя за 8-10 лет. Отказ наступает по
сварным швам [8, 22, 40].
Примеров этому очень много. Наиболее характерными
случаями являются разрушения металлической мембраны за-
вода "Технолог" и ТРК "Манежная площадь". В последнем
случае фильтрация воды по сварным швам началась практи-
чески сразу после окончания строительства, с нарастанием во
времени. Металлическая мембрана не имела защиты от кор-
розии, на отдельных участках конструкция мембраны была
двухслойной и соединялась с арматурой в железобетоне. Все
это способствует быстрой коррозии металла, тем более что
количество хлоридов в воде, поступающей с Моховой улицы,
достигает в весенний период 30 г/л. Кроме того, металлоизо-
ляция чрезвычайно уязвима к перепадам температуры и про-
мораживанию. Ее не следует применять без теплоизоляцион-
ной защиты. Являясь жесткой конструкцией, имеющей значи-
тельное количество сварных швов, она плохо переносит дли-
тельные динамические нагрузки и особенно на фоне перепа-
дов температуры [4, 22, 82].
1.4. ПРИМЕНЕНИЕ РУЛОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПОДЗЕМНЫХ
И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Наиболее распространенным способом создания гидро-
изоляционной мембраны является применение многослойно-
го покрытия из рулонных наплавляемых, оклеенных и меха-
нически закрепленных материалов.
37
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Существует также тенденция применения однослойных
рулонных покрытий, чаще всего наплавляемых, но в этом
случае мембрана должна обладать надежностью, эквивалент-
ной надежности многослойных покрытий.
Однослойные мембраны часто используются в качестве
кровельных покрытий, но они получили и определенное рас-
пространение при гидроизоляционных работах в подземных
условиях. Широкое внедрение их затруднено сложностью ук-
ладки на вертикальных плоскостях, особенно влажных, тру-
доемкостью укладки при сложном профиле конструкции, а
также в ограниченном пространстве [29, 30, 34, 51, 77, 87].
К двум наиболее известным сегодня на рынке типам рулон-
ных наплавляемых материалов, применяемых для создания ги-
дроизоляционных мембран, относятся битумные с добавками
стирола-бутадиенстирола и аттактического полипропилена.
Первые лучше поддаются укладке в условиях холодного кли-
мата благодаря гибкости при низких температурах. Вторые об-
ладают хорошей стойкостью к воздействию высоких темпера-
тур, и их лучше применять в жарких климатических условиях.
Материалы наносятся методом наплавления, и их укладка осу-
ществляется внахлестку. Формирование швов между рулонами
также производится методом тепловой сварки. Возможно на-
несение материалов по праймерному и мастичному слою.
Основным критерием оценки качества материалов для со-
здания гидроизоляционной мембраны в подземных условиях
является долговечность.
При использовании наплавляемых материалов на этот
процесс оказывают влияние следующие их свойства: стой-
кость к деформациям сдвига, прочность на растяжение, спо-
собность к удлинению при сохранении водонепроницаемос-
ти, гибкость на брусе при низких температурах, прочность на
прокол, способность изменения геометрических размеров, во-
допоглощение.
При значительных глубине расположения и уровне грун-
товых вод наибольшее внимание следует уделять способнос-
38
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ти материалов к удлинению при сохранении водонепроница-
емости и стойкости к механическому воздействию. Причем
стойкость к проколу нужно рассматривать для случая мини-
мальных температур (-20 ч- -30°С), а стойкость к воздействию
статических нагрузок - при максимальном температурном
воздействии. При строительстве подземных сооружений от-
крытым способом и засыпке пазух котлована особое внима-
ние следует уделять стойкости мембраны к деформациям
сдвига [8, 9, 29, 36, 40].
Расчетная величина деформации ат, м, при которой мате-
риал гидроизоляции деформируется без разрыва, определяет-
ся по формуле:
где: Ки - коэффициент, зависящий от соотношения физико-ме-
ханических свойств гидроизоляционных материалов и мас-
тик, на которые они укладываются (см. табл. 4);
Еи - модуль деформации гидроизоляционного материала,
МПа (см. табл. 5);
€ - величина относительного удлинения гидроизоляцион-
ного материала (см. табл. 5);
Ru - расчетное сопротивление гидроизоляционного мате-
риала растяжению, МПа (см. табл. 5);
8 - толщина гидроизоляционного материала, м;
Rm - расчетное сопротивление мастики сдвигу, МПа (см.
табл. 5);
q - расчетная нагрузка на гидроизоляцию, МПа;
fu - коэффициент трения песка по гидроизоляционной
мембране, принимаемый по табл. 6.
Таблица 4
RM 1 1-2 2
Ки 0,67 1 1,4
39
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Таблица 5
№ п.п. Г идроизоляционные мембраны Расчетные сопротивления МПа (над чертой), модуль деформации Еи, МПа (под чертой) при времени нарастания нагрузки, м-с*
До 6 8 10 20 40 60 100 150
1. Рулонный и листовой поливинилхлорид при 4^=0,2 24 140 23 120 22 114 18 92 15 72 14 70 13 65 12 60
2. Тоже при Еи=0,1 30 30 28,5 29,5 27,5 29 25,5 27 24 22 23 21,5 22 21 21,5 20,5
.3. Рулонный и листовой полиэтилен при Ец=0,2 15,5 79 14,3 74 13,7 71 12,2 63 11,5 59,5 11,2 56 10,8 55 10,7 54
4. Рулонные битумные в 3 слоя при Eu=0,08 6,1 63 5,6 58 5,3 56 4,5 48 3,7 38 3,5 36 3,3 34 3,1 32
5. Рулонные битумные в 4 слоя при Ец=0,08 8J. 99 L5 92 7 88 6,1 76,5 52 62 4,7 62 4,4 55 4,1 51
6. Рулонные битумные в 5 слоев при Ец=0,08 9,9 126 9^3 117 8j9 110 7,9 93,5 6,7 88 6,1 73 6,4 65 5,1 61
7. Рулонные битумно-поли- мерные в 2 слоя при £^=0,2 11 110 10,7 103 10,5 93 10,1 86 9,8 79 9,5 70 92 65 9,1 59
8. Рулонные битумно-поли- мерные в 3 слоя при Еи=0,1 13,2 130 12,9 115 12,7 108 12,4 99 12 91 11,8 85 11,5 73 11,1 68
9. Мастика на основе камен- ноугольного битума RM 1,75 1,75 1,75 1,3 0,98 0,8 0,62 0,52
Примечание. При промежуточных значениях времени нарастания нагрузки значения
Ru и е допускается принимать по интерполяции.
* Для сооружений гражданской обороны
Таблица 6
Материал гидроизоляционной мембраны Коэффициент трения fu песка при его зерновом составе и влажности, %
Среднезернистого Крупнозернистого
G=0 G<0,5 G=0 G<0,5
Поливинилхлорид рулонный и листовой 0,5 0,4 0,55 0,43
Рулонный и листовой полиэтилен 0,42 0,36 0,45 0,38
Рулонный битумный 0,52 0,4 0,6 0,45
Рулонный битумно- полимерный 0,5 0,4 0,55 0,4
Примечание. Для глинистых и суглинистых грунтов коэффициент f допускается при-
нимать как для среднезернистых песков при влажности G < 0,5.
40
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Если не приняты специальные меры, то максимальная
ширина раскрытия трещин и швов в местах сопряжения желе-
зобетонных конструкций сооружений при укладке на них ру-
лонных материалов гидроизоляционных мембран не должна
превышать 1 мм.
В тех случаях, когда значения расчетной величины дефор-
мации материала (ат) будут меньше максимальной ширины
раскрытия трещины в конструкции сооружения, необходимо
предусматривать применение гидроизоляционных материа-
лов с более высокими прочностными характеристиками, уве-
личивать число слоев гидроизоляционного покрытия или
предусматривать местное усиление гидроизоляционной мем-
браны в зоне образования трещин.
Расчет гидроизоляционной мембраны на отрыв по верти-
кальным поверхностям при осадке сооружения под действием
нагрузки производится по формуле:
(5)
где: q, fu - то же, что в формуле (4).
Учитывая то, что в настоящее время на рынке представле-
но множество различного качества рулонных наплавляемых
и приклеиваемых материалов, данные по их физико-механи-
ческим характеристикам должны быть представлены фирма-
ми-изготовителями. Однако в ответственных случаях необхо-
димо проверять свойства материалов в лабораторных услови-
ях и на строительной площадке.
В настоящее время в нашей стране отсутствуют норматив-
ные документы, регламентирующие применение многослой-
ных и однослойных гидроизоляционных мембран из рулон-
ных материалов, обеспечивающие их проектирование под
воздействием нагрузок на заданном уровне безопасности и
надежности.
К сожалению, и в мировой практике создания гидроизо-
ляционных мембран из рулонных материалов не решены за-
41
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
дачи по контролю качества во времени и надежности их рабо-
ты [29, 40, 87].
Последняя соединяет в себе целый ряд факторов, оказыва-
ющих влияние на опасность разрушения мембраны во время
эксплуатации. Одним из основных факторов, влияющих на на-
дежность мембраны, является технология укладки материала.
Существует два принципиальных подхода к технологии
работ.
Первый рассматривает укладку материала и сварку в мес-
тах стыков швов и сопряжений в виде двух раздельных техно-
логических операций (рис. 11). В данном случае в каждом со-
пряжении мы имеем минимум две степени защиты.
Рис. 11. Однослойная гидроизоляционная мембрана с двумя степенями защиты в
швах и сопряжениях: а) укладка материала внахлест; б) укладка материала встык.
Второй рассматривает укладку материала как единую
технологическую операцию (рис. 12). В этом случае мы имеем
одну степень защиты стыков, швов и сопряжений, что для
подземного строительства является крайне нежелательным
из-за неремонтопригодности гидроизоляционной мембраны.
Рис. 12. Однослойная гидроизоляционная мембрана с одной степенью защиты в швах
и сопряжениях. Укладка материала внахлест.
42
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
В подземных сооружениях швы между рулонами в гидро-
изоляционной мембране подвергаются усилию сдвига. Это
особенно характерно при наличии грунтового пригруза при
засыпке пазух котлована и отсутствии или плохом качестве
экрана, защищающего мембрану.
Обычно прочность шва, полученного тепловой обработ-
кой, достаточно высокая и доходит до прочности материала
мембраны на растяжение. Но это безусловно справедливо
только при качественном выполнении работ. Технологии
контроля герметичности шва в полевых условиях не сущест-
вует. Поэтому наличие второй степени защиты в швах всегда
желательно.
Адгезия (сцепление) приклеенного материала к субстрату
на отрыв (отрыв полосы) должна быть не менее 2 Н/мм (20
кгс/см). В зарубежной практике рекомендуется при осуществ-
лении контроля отрывать полосу материала длиной 600 мм и
шириной 100 мм. Можно определять адгезию материала к бе-
тону, используя метод отрыва штампа (Бонд-тест) (ГОСТ
22690-88, DIN 1048, часть 2, ISO 4624/CEN/TC/25).
В России выбор рулонного материала производится со-
гласно требованиям нормативов, разработанных для мостов,
тоннелей и кровель [51-54, 56, 59, 65, 77, 78].
Нормативные документы для проектирования и строи-
тельства подземных сооружений были несовершенными и ус-
тарели.
Практически в них не решены вопросы проектирования
сопряжений, конструкционных, "холодных" и деформацион-
ных швов.
Как правило, не учитывается влияние на эксплуатацию
гидроизоляционной системы дренажа, теплоизоляции, венти-
ляции и др.
Основной эксплуатационной проблемой является низкая
ремонтопригодность гидроизоляционных мембран. Мы не
можем вскрыть сооружение и заменить мембрану в днище.
Для того чтобы снизить вероятность отказа мембраны, она
43
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
должна быть выполнена из качественных материалов и иметь
несколько слоев при наличии сплошного приклеивания. Но
какими бы качественными они ни были, их срок службы
меньше, чем у капитального сооружения. Поэтому необходи-
мо повышать надежность работы мембраны за счет дрениро-
вания воды, применения защитных и теплоизоляционных эк-
ранов, укладки дополнительных и усиленных слоев материа-
ла на швах и сопряжениях, устройства деформационных швов
и т.д.
Однако очень часто при производстве работ по созданию
гидроизоляционных мембран подземных сооружений ис-
пользуют самые дешевые материалы, которые имеют низкую
устойчивость к воздействию отрицательных температур.
В результате этого мембрана выходит из строя на ранней
стадии эксплуатации из-за промораживания (отсутствия теп-
лоизоляции) или из-за повреждений на морозе во время стро-
ительства.
Создается парадоксальная ситуация - экономятся средст-
ва на гидроизоляционных материалах и работах, стоимость
которых при строительстве большинства сооружений не пре-
вышает 2-3% от сметы, убытки от плохого качества материа-
лов и работ могут быть в десятки раз больше, а в отдельных
случаях приводят к выходу сооружения из строя на ранней
стадии эксплуатации.
К отечественным рулонным наплавляемым битумнополи-
мерным материалам, обеспечивающим сегодня создание ка-
чественных гидроизоляционных мембран, можно отнести
"Изопласт" и "Изоэласт" киришского завода "Изофлекс" и
"Техноэласт" рязанского завода. Зарубежные материалы, на-
пример из Германии или Швеции, лучше, но немного дороже.
Обычно однослойная гидроизоляционная мембрана из
подобных материалов рекомендуется к применению в под-
земном строительстве при возможном давлении воды до
0,05 МПа (5м). Толщина материала при этом может быть 3-
5 мм.
44
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
В случае большего давления воды рекомендуется приме-
нять двух- и трехслойную мембрану. При этом ее толщина до-
ходит до 12-15 мм [10,29,30,40].
Для России при проектировании гидроизоляционной
мембраны следует руководствоваться не уровнем расположе-
ния грунтовых вод для данного места производства строи-
тельных работ, а возможным уровнем воды от отметки земли.
То есть, если котлован имеет глубину 5 м, расчетный столб
воды, воздействующий на мембрану, должен быть принят 5 м.
Это связано с тем, что в весенний период при проморажива-
нии грунта вода проникает к контуру сооружения сверху и со-
здает максимально возможное статическое давление.
В том случае, если это не будет учтено проектом, может
произойти всплытие сооружения, разрыв мембраны, появле-
ние трещин в конструкциях и т.д.
Сооружения, заложенные ниже прогнозируемого уровня
поднятия подземных вод, следует рассчитывать на всплытие
на расчетные нагрузки по формуле:
is
SHWY„
(6)
где: ХР - сумма всех постоянных вертикальных расчетных на-
грузок (т) с минимальными коэффициентами надежности по
нагрузке, действующих на м2 сооружения;
S - площадь подошвы сооружения, м2;
Hw - расстояние от уровня грунтовых вод до подошвы, м
(без учета бетонной подготовки);
уи - удельный вес воды, равный 1, т/м3;
у - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый
равным 1,2 [70,73].
Большое внимание при укладке материалов должно уде-
ляться подготовке поверхности субстрата. Она должна быть
сухой и чистой. Обычно сухой считается бетонный субстрат с
влажностью не более 5%. Но часто при укладке гидроизоля-
ционных мембран на массивные бетонные конструкции необ-
45
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ходимо учитывать глубинную влажность. Чаще всего замеры
влажности производятся различными приборами, но можно
определить наличие влаги, уложив на поверхность субстрата
полиэтиленовую пленку. Если под ней за 2-3 часа не скапли-
вается и не конденсируется влага, то субстрат может быть ис-
пользован под нанесение рулонных покрытий.
Все субстраты из бетона и железобетона перед укладкой на-
плавляемых материалов должны быть обработаны грунтовкой
(праймером). Ориентировочный расход грунтовки - 0,25-0,5
кг/м2. В качестве ее могут использоваться специальные составы
заводского изготовления, раствор битума в керосине, составы
на основе эпоксиднокаменноугольной смолы и др. Нахлест
смежных полотнищ рулонов составляет примерно 10 см.
Для создания однослойных мембран находили примене-
ние рулонные материалы на основе бутилкаучука, но стыко-
вые соединения в такой конструкции не обладали достаточ-
ной прочностью и долговечностью [8, 9, 29, 30, 40, 63].
В качестве однослойных покрытий на кровлях использу-
ются термопластичные материалы и вулканизированные ре-
зины, которые иногда применяются и при выполнении гидро-
изоляционных работ в подземных условиях, но преимущест-
венно на горизонтальных поверхностях [8, 10, 29, 30, 40, 87].
Термопластичные рулонные материалы заводского изго-
товления представлены в практике гидроизоляционных ра-
бот материалами из поливинилхлорида; хлорированного и
хлорсульфированного полиэтилена.
Они выпускаются в рулонах различной ширины, однако,
поскольку трудно производить их укладку на вертикальные
поверхности, предпочтение отдается менее широким, с кото-
рыми легче работать.
При укладке на горизонтальных поверхностях выгоднее
работать с широким рулонным материалом, который образу-
ет меньше швов. Адгезия материалов к субстрату обеспечива-
ется с помощью клеящих составов на основе растворителей
или путем нагревания и сваривания швов сухих и чистых по-
46
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
лотнищ материалов, что в условиях строительной площадки,
расположенной в котловане, бывает очень трудно осущест-
вить на заданном уровне надежности [29, 40].
Материалы из поливинилхлорида поставляются с толщи-
ной листа 0,5-1,8 мм. Рулоны из хлорированного полиэтилена
имеют толщину листа в широких пределах от 0,5 до 3 мм, а у
материалов из хлорсульфированного полиэтилена она остав-
ляет 0,5-1,0 мм. Все гидроизоляционные мембраны, выпол-
ненные из этих материалов, обладают отличными характери-
стиками и стойкостью к воздействию среды в различных ус-
ловиях подземного строительства. Поливинилхлоридные ма-
териалы в основе своей являются хрупкими при низких темпе-
ратурах. Их модуль упругости очень сильно изменяется при
уменьшении температуры. Обычно их рекомендуется приме-
нять при температуре выше минус 5°С. В практике строитель-
ства тоннелей и заглубленных сооружений находят примене-
ние мембраны из поливинилхлорида, которые укладываются
без приклейки и крепятся к закладным пластиковым "ронде-
лям" с помощью горячего воздуха. Материал сваривается
двойным, Т-образным или плоским швом, который проверя-
ется на герметичность сжатым воздухом.
Эта конструкция используется в виде кессонов или зонтов
и очень редко в виде замкнутого контура. Самым уязвимым
для протечек местом в ней являются участки стыковки трех и
более слоев материала и сопряжения. Они в такой конструк-
ции принимаются в эксплуатацию под персональную ответст-
венность производителя работ. Любой прокол или негерме-
тичность такой мембраны может привести к отказу в работе
всей гидроизоляционной системы.
При сооружении таких мембран в подземном строитель-
стве их рекомендуется располагать между двумя слоями бето-
на и выполнять нагнетание специальных растворов между
мембраной и конструкцией.
В практике подземного строительства при создании замк-
нутого контура мембраны из рулонного поливинилхлорида
47
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
применяют превентивные меры, направленные на ликвида-
цию возможного остаточного водопритока. К таким мерам
относятся: монтаж в бетонной обделке закладных, предназна-
ченных для локального зажатия и защемления мембраны;
монтаж большого количества гидроизоляционных поливи-
нилхлоридных прокладок, разделяющих мембрану по площа-
ди на отдельные карты, установку специальных инъекцион-
ных приспособлений, который могут ликвидировать локаль-
ные протечки в определенной карте, а не во всем сооружении.
В настоящее время подобные попытки делаются при со-
оружении открытой части Лефортовского тоннеля в г. Москве.
Однако все эти мероприятия требуют аккуратности, и в
наших условиях вряд ли будут успешными.
Однослойные покрытия из неармированного пластифи-
цированного поливинилхлорида толщиной до 1-1,2 мм имели
значительную усадку и охрупчивались при утере пластифика-
тора.
Армированные покрытия из пластифицированного поли-
винилхлорида имеют толщину более 1,2 мм. Швы между ру-
лонами обладают недостаточной прочностью [29, 87]. Эти по-
крытия нашли широкое применение в гидроизоляции кровель
при наличии механического крепления и укладки сверху дре-
нажного слоя, который создает прижимающую нагрузку на
мембрану и защищает ее от механического воздействия. В
подземных условиях подобные материалы должны иметь
сплошное приклеивание, в противном случае любой прокол
может привести к выходу мембраны из строя и отказу соору-
жения по гидроизоляции, так как дренаж часто существует
ограниченное время. Он заиливается, является неремонто-
пригодным, не справляется со значительными притоками во-
ды, а часто его просто не делают или делают неправильно.
Вулканизированные резины представлены на рынке гид-
роизоляционных материалов каучуком на основе сополимера
этилена, пропилена и диенового мономера (ЭПДМ). Толщи-
на листа находится в пределах 0,8-1,5 мм. Эти материалы име-
48
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ют хорошие эластомерные свойства и долговечность. Они об-
ладают чрезвычайно низким коэффициентом проницаемости
к парам воды, и при воздействии на них негативного давле-
ния водяного пара происходит потеря сцепления с бетоном и
образование пузырей. Но для подземных работ они дороги,
чаще всего их используют на кровлях, где нужна стойкость к
воздействию ультрафиолета. Под землей дешевле применять
резиновые материалы, не обладающие стойкостью к воздей-
ствию ультрафиолетовых лучей.
Так же, как и термопластичные материалы, вулканизиро-
ванные резины поставляются в рулонах различной ширины.
Герметизация швов осуществляется с помощью клеев на ос-
нове растворителей. На вертикальных поверхностях перед ук-
ладкой мембран необходимо нанесение праймера и клея.
Использование подобных материалов под плитами пола
путем свободной укладки поверх уплотненной засыпки или
стяжки и герметизация швов с помощью клеящего состава да-
ют хорошие результаты при осуществлении гидроизоляцион-
ных работ на ограниченных участках. Однако при больших и
сложных по конфигурации площадях этот способ не рекомен-
дуется. При осуществлении свободной укладки эластомерная
способность материалов, как и многих других, значительно
повышается по сравнению с полным приклеиванием. Однако
любой прокол и отсутствие или плохой дренаж приводят к
отказу мембраны.
Рулонные резинобитумные материалы холодного нанесе-
ния первоначально разрабатывались для обеспечения защиты
трубопроводов и поставлялись в виде самосклеивающегося
материала с прикрепленной к нему антиадгезионной поли-
этиленовой пленкой. Они склеиваются при накладке полот-
нищ друг на друга, благодаря чему отпадает необходимость в
использовании клеящего состава. Выпускаются материалы
различной ширины в пределах 1-1,2 м, иногда больше, длина
которых в рулоне обычно составляет 10-15 м. Производятся в
том числе и армированные материалы, но для обеспечения их
49
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
адгезии с субстратом требуются совместимые с битумом кле-
ящие составы.
Полиэтиленовая пленка действует как дополнительный
защитный слой, предохраняющий от фильтрации воды, аг-
рессивных сред типа растворов солей антиобледенителей и
т.п. Самоприклеивающаяся сторона защищается прокладкой
из вощеной бумаги, которую перед укладкой удаляют. По-
скольку данные продукты являются практически универсаль-
ными и не требуют применения никаких сопутствующих ма-
териалов, за исключением праймеров и герметизирующих ма-
стик, они отличаются наибольшей простотой укладки по
сравнению со всеми другими рулонными материалами.
Они поставляются в рулонах при толщине полотнища до
1,5 мм, а в число вспомогательных материалов могут входить
совместимые с ними мастики, необходимые для нанесения по
контуру сопряжений [29, 30, 36, 40, 84, 85].
Преимуществами этих мембран являются возможность
применения на горизонтальных площадях полотнищ значи-
тельной ширины, долговечность и стойкость в обычных при-
родных условиях. В качестве недостатков можно отметить
трудность при укладке на вертикальных и влажных поверхно-
стях, сложность в герметизации сопряжений и швов при на-
хлесте трех и более слоев, трудоемкость в выполнении кон-
троля качества, необходимость в применении защитных по-
крытий.
Кроме приведенных выше рулонных материалов имеются
материалы горячего нанесения, которые представляют собой
каменноугольную смолу или битум с рубероидом и укладыва-
ются в 3-5 слоев.
Подобные материалы применяются в практике гидроизо-
ляционных работ с древних времен. Они традиционно имели
черный цвет, который психологически соответствовал требо-
ванию людей. Битум и каменноугольная смола в расплавлен-
ном состоянии обладают сильной текучестью, и поэтому их
трудно наносить на вертикальные поверхности, кроме того,
50
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
возникают серьезные проблемы с точки зрения организации
работ и техники безопасности, а особенно в труднодоступных
местах и в ограниченном пространстве, при изоляции про-
фильных конструкций и участков с большим количеством вы-
пусков арматуры и закладных.
Мембраны из этих материалов отличаются хрупкостью и
низкой эластичностью. Особенно эти свойства проявляются
при отрицательных температурах. Трудности возникают и
при транспортировке горячих материалов на большие рас-
стояния. Они быстро загустевают, и их нужно подогревать.
Основным преимуществом подобных материалов является
низкая стоимость. При значительном количестве слоев (3-5)
мембраны на основе этих материалов имеют большую долго-
вечность и надежность. Однако они плохо противостоят цик-
лам замораживания/оттаивания, намокания/высушивания и
требуют наличия дренажа и теплоизоляционного покрытия
[8, 39, 40, 59, 84, 85, 86].
Хотя многие материалы подходят под объединяющее их
определение класса гидроизоляционных, при выборе матери-
ала для каждого конкретного случая необходимо тщательное
рассмотрение и учет индивидуальных особенностей, условий
производства работ и эксплуатации, возможности обеспече-
ния на необходимом уровне контроля качества.
Основным преимуществом рулонных материалов являет-
ся одинаковая толщина, которая обеспечивается при их про-
изводстве на заводе, что определяет равномерность их нане-
сения по всему обрабатываемому участку. Толщина листа го-
товых материалов колеблется в пределах от 0,5 до 5 мм, а ши-
рина - от 1 до 3 м. Применение материалов большей ширины
ограничивается при их укладке на вертикальных поверхнос-
тях, поскольку они слишком тяжелы и с ними трудно рабо-
тать.
При укладке рулонных материалов неизбежными оказыва-
ются многочисленные швы и соединения внахлест (рис. 13). Ма-
териалы не обладают способностью при их укладке полностью
51
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 13. Укладка гидроизоляци-
онной мембраны из рулонных ма-
териалов.
1 - первый слой;
2 - второй слой;
3 - нахлест листов.
воспроизводить контуры выступов сопряжений и изменений
плоскости конструкций. В таких условиях приходится выпол-
нять специальный раскрой листов, сложную и трудоемкую ук-
ладку. Определенные трудности возникают и при изоляции раз-
личных сопряжений, в том числе и разного типа материалов.
При засыпке котлована или обваловки сооружения требу-
ется использование специальных защитных мероприятий.
Перед нанесением материалов следует устранить острые
выступы на рабочих поверхностях, чтобы они не явились
причиной повреждения мембраны во время ее монтажа и за-
сыпки грунтом. Операции по обратной засыпке должны на-
чинаться сразу же после установки мембраны. Уплотнение
грунта должно составлять 0,90-0,92 от первоначального.
Использование однослойных материалов на вертикаль-
ных поверхностях сопряжено с трудностями, особенно при
выполнении стыковых соединений. Швы, подвергшиеся со-
единению внахлест, герметизируются клеями и мастиками,
сверху укладывают дополнительную накладку (см. выше).
Наиболее сложной является изоляция стыков полотнищ в ме-
стах сопряжения трех и более листов. На небольших, ограни-
ченных пространствах работы по изоляции различного рода
сопряжений и переходов с горизонтальной плоскости на вер-
тикальную имеется вероятность получения дефектов.
52
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Поверхность, на которую наносится материал, должна
быть ровной, чистой, сухой, без резких выступов и впадин,
пыли, грязи, масел, краски и т.п., влажность должна быть
менее 5% [29, 40, 72, 83-85].
Для большинства субстратов желательна грунтовка прай-
мером, которая не только улучшает адгезию, но и снижает от-
рицательное воздействие пыли. Кроме того, поверхности, по-
крытые праймером, имеют стойкость к воздействию атмо-
сферной влаги, что упрощает в дальнейшем технологию нане-
сения материалов.
Рис. 14. Укладка рулонных материалов снизу-вверх по принципу "рыбьей чешуи".
1 - первый слой; 2 - второй слой; 3 - нахлест листов.
Укладка листов по стенам всегда производится снизу
вверх по принципу "рыбьей чешуи" (рис. 14). Укладка
рулонов друг на друга должна обеспечить беспрепятственное
стекание воды.
Нахлест листов обычно составляет 10-15 см. В качестве
защитных слоев перед засыпкой используются подпорные
стенки, стяжки, древесноволокнистые плиты с битумной про-
питкой, листы полистирола (см. рис. 15, 16). Наиболее ответ-
ственными местами являются сопряжения, вводы коммуника-
ций и деформационные швы. Пример сопряжения с коммуни-
кациями приведен на рис. 17.
53
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 15. Устройство гидроизоляционной мембраны в сопряжении стена-пол заглуб-
ленного сооружения (разрез).
1 - гидроизоляционная шпонка; 2 - защитное покрытие из полистирола; 3 - галтель из
цементно-песчаного раствора; 4 - гидроизоляционная мембрана из рулонных органи-
ческих материалов; 5 - бетонная или растворная подготовка.
Рис. 16. Устройство гидроизоляционной мембраны при строительстве заглубленных
сооружений.
1 - плита пола; 2 - защитная стяжка; 3 - гидроизоляционная мембрана из рулонных ор-
ганических материалов; 4 - бетонная или растворная подготовка; 5 - праймерный
слой; 6 - мастичное покрытие; 7 - двухслойная мембрана по примыканию стена-пол;
8 - гидроизоляционная мембрана из рулонных органических материалов; 9 - защитное
покрытие из полистирола.
54
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 17. Устройство ввода в сооружение с гидроизоляционной мембраной внешнего
контура.
1 - бетон конструкции; 2 - праймер под герметик, если это требуется по проекту;
3 - герметик; 4 - антиадгезионная прокладка; 5 - инъектирование цементно-песчаного
раствора при низком или высоком давлении (давление зависит от ширины и глубины
зазора); 6 - гидроизоляционная мембрана по внешнему контуру; 7 - дополнительная
арматура вокруг гильзы; 8 - возможное расположение системы обнаружения протечек
между мембраной и конструкцией; 9 - шов с уплотнением для обеспечения водоне-
проницаемости.
Гидроизоляционная мембрана из рулонных материалов
будет работать качественно, если она и ее элементы запроек-
тированы и выполнены таким образом, что соответствуют
двум основным целям:
а) начальным эксплуатационным характеристикам;
б) требованиям долговечности и эксплуатационной на-
дежности.
55
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Для условий России одним из наиболее важных свойств
гидроизоляционных мембран является их устойчивость к из-
менению температур.
Проблема заключается в том, что коэффициент темпера-
турного расширения материалов на битумной основе сильно
отличается от этого показателя для бетона.
Битумные материалы, имея черный цвет, быстро разогре-
ваются, но и быстро остывают. Расположение гидроизоляци-
онных мембран, выполненных из этих материалов в зоне ак-
тивного воздействия температур, может привести к выходу их
из строя. Проблема усложняется еще и тем, что отечествен-
ные нормативные документы не всегда правильно указыва-
ют, каким образом необходимо осуществлять гидроизоляци-
онную защиту в сооружении с учетом изменения температур,
а при проектировании чаще всего не принимают во внимание
продолжительность и время строительного периода, в тече-
ние которого часто и происходит разрушение гидроизоляци-
онной мембраны. Очень часто в зону промерзания укладыва-
ются материалы, которые не переносят низких температур, не
предусматриваются температурные швы в конструкциях, не-
правильно выбирается время для производства гидроизоля-
ционных работ, не стойкая к морозу мембрана остается не
утепленной на зиму. Последнее нарушение чрезвычайно акту-
ально для нас. Можно перечислить множество объектов, ко-
торые получили повреждение мембраны из-за остановки или
неправильно выбранного времени работ. В г. Москве это
комплекс на Поклонной горе, школа ОМОН в Строгино,
множество резервуаров чистой воды и пр. [15, 29].
В качестве мер, которые смогут в определенной степени
уменьшить негативные последствия от температурного воз-
действия на гидроизоляционную мембрану, можно рекомен-
довать выбор стойких к отрицательным температурам мате-
риалов, даже, если они при эксплуатации не будут испыты-
вать это воздействие. Это конечно удорожает конструкцию,
но уменьшит затраты на эксплуатацию. Кроме того, необхо-
56
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
димо выполнять расчет деформативной устойчивости покры-
тий гидроизоляционной мембраны при изменении темпера-
тур. При уменьшении температуры воздуха в гидроизоляци-
онных покрытиях на основе органических материалов возни-
кают растягивающие напряжения. Это еще в большей степени
усугубляется неодинаковой толщиной слоя на швах и сопря-
жениях.
Расчетное значение температурной деформации Д (в мм),
возникающей в покрытии из полимербитумных материалов
при падении температуры, определяется:
д = ( 7 )
(1-Д>о
где: а - коэффициент температурного расширения полимер-
битумной композиции, соответствующей температуре Z2; аос -
то же, субстрата (для бетона равен 0,00001); t- начальная тем-
пература, практически соответствующая температуре tK, °C
(табл. 7); t2 - конечная температура, соответствующая средне-
месячной температуре наиболее холодного месяца района
строительства, °C; v7 - скорость охлаждения от t} до t2, харак-
терная для данной местности при охлаждении не менее чем на
Таблица 7
Коэффициент температурного линейного расширения (КТЛР) битумных композиций*
Показатель Битум нефтя- ной дорож- ный без наполнителя Композиции, содержащие наполнитель
кварце- вый песок известняк гранитный щебень резиновую крошку
Глубина проникания иглы, град, пенетрации 110/70 110/70 110/70 110/70 110/-
Температура tK, °C -6/+4 +6/+4 +3/+6 +5/+4 +6/-
Коэффициент температурного расширения, МО"5°C’1 при: ?<tr t>tr 4,3/6,1 2,2/3,3 0,5/6,8 2,5/3,2 0,5/1,4 0,3/0,8 0,6/0,7 0,4/3,2 1,2/-
Примечание: до черты - для БНД - 90/130, после черты - для БНД 60/90.
* По ГОСТ 22245-90; для битумов строительных по ГОСТ 6617-76 значения основных
показателей ниже.
57
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
8-10°С,°С/ч; v0 - равновесная скорость охлаждения, равная
0,4°С/ч; д - коэффициент Пуассона, зависящий от вязкости
битума (для битума с глубиной проникания иглы 60-70 мм
/2=0,22; для битума с глубиной проникания иглы 100-130 мм
Д=0,4).
Предупреждение разрывов или трещин в покрытии может
быть обеспечено только в случаях, когда деформационная
способность превышает расчетные значения [8, 9, 61, 62].
1.5. МАТЕРИАЛЫ ЖИДКОГО НАНЕСЕНИЯ
НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ
К этим материалам относятся составы, которые имеют
низкую вязкость и которые можно наносить вручную или ме-
ханизированно на поверхность конструкций с целью созда-
ния гидроизоляционных мембран.
Чаще всего это растворы на основе битумов, каучуков,
полиуретанов и т.п. Используют материалы холодного и го-
рячего нанесения. К последним относятся составы на основе
битума. Обычно вязкость материала снижается путем введе-
ния растворителя.
После нанесения материалы вызревают и образуют бес-
шовное покрытие. Из-за того, что они наносятся в жидком со-
стоянии, решающую роль играет соблюдение проектной тол-
щины слоя. В этой связи контроль должен предусматривать
замеры толщины покрытия в мокром и сухом состоянии.
В составах может присутствовать наполнитель. Основным
недостатком в применении этих материалов является усадка,
которая может привести к разрыву покрытия [36, 37, 40].
Нанесение жидких гидроизоляционных материалов про-
изводится со стороны позитивного воды, и перед обратной
засыпкой они требуют обязательной защиты, которая может
быть выполнена в виде защитных стенок, применением плос-
ких дренажей, теплоизоляции и т.д.
58
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Поверхность субстрата должна быть структурно прочной
и сухой. Влажность конструкции не должна превышать 5%.
Наличие влаги приводит к образованию пузырей, а низкая
прочность субстрата или адгезия к нему способствует отслое-
нию мембраны.
Значительная миграция паров воды через конструкции
при эксплуатации сооружения также может привести к нару-
шению сцепления материала с субстратом и выходу мембра-
ны из строя.
Гидроизоляционные мембраны жидкого нанесения часто
применяются из-за легкости их создания, отсутствия швов, вы-
сокой производительности труда и возможности использова-
ния на элементах сооружения сложной конфигурации. Эти си-
стемы находят применение как в подземных, так и наземных
сооружениях. Как правило, материалы жидкого нанесения не
обладают стойкостью к воздействию ультрафиолетового излу-
чения и не в состоянии выдерживать нагрузки от пешеходного
движения и транспорта. Поэтому они не применяются без за-
щиты на участках, подверженных такого рода воздействиям.
Материал можно наносить как на вертикальные, так и на
горизонтальные поверхности, однако в случае нанесения их
на горизонтальную грунтовую поверхность необходимо
предварительно выполнить стяжку или плиту. Затем поверх
мембраны укладывается слой бетона или другой плотный на-
крывочный слой. Гидроизоляционные материалы этого типа
можно наносить на бетонные, каменные, металлические и де-
ревянные поверхности [29, 30, 40, 77, 83].
Они обладают высокой эластичностью. Относительное
удлинение материала доходит до 1200%. Это дает возмож-
ность иногда перекрывать трещины с раскрытием 1,5-2 мм.
Однако следует понимать, что если мембрана находится вну-
три конструкции и зажата между двух слоев бетона, кирпича,
штукатурки, то относительное удлинение не определяет ее
стойкость к разрыву. При деформациях сооружения в боль-
шинстве случаев происходит не чистое растяжение, а сдвиг и
59
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
срез материала (рис. 18). Малая толщина слоя материала не
позволяет в этом случае противостоять раскрытию трещин от
сдвига более 0,5-0,8 мм.
Рис. 18. Разрыв мембраны при
деформации конструкций.
1 - стяжка; 2 - гидроизоляционная
эластичная мембрана жидкого на-
несения; 3 - бетон; 4 - плоскость
среза (плоскость деформации).
Для обеспечения работы материала мембраны на растя-
жение используют несколько технических приемов. Один из
них приведен на рис. 19. Он предусматривает укладку мемб-
раны в зоне возможной деформации между двух антиадгези-
онных прокладок, обеспечивающих скольжение и растяжение
гидроизоляционного материала.
Одним из основных преимуществ мембран из материалов
жидкого нанесения является то, что они без применения ка-
ких-либо других покрытий и технологических приемов обес-
печивают гидроизоляцию в местах сопряжения строительных
конструкций, то есть создают возможность бесшовного нане-
сения в местах выступов и впадин, сопряжений с арматурой,
трубами, при изменениях отметок плоскости, а также в мес-
тах сопряжений стен с полом и перекрытием. В то же время
при использовании этих материалов в условиях строительной
площадки трудно обеспечить необходимую равномерность и
однородность их нанесения толщиной - 1,2-1,5 мм. Это, как
указывалось выше, является серьезным недостатком гидро-
изоляционных систем жидкого нанесения. Кроме того они
имеют темный цвет, что создает дополнительные трудности
при визуальном контроле толщины. Материалы имеют в сво-
ем составе токсичные и опасные химические вещества, из-за
60
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 19. Устройство зоны деформации в сооружении
1 - стяжка; 2 - гидроизоляционная эластичная мембрана жидкого нанесения; 3 - бе-
тон; 4 - плоскость возможного среза (плоскость возможной деформации); 5 - дефор-
мационный шов в стяжке, получаемый путем резки, заполненный герметиком; 6 - де-
формационный шов в бетоне, получаемый резкой или установкой закладных; 7 - по-
лиэтиленовые листы, обеспечивающие скольжение и растяжение материала мембра-
ны; 8 - трещинообразователь.
чего работа с ними требует соблюдения строгих мер техники
безопасности при нанесении и создает дополнительные труд-
ности при удалении их в отходы [40, 56, 72, 76].
На сцепление материала с субстратом оказывают влияние
запыленность и влажность поверхности. Очистка от пыли, в
зависимости от ситуации, производится сухим или мокрым
способом. Нанесение материалов чаще всего осуществляется
установками воздушного и безвоздушного нанесения.
Современные безрулонные материалы горячего нанесе-
ния представляют собой усовершенствованные композиции
на битумной основе, в которые вводят производные соедине-
ния каучука, обеспечивающие улучшение технологических и
эксплуатационных характеристик, в том числе увеличение
стойкости к разрыву, повышение стойкости к воздействиям
химических веществ.
Материалы нагревают приблизительно до 200°С, а затем
наносят толщиной до 4,5-5 мм. Использование в их составе
61
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
битума даже при такой толщине материала позволяет сохра-
нить его стоимость на конкурентном уровне. Эти материалы
имеют больший срок годности при хранении, чем материалы
на основе растворителей, которые теряют свою жизнеспособ-
ность по прошествии 6-12 месяцев.
Поскольку материалы наносятся в горячем виде, их мож-
но наносить при более низкой температуре, чем составы на
основе растворителей, которые нельзя наносить при темпера-
туре ниже +5°С. Производители часто продвигают их на ры-
нок, характеризуя как способные к самозалечиванию трещин.
Однако в условиях подземного пространства ценность этой
характеристики вызывает сомнение, так как при их защемле-
нии слоями бетона или раствора они при деформации конст-
рукций, так же, как и большинство других материалов, выхо-
дят из строя. Дефектные участки наблюдаются обычно в зоне
промораживания. Это объясняется и тем, что модуль упруго-
сти материалов уменьшается при охлаждении.
Материалы горячего нанесения имеют те же достоинства
и недостатки, что и материалы холодного нанесения.
Они обладают хорошими эластомерными свойствами, на-
несение отличается высокой производительностью и отсутст-
вием швов, но требует сухого ровного субстрата с отсутстви-
ем пыли. Неравномерная усадка материалов при различной
толщине слоя может привести к разрыву мембраны. Матери-
алы токсичны и огнеопасны. Мембраны на их основе нужда-
ются в защите от механических воздействий.
Перед нанесением на субстрат следует произвести
очистку и выравнивание поверхности. Особенно опасны "гре-
бешки", получаемые в местах стыковки листов опалубки. Не-
обходимо сгладить острые углы и изгибы конструкций, а за-
тем нанести на эти участки первый слой покрытия шириной
10-15 см.
В местах сопряжений стен с полом выполняется галтель
со скошенной под 45° кромкой, высотой примерно 2 см, а за-
тем по контуру наносится первый слой покрытия. На участ-
62
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ках температурных швов и участках поверхности, испытыва-
ющих сильные воздействия, материал армируется сеткой из
стекловолокна, полипропилена или на него укладывается спе-
циальная листовая прокладка, выполняющая роль компенса-
тора. Это обеспечивает лучшую способность конструкции
воспринимать деформации и нагрузки без нарушения мемб-
раны (рис. 20, 21).
Для нанесения материалов рациональнее всего использо-
вать безвоздушное распылительное оборудование, так как в
отличие от установки воздушного нанесения оно обеспечива-
ет лучшую адгезию покрытия из-за отсутствия технологичес-
кой влаги. В процессе укладки следует через определенные
Рис. 20. Усиление гидроизоляционной мембраны жидкого нанесения в зоне деформа-
ционного шва.
1 - бетон; 2 - деформационный шов; 3 - гидроизоляционная мембрана жидкого нане-
сения; 4 - компенсатор в гидроизоляционной мембране жидкого нанесения, армиро-
ванный сеткой.
Рис. 21. Усиление гидроизоляционной мембраны жидкого нанесения полимерным
или металлическим компенсатором в зоне деформационного шва.
1 - бетон; 2 - деформационный шов; 3 - гидроизоляционная мембрана жидкого нане-
сения; 4 - пластиковый или металлический компенсатор; 5 - крепление компенсатора
дюбелями, клеем и др.
63
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
промежутки времени проводить проверку толщины слоя мем-
браны. Нанесение материалов с помощью валика, гребка, ки-
сти не рекомендуется. Дефекты в покрытии образуются в том
случае, если поверхность субстрата загрязнена, увлажнена ли-
бо происходит слишком быстрое вызревание материала или
его усадка из-за несоблюдения одинаковой толщины слоя [22,
29, 30, 40, 59].
При нанесении материалов на горизонтальные и верти-
кальные поверхности подземных сооружений при засыпке па-
зух необходимо использование защитных устройств. На вер-
тикальных поверхностях для этих целей используются при-
жимные стенки, плоские дренажи, утеплитель из пенополис-
тирола толщиной 1,5-3 см или какая-либо другая защитная
система. При нанесении на горизонтальные поверхности для
защиты мембраны применяют листы геотекстиля с битумной
пропиткой толщиной 3-4 мм, плоские дренажи из полиэтиле-
на, утеплитель. На изогнутых поверхностях, например в тон-
нелях, распространенным способом защиты перед укладкой
бетона является использование рулонного кровельного по-
крытия.
1.6. ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МЕМБРАНЫ
НА МИНЕРАЛЬНОМ ВЯЖУЩЕМ
Материалы, из которых создаются эти гидроизоляцион-
ные мембраны, состоят в основном из портландцемента с пе-
ском, а также различных добавок. Существует четыре типа
материалов: а) металлизированные; б) капиллярные (пенетри-
рующие); в) обмазочные с уплотняющими добавками; е) мо-
дифицированные полимерами.
Мембраны на минеральном вяжущем обладают высокой
паропроницаемостью и эффективны при использовании их
как со стороны позитивного, так и со стороны негативного
воздействия воды. Нанесение их на поверхность бетона или
64
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
каменной кладки производится с помощью кисти, щетки, ма-
стерка, полутерка или напылением, и они образуют единое
целое с субстратом, который должен быть влажным, но не
мокрым. Требуемая минимальная поверхностная прочность
субстрата на растяжение должна быть не менее 1,5 Н/мм2 (15
кгс/см2). Наиболее важным технологическим параметром при
их нанесении на конструкции является обеспечение проект-
ной толщины и сплошности слоя. При двухслойном нанесе-
нии для контроля используется укладка материалов разных
цветов, например серого по белому [46, 49, 60].
При строительстве новых монолитных бетонных соору-
жений, когда решающее значение приобретает стоимость и
планирование работ по четкому графику, эти материалы ока-
зываются особенно эффективными. Для них не требуется,
чтобы субстрат был сухим, а также чтобы до их нанесения
произошло полное вызревание бетона. Благодаря этому от-
падает необходимость в водопонижении, дренаже и борьбе с
влажностью конструкций во время строительства. Эти мате-
риалы могут наноситься одновременно за один проход на сте-
ны и на полы, что устраняет необходимость в поэтапном про-
ведении гидроизоляционных операций. При нанесении их на
горизонтальные поверхности в процессе выполнения гидро-
изоляционных работ при строительстве новых сооружений не
требуется укладка растворной или бетонной стяжки по дре-
нажному слою. Наконец, в случае сооружения водосборных
приямков, лифтовых шахт или других подобных сооружений
работы по созданию гидроизоляционной мембраны могут
быть осуществлены практически в любое время в процессе
строительных работ, в зависимости от того, когда это удоб-
нее всего сделать по графику.
Все материалы этого класса однотипны по технологии на-
несения и уходу за ними, а также эксплуатационным характе-
ристикам. Однако за счет изменяющегося гранулометричес-
кого состава и использования специальных добавок они име-
ют различную адгезию к субстрату, водонепроницаемость,
65
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
усадку и т.п. Эти материалы обладают некоторыми общими
для них достоинствами, включая бесшовное нанесение при
выполнении работ. Они не требуют устройства защитного
покрытия при засыпке пазух котлована.
Все материалы на минеральных вяжущих не способны за-
делывать трещины более 0,3 мм, то есть они успешно приме-
няются когда бетон не имеет раскрытия трещин и швов более
нормативных значений. Целесообразно применять их на под-
земных объектах, которые не испытывают значительных тем-
пературных воздействий и деформаций. Конструкции, распо-
ложенные выше уровня земли, подвергающиеся воздействию
температур, циклов замерзания/оттаивания и усадке, необхо-
димо утеплять и устраивать большое количество деформаци-
онных швов, иначе эти процессы вызывают появление тре-
щин и гидроизоляционная мембрана в системе защиты соору-
жения от воды выходит из строя. На сегодня эти материалы
находят широкое применение при выполнении ремонта и вос-
становлении работы гидроизоляционной системы подземных
сооружений изнутри [29, 30, 31, 38, 39, 43, 47, 49].
В состав металлизированных материалов входит смесь пе-
ска и цемента с мелким заполнителем однородного грануло-
метрического состава и железными опилками. Когда произ-
водится смешивание материала с водой, образуется пригод-
ное для нанесения цементное тесто. Вода обеспечивает воз-
можность окисления железных опилок. В результате этого ме-
талл набухает и происходит эффективная герметизация нане-
сенного слоя, трещин и швов, предотвращается проникнове-
ние воды. Эта давно применяемая система эффективно дейст-
вует и сегодня при герметизации швов в тоннелях.
Капиллярные (пенетрирующие) материалы представляют
собой составы, в которых используются различные сочетания
специальных добавок с песком и цементом. При нанесении на
бетон смеси материалов с водой реакционноспособные хими-
ческие соединения вступают в контакт со свободной известью
и влагой в субстрате (рис. 22). Эта реакция вызывает появле-
66
А. А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ние кристаллических образований в капиллярах и порах бе-
тона или раствора, которые предотвращают поступление во-
ды. Для успешного проникновения материалов в бетон его
поверхность должна иметь открытую поровую структуру, че-
го, к сожалению, бывает добиться трудно при ремонте конст-
рукций. Открытая поровая структура может быть получена
только при удалении цементного молока с поверхности бето-
на, что обеспечивается очисткой ее водой под высоким давле-
нием (более 40 МПа) и "мокрой” пескоструйной обработкой.
Механическая очистка с помощью фрез, металлических
щеток, сухая пескоструйная обработка забивают и заполиро-
вывают поры и делают воздействие материалов малоэффек-
тивным.
Рис. 22. После обработки поверхности химически активные вещества материала пе-
нетрирующего действия (Vandex Super) проникают в бетон и, вступая в реакцию со
свободной известью и водой, образуют нерастворимые соединения, которые закупо-
ривают капилляры.
1 - пенетрирующий материал (Vandex Super); 2 - нерастворимые соединения, образо-
вавшиеся в результате реакции пенетрирующего материала со свободной известью
и водой; 3 - бетон.
67
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Вызревание материалов пенетрирующего действия имеет
решающее значение для обеспечения достаточного роста и
глубины их проникновения в бетон. Минимально оно долж-
но происходить в течение 24-48 часов после укладки. Конст-
рукции должны находиться во влажном состоянии при темпе-
ратуре более +5°С [23, 25, 26, 36].
Обычно у качественных материалов глубина проникания
в бетон достигает 10-12 см. Все рекламные заявления некото-
рых производителей, что они имеют материалы, проникаю-
щие в бетон на 100 см и более, не имеют под собой никаких
доказательств. Так же абсурдны заявления отдельных произ-
водителей о том, что эти материалы обеспечивают стойкость
бетона в хлоридах, кислотах, а также уменьшают радиацион-
ное воздействие.
В действительности эти материалы произведены для со-
здания технической гидроизоляционной мембраны, находя-
щейся ниже уровня воды и пропускающей пары воды. Их при-
менение носит чисто экономический характер. Используя эти
материалы, можно обеспечить экономию средств за счет при-
менения более дешевых бетонов, повышая их проницаемость
до W8, не более. Применять их при ремонте старых сооруже-
ний нужно с осторожностью, так как они могут оказаться не-
эффективными. В этом нет их вины, это вина производителя
работ, который не учел, что бетон имеет значительную вели-
чину раскрытия трещин, у него сложно открыть поры, в нем
нет требуемого количества свободной окиси кальция и пр.
Наносить на капиллярные материалы штукатурные сме-
си, другие минеральные покрытия и "дышащие" краски следу-
ет после обработки их слабым раствором кислоты и промыв-
ки водой. Если этого не выполнить, то капиллярные матери-
алы могут начать "прорастать" в щелочную и влажную осно-
ву наносимого покрытия и оторвут его от субстрата. Возмож-
но нанесение штукатурных покрытий по поверхности бетона,
обработанной капиллярными материалами "свежее по свеже-
му". Наносить на эти покрытия, как и на другие "дышащие"
68
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
покрытия, "недыщащие” материалы не рекомендуется.
Одним из самых надежных материалов этого типа являет-
ся Вандекс Супер. Это старейший из всех подобных материа-
лов, он применяется более 50 лет, широко используется в ми-
ре для изоляции от воды бетонных поверхностей при строи-
тельстве объектов различного назначения. Кроме этого у не-
го имеются все необходимые тесты по качеству. Его расход от
1 до 1,5 кг/м2 поверхности без учета герметизации швов, тре-
щин и т.п. Обычно при небольшом давлении воды - до 0,05
МПа - расход составляет 1 кг/м2.
Цементные обмазочные гидроизоляционные материалы
представляют собой смесь песка, цемента и специальных до-
бавок, которые при нанесении их подобно штукатурке, но в
тонких слоях, на каменную кладку или бетон обеспечивают
водонепроницаемость. Субстрат, на который они наносятся,
должен быть прочным, с прочностью на растяжение более 1,5
Н/мм2 (15 кгс/см2), ровным и влажным.
При наличии активных протечек воды в виде струйных
или площадных выделений перед нанесением покрытий по-
верхность бетона или кирпичной кладки обрабатывается спе-
циальными быстросхватывающимися водоостанавливающи-
ми составами на цементной основе. При значительных объе-
мах фильтрации воды применяют более радикальные меры -
водоулавливание, инъекционные работы, и пр.
Толщина нанесения обмазочных материалов составляет
примерно 1,5-5 мм, то есть они наносятся более тонким сло-
ем, чем санирующие штукатурки [35, 39, 47, 81, 83].
Наиболее надежным обмазочным гидроизоляционным
материалом, по нашему мнению, является Торосил, выпуска-
емый фирмой THORO NV (МВТ) с 1912 года. Его расход - 2-
2,5 кг/м2, а адгезия к бетону и кирпичу нормального качества
при выполнении технологии нанесения всегда бывает выше
нормативной (1,5 Н/мм2). Слой материала, нанесенный на
конструкцию, действует так же, как слой бетона марки W8 по
водонепроницаемости толщиной 10-12 см. Как у всех класс-
69
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ных профессиональных материалов, качество его остается
низменным при любом количестве поставки.
К сожалению, в нашей стране материалов подобного
класса нет.
Составы, модифицированные полимером, чаще всего ак-
риловой эмульсией, сегодня составляют основную массу мате-
риалов этого типа. После отверждения они обладают эластич-
ными свойствами и способны перекрывать трещины с раскры-
тием до 0,5 мм, а в случае их армирования сеткой из полипро-
пилена или стекловолокна - до 2 мм. К сожалению, примене-
ние этих материалов ограничено влажностью воздуха (не бо-
лее 75%), температурой (не менее +10°С), плохой адгезией к
вертикальным и потолочным поверхностям, потерей эластич-
ности во времени. Кроме того, большинство из них не облада-
ет длительной стойкостью к постоянному воздействию воды и
плохо противостоит морозу. По данным практики, они при-
емлемы к использованию внутри помещений. На улице при
понижении температур и раскрытии трещин более 1 мм отказ
армированного покрытия наступает через 2-3 года. Толщина
покрытия доходит до 2-3 мм. Достоинством эластичных соста-
вов является высокая стойкость к диффузии хлоридов. Они
могут выдерживать до 0,5 МПа позитивное давление воды и
до 0,1 МПа негативное давление воды [29, 30, 37, 47].
Перед нанесением всех обмазочных материалов субстрат
должен быть подготовлен, то есть очищен, выровнен, увлаж-
нен и т.п. Очистка поверхности субстрата от пленки "цемент-
ного молока" обязательна только в случае, когда ее адгезия к
основному бетону меньше нормативного значения.
Самыми уязвимыми местами в сооружении при нанесении
мембран из минеральных вяжущих является герметизация со-
пряжений, стыков, швов и пр. Пример устройства сопряжения
конструкции с коммуникациями приведен на рис. 23 [82].
Холодные швы и стыки в железобетонных конструкциях
желательно разделать в форме ласточкиного хвоста и запол-
нить специальным герметиком на цементной основе. Однако
70
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 23. Устройство ввода коммуникаций через железобетонную конструкцию.
1- сварной шов; 2 - кольцевой фланец, изготовленный из металла, вокруг гильзы вво-
да; 3 - гильза, замоноличенная в стене; 4 - герметик; 5 - бетонная стена; 6 - дополни-
тельная арматура вокруг гильзы ввода.
предпочтительнее в этих местах иметь две или три степени за-
щиты. Этого можно добиться оклейкой швов специальными
материалами, инъекцией гидроактивными пенополиуретана-
ми, укладкой различных шпонок при бетонировании, набуха-
ющих герметиков, линейных инъекторов и т.д. (см. ниже). На-
иболее сложным является герметизация различного типа де-
формационных швов. Наиболее простой пример герметиза-
ции швов в полу и стенах сооружения приведен на рис. 24, 25.
Схемы устройства гидроизоляционных мембран из матери-
алов на минеральном вяжущем изнутри сооружений приведены
на рис. 26, 27, 28. Устройство гидроизоляционных мембран по
внешнему контуру сооружения выполняется аналогично.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 24. Устройство деформационного шва в полу сооружения.
1 - герметик; 2 - антиадгезионная прокладка; 3 - гидроизоляционная прокладка, вос-
принимающая растяжение (сжатие); 4 - арматурные нагели для восприятия сдвиговых
нагрузок (один конец их заанкерен, другой свободно перемещается); 5 - заполнение
деформационного шва; 6 - привязать края прокладки к арматуре, с тем чтобы она мог-
ла подниматься при заливке бетона и под ней не образовывалось пустот.
Рис. 25. Устройство деформационного шва в стене сооружения.
1 - герметик с внутренней стороны сооружения; 2 - антиадгезионная прокладка;
3 - вертикальная гидроизоляционная прокладка, воспринимающая сжатие (растяже-
ние), привязанная к арматуре; 4 - арматурные нагели для восприятия сдвиговых на-
грузок (один конец их заанкерен, другой свободно перемещается); 5 - материал запол-
нения деформационного шва отрезают или прокалывают, в зависимости от того, как
требуется для установки прокладки и нагеля.
72
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 26. Устройство обмазочной или пенетрирующей гидроизоляционной мембраны
изнутри кирпичного сооружения.
1 - жесткая обмазочная гидроизоляционная мембрана в два слоя, например Thoroseal
CR (Thoro); 2 - швы кирпичной кладки заделываются материалом Waterplug (Thoro),
Plug (Vandex) или Dryjoint, Thorite (Thoro) (без протечек воды); 3 - штраба 20x30 мм по
периметру подвала, зачеканивается ремонтными материалами, например Structurite
(Thoro); при активной фильтрации - Waterplug (Thoro), Plug (Vandex); 4 - эластичная
обмазочная гидроизоляционная мембрана в два слоя, например Thoroseal FX100
(Thoro), ВВ75Е (Vandex); 5 - обмазочная или пенетрирующая гидроизоляционная мем-
брана в два слоя - Thoroseal (Thoro), ВВ75, Vandex Super (Vandex); 6 - система "Ин-
жекто" (линейный инъектор), уложенная в шов, в которую нагнетается гидроактивный
эластичный пенополиуретан Hydroactive Flex LV (SLV) (De Neef); 7 - монолитный же-
лезобетон.
73
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
УГВ
Рис. 27. Устройство обмазочной или пенетрирующей гидроизоляции изнутри в соору-
жении из фундаментных блоков.
1 - жесткая обмазочная или пенетрирующая гидроизоляция в два слоя, например
Thoroseal, Vandex Super; 2 - инъекционные отверстия, пробуриваемые до пересече-
ния с полостью шва, в которые нагнетается Hydroactive Flex LV (SLV), (De Neef). По-
сле нагнетания состава отверстия заделываются ремонтными составами, например
Structurite (Thoro), Vandex Uni Mortarl; 3 - штраба 20x30 мм по периметру подвала, за-
чеканивается ремонтными материалами, например Structurite(Thoro), Vandex Uni
Mortarl. При активной фильтрации - Waterplug (Thoro), Plug (Vandex); 4 - эластичная
обмазочная гидроизоляция в два слоя, например Thoroseal FX100 (Thoro), ВВ75Е
(Vandex); 5 - обмазочная гидроизоляция или пенетрирующая в два слоя, либо жест-
кая Thoroseal, Thorotect CR (Thoro), BB75 (Vandex), либо эластичная - Thoroseal
FX100 (Thoro), BB75E (Vandex); 6 - система "Инжекто"; 7 - монолитный железобетон;
8 - блоки.
74
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 28. Устройство обмазочной или пенетрирующей гидроизоляции изнутри моно-
литного железобетонного сооружения.
1 - жесткая обмазочная или пенетрирующая гидроизоляция в два слоя, например
Thoroseal (Thoro), Vandex Super (Vandex); 2 - система "Инжекто". Укладывается в хо-
лодные швы бетонирования и стыки, инъектируется материалом Hydroactive Flex LV
(SLV), (De Neef).; 3 - штраба 20x30 мм по периметру подвала, зачеканивается ремонт-
ными материалами, например Structurite(Thoro), при активной фильтрации - Waterplug
(Thoro), Plug (Vandex); 4 - эластичная обмазочная гидроизоляция в два слоя, напри-
мер Thoroseal FX100 (Thoro), ВВ75Е (Vandex); 5 - жесткая обмазочная гидроизоляция
или пенетрирующая в два слоя - Thoroseal (Thoro), Vandex Super (Vandex); 6 - моно-
литный железобетон.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
1.7. ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МЕМБРАНЫ,
СОЗДАВАЕМЫЕ ИЗ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ
БЕНТОНИТОВЫХ ГЛИН
Материалы на основе природной глины используются в
практике создания гидроизоляционных мембран очень давно.
Основные минералы, составляющие глины, - водные алю-
мосиликаты: каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидро-
слюды и др.
Изолирующая способность глин обусловлена свойством
этих минералов увеличиваться в объеме при увлажнении (на-
бухать) и образовывать пластичное тесто, которое может со-
хранять заданную ему форму. Такое свойство объясняется
слоистым (чешуйчатым) строением глинистых частиц, кото-
рые разбухают и увеличиваются в размерах за счет проникно-
вения воды в пространство между слоями. При смачивании
сухой глины молекулы воды (диполи) втягиваются между че-
шуйчатыми частицами глинистых минералов и адсорбируют-
ся на их поверхности, образуя гидратные оболочки, под дей-
ствием которых эти частицы раздвигаются, вызывая увеличе-
ние объема. Увлажнение глины может быть вызвано повыше-
нием уровня подземных вод, накоплением влаги вокруг со-
оружения из-за выпадения осадков, наличием капиллярной
влаги и пр. [6, 13].
До конца XIX века гидроизоляция заглубленных помеще-
ний выполнялась в виде "глиняного замка" - слоя перемятой и
плотно утрамбованной глины толщиной 26,7-30,5 см. Его ус-
траивали под полом и вокруг подземных стен и фундаментов
зданий. "Глиняный замок" защищал фундаменты, стены или
оклеенную изоляцию от непосредственного контакта с грун-
товыми водами (в том числе агрессивными) и увеличивал тем
самым срок службы подземной части сооружения. Часто
"глиняный замок" использовался при строительстве емкостей
различного назначения и препятствовал утечкам в окружаю-
щую среду.
76
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
При постоянном присутствии воды в грунтах "глиняные
замки" устраивали с помощью жирной глины с содержанием
песка не более 5-10%. Если ожидалось периодическое высу-
шивание грунтов, то количество песка увеличивали до 30-
40%. Для повышения пластичности глину замачивали и вы-
держивали, не допуская ее высыхания. Обычно ее заготавли-
вали осенью и оставляли на улице на зиму. Под действием
низких температур и последующего размокания глина приоб-
ретала хорошую пластичность. Для повышения качества гли-
ны в нее добавляли известь, сыворотку, кровь животных, на-
возную жижу и др. В качестве опалубки для укладки "глиня-
ного замка" использовали стенки котлована или деревянную
форму. Глину укладывали слоями около 30 см и тщательно
уплотняли трамбовкой каждый слой.
На рис. 29 приведен вариант устройства изоляции фунда-
мента с использованием глиняного замка.
Устройство "глиняных замков" весьма трудоемко, требу-
ет большого расхода материалов и в настоящее время практи-
чески не применяется.
На смену "глиняным замкам" пришли изделия в виде бен-
тонитовой глины, порошка, листов и матов, обладающих до-
стоинством "глиняного замка" и в то же время более техноло-
гичные в укладке.
Бентониты - высокодисперсные породы с содержанием
монтмориллонита не менее 60%, плотностью 1,7-2,9 г/см3.
Структура бентонита представляет собой кристалличес-
кую решетку, состоящую из трех слоев: два наружных слоя
кремнекислородных сеток с атомами кремния в центрах и
внутренний слой из плотно упакованных атомов кислорода
или гидроксильных групп, между которыми расположены
атомы алюминия. Сочетание этих слоев образует слоистые
пакеты, связанные между собой обменными катионами Na+,
Са+, Mg+, К+ и водой. В процессе гидратации силы взаимных
связей уменьшаются настолько, что пакет пластинок распада-
ется на отдельные частицы, происходит увеличение объема в
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 29. Устройство изоляции стен и фундаментов заглубленного сооружения с ис-
пользованием глиняного замка.
1 - глиняный замок; 2 - защитная стенка; 3 - гидроизоляционная мембрана; 4 - отмо-
стка; 5 - плита фундамента; 6 - щебень; 7 - стена подземной части сооружения; 8 - цо-
коль; 9 - дренажная труба; 10 - засыпка с плотностью 90% от грунта
78
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
14-16 раз. Когда этот процесс происходит в замкнутом прост-
ранстве, в структуре образующегося геля возникает напря-
женное состояние, за счет чего водопроницаемость материа-
ла значительно снижается. В зависимости от давления воды
и нагрузок коэффициент фильтрации бентонитовых глин со-
ставляет ГКУ’М-Ю10 м/с. Как правило, в бентонитовых гид-
роизоляционных смесях содержится 85-90 процентов глины и
не более 15 процентов минеральных добавок, например мел-
коизмельченных вулканических пород [3,5,6,13,29,36].
После укладки в сухом состоянии глина, когда она под-
вергается воздействию воды, разбухает и становится водоне-
проницаемой, но паропроницаемой. Степень увеличения в
объеме и водонепроницаемость зависят от гранулометричес-
кого и химического состава глины. Они могут изменяться в
широком диапазоне. Обычно достаточно, чтобы при увлаж-
нении глина разбухала на 10-15%.
Понятно, что для эффективной гидроизоляционной за-
щиты материалы на ее основе должны вступить в контакт с
водой. Гидратация осуществляется сразу после укладки и об-
ратной засыпки пазух грунтом, поскольку для того, чтобы
материал приобрел свойства водонепроницаемости, ему не-
обходимо дать возможность полностью разбухнуть в замк-
нутом пространстве. Следует проектировать набухание гли-
ны так, чтобы пространство для набухания было равным
возможности материала к расширению. При отсутствии по-
лости для свободного пространства набухание глины может
привести к деформации конструкции. Нам приходилось на-
блюдать смещение конструкций на 10-30 см из-за бесконт-
рольного нагнетания за обделку подземных сооружений рас-
творов бентонитовых глин. Напротив, при наличии свобод-
ного пространства набухание глины может привести к воз-
никновению дефектов, и гидроизоляционная мембрана из
них не будет обеспечивать защиту сооружения. При исполь-
зовании в качестве гидроизоляционного материала глины не
требуется определенного срока для вызревания бетона, а
79
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
подготовка основания необходима лишь в минимальном
объеме. Из всех гидроизоляционных материалов данные, так
же, как и цементные, наименее токсичны и наносят мини-
мальный ущерб окружающей среде. Гидроизоляционная
мембрана на основе глин обладает способностью к самозале-
чиванию трещин. Но для этого необходимо, чтобы материал
плотно прилегал к бетону. Способы создания гидроизоляци-
онной мембраны относительно просты, однако глина отли-
чается крайней чувствительностью к погодным условиям, и
во время нанесения следует ее всячески оберегать. Если идет
дождь или происходит подъем уровня грунтовых вод и мате-
риал увлажняется до обратной засыпки, гидратация осуще-
ствляется прежде времени и гидроизолирующая способность
исчезает, поскольку увеличение объема произошло в откры-
том пространстве.
Сразу после укладки материала необходимо принять ме-
ры по защите и закрыть его полиэтиленовой пленкой, предо-
храняя от намокания до обратной засыпки. При использова-
нии глины в подземных условиях, где происходит падение и
поднятие уровня воды, ее состояние постепенно ухудшается и
она теряет гидроизолирующую способность. Бентонитовые
покрытия не должны применяться на участках, где имеется
свободное протекание грунтовых вод, поскольку в этом слу-
чае происходит их размывание. Бентонитовые глины не обла-
дают особой стойкостью к воздействию химических веществ,
содержащихся в грунтовых водах, таких как хлориды, суль-
фаты, кислоты и щелочи.
В настоящее время бентонитовые производные добавля-
ются в другие гидроизоляционные материалы, например в
термопластичные и резинобитумные. Такие системы были
разработаны в связи с тем, что при нанесении бентонитового
порошка распылением возникают трудности с регулировкой
толщины слоя и его адгезии субстратом. Материалы выпус-
каются и применяются в следующих видах: порошок, кото-
рый наносится распылением; плиты на картонной основе
80
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
(1,2x1,2 м); рулоны на различной основе, листы из бентонита
и каучука; тканевые маты различной ширины [3, 29, 30, 34,
40].
Бентонит, поставляемый в виде порошка с добавкой во-
ды, наносится распылением с помощью установок воздушно-
го нанесения. За счет того, что он обладает клеящей способ-
ностью, происходит его сцепление с основанием. Его можно
напылять прямо на опалубку или выполнить нанесение, ког-
да будет сформирована конструкция. После его укладки не-
обходимо произвести бетонирование, обеспечить засыпку па-
зух котлована и т.д. Расход за один проход для таких матери-
алов составляет 4,5-9 кг/м2 [30, 40].
При напылении порошкового бентонита не образуется
швов. В процессе нанесения следует постоянно осуществлять
наблюдение и контроль над тем, чтобы толщина слоя была
одинаковой. После нанесения до начала следующих техноло-
гических операций следует предохранять материал от атмо-
сферного воздействия, накрывая его полиэтиленом.
Материалы в виде панелей поставляются на основе кар-
тонных листов, обычно они имеют квадратную форму, со сто-
роной, равной 1,2 м (4 фута) с нанесенным на них бентонито-
вым материалом в количестве 4,5 кг/м2. Панели прикрепляют-
ся к субстратам с помощью дюбелей или специальных соста-
вов. После обратной засыпки картон панелей подвергается
разрушающему воздействию бактерий, а грунтовые воды вы-
зывают увеличение глины в объеме, и она приобретает гидро-
изоляционные свойства. Нахлест листов около 10 см. Уклад-
ку следует производить с перевязкой швов через ряд с подви-
ганием вперед на 30 см (рис. 30).
Таким мембранам требуется определенное время для того,
чтобы произошло разрушение картонных листов перед тем,
как начнется разбухание глины и она станет водонепроницае-
мой. Поэтому может произойти фильтрация воды в сооруже-
ние до того, как глина увеличится в объеме. На этот случай
производителями были разработаны материалы в виде пане-
81
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 30. Создание гидроизо-
ляционной мембраны из
бентонитовых листов.
1 - глиняная мастика для
монтажа бентонитовых лис-
тов (возможно крепление
дюбелями); 2 - бентонито-
вые листы; 3 - нахлест лис-
тов друг на друга; 4 - набуха-
ющая прокладка; 5 - напуск
листа на горизонтальную
площадку; 6 - величина пе-
ревязки при укладке листов;
7 - бетон стен; 8 - бетон по-
ла (фундаментная плита)
(все размеры даны в мм).
лей с полиэтиленовой или резиновой подкладкой, обеспечива-
ющей временную гидроизоляцию сооружения и защиту бето-
на до тех пор, пока не произойдет набухание глины.
Перед укладкой панелей раковины и пустоты в конструк-
циях следует заполнить специальными составами из глины,
которые применяют и для нанесения в местах сопряжений и
изменения наклона плоскости конструкций.
В зависимости от конкретных нужд и условий работ на
объекте могут использоваться панели различных сортов, на-
пример для применения в условиях агрессивных засоленных
вод или армированные для горизонтальной укладки, когда
поверх них производится укладка стальной арматуры. Пане-
ли укладываются внахлестку, около 10 см. Для удобства ра-
бот по укладке материалов в мембрану имеется предвари-
тельная заводская разметка.
Сегодня широко применяются мембраны из рулонных бен-
тонитовых материалов, полученных путем нанесения слоя
бентонитовой глины в количестве 4,5 кг/м2 на лист специально
обработанного полиэтилена шириной 1,2 м. Этот полиэтилен
82
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
также предохраняет глину от преждевременного набухания на
случай дождя перед обратной засыпкой и защищает такие мем-
браны от негативных воздействий, например хлоридов.
Комбинированные гидроизоляционные мембраны из бен-
тонита и каучука получаются при нанесении их смеси на слой
антиадгезива (полиэтилен, вощеная бумага). Продукция по-
ставляется в рулонах шириной 1 м и представляет из себя са-
москлеивающиеся материалы. По способу нанесения и экс-
плуатационным характеристикам они аналогичны резиноби-
тумным материалам [36, 39, 40].
Эти комбинированные материалы применяются для нане-
сения на горизонтальных поверхностях, в конструкциях плит
или при сооружении межэтажных перекрытий автостоянок.
Как и в случае применения мембран из резинобитумных мате-
риалов на выступах, сопряжениях, а также при изменениях
наклона плоскости конструкции должны применяться вспо-
могательные составы. Каждый из входящих в состав мембра-
ны материалов - полиэтилен, бутилкаучук и бентонит, - дей-
ствуя в сочетании с другими, обеспечивает получение надеж-
ной гидроизоляционной мембраны в сооружении. Сейчас на-
ходят широкое применение жгуты из бутилкаучука с добав-
кой бентонита, которые применяются для изоляции "холод-
ных" швов и сопряжений в бетоне (рис. 31). Однако при воз-
можных неравномерных осадках сооружения лучше приме-
нять для герметизации швов гидроизоляционные резиновые
или поливинилхлоридные шпонки.
В отличие от использования других систем на основе гли-
ны в данном случае бетонные субстраты должны быть проч-
ными и перед установкой шпонок должны находиться в сухом
состоянии. Следует обратить особое внимание на то, чтобы
конструкция сооружения позволяла обеспечить достаточное
пространство для разбухания глины и ее увеличения в объеме,
а в случае герметизации "холодных" швов необходимо иметь
защитный слой более 70 мм, в противном случае набухание
глины может привести к деформациям в бетоне.
83
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 31. Применение
герметизирующих про-
кладок по швам.
1 - бетон стены; 2 - на-
бухающая прокладка,
приклеенная или при-
битая дюбелями; 3 -
"холодный" шов; 4 -
фундаментная плита
(все размеры даны в
мм).
В мембранах из бентонитовых матов глина в количестве
4,5 кг/м2 расположена на тканевой основе. Коэффициент филь-
трации бентонитовой мембраны зависит от нагрузки. При на-
грузке от грунта в 2 кПа он находится на уровне 2 - 3 • 1010
м/сек. Благодаря проницаемости ткани становится возмож-
ным набухание глины сразу после обратной засыпки в отли-
чие от картонных панелей, которые дают замедленную реак-
цию из-за времени, необходимого на разложение бумаги. Тка-
невый материал не обеспечивает возможность самоприклеи-
вания, и для его нанесения на вертикальные поверхности необ-
ходимо использовать дюбели или специальные составы. Для
предотвращения преждевременного набухания применяется
способ защиты материала с помощью листового полиэтилена.
Данная система обладает особой эффективностью при исполь-
зовании ее на горизонтальных поверхностях, на которых ру-
лонный материал большого размера делает ненужным нали-
чие швов. Это снижает затраты на укладку материала и позво-
ляет избежать ошибок при герметизации швов.
Геосинтетические бентонитовые маты состоят из полотен
(например, пропиленовых), между которыми расположены
гранулы или порошок бентонита. Бентонитовые маты выпол-
няют толщиной 4,5-10 мм; их вес составляет около 4,5-9 кг/м2.
84
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Существуют следующие виды бентонитовых матов (рис. 32)
[3, 6, 29, 40]:
- бентонитовый слой расположен между синтетическими
неткаными материалами (геотекстилем) и соединяется с ними
за счет сцепления (рис. 32 а);
- бентонитовый слой расположен между двумя слоями ге-
отекстиля, которые прошиты между собой (рис. 32 б);
- бентонитовый слой расположен между двумя слоями ге-
отекстиля, которые связаны друг с другом за счет иглопроби-
вания (рис. 32 в);
- бентонитовый слой закреплен на поверхности полимер-
ной пленки за счет адгезии (рис. 32 г).
Бентонитовые маты укладываются на предварительно
подготовленную поверхность (грунт, бетон). Для обеспечения
герметизации швов полотна укладываются внахлест. В зонах
соединения между полотнами наносится бентонитовый поро-
шок (или паста). Уложенное покрытие закрывают бетонной
стяжкой или засыпают защитным слоем из мелкозернистого
песка. На наружные вертикальные поверхности маты прист-
реливаются дюбелями внахлест и затем засыпаются песчаным
грунтом с послойным уплотнением.
Высокая способность расширяться и адсорбировать воду
обеспечивает низкую водопроницаемость матов и малый ко-
эффициент диффузии. Благодаря способности разбухания ма-
териалы способны "самозалечиваться", ликвидируя механи-
ческие повреждения и трещины. Обладая прочностью на раз-
рыв - 12-20 кН/м, они могут воспринимать сравнительно вы-
сокие растягивающие усилия, при этом удлинение при разры-
ве вдоль полотна составляет 20-30%, поперек - 65-75%. Следу-
ет также отметить и удовлетворительную химическую стой-
кость бентонитов к агрессивным водам, химическим удобре-
ниям, бензину и дизельному топливу.
При изоляции различных сопряжений вокруг его контура
осуществляется обмазка бентонитовой пастой. Вокруг труб
укладывается жгут из бенто-каучука (см. рис. 33).
85
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 32. Виды гидроизоляционных бентонитовых матов
Бентонитовые маты применяются при выполнении следу-
ющих видов работ:
- гидроизоляции фундаментных плит, подземных частей зда-
ний и сооружений, тоннелей, бассейнов, плотин, свалок и т.п.;
- при возведении конструкций подземных сооружений при ус-
ловии возникновения незначительных неравномерных дефор-
маций;
86
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 33. Герметизация мест вво-
да инженерных коммуникаций в
сооружение при устройстве гид-
роизоляционной мембраны из
бентонитовых матов.
min 70 мм
1 - бетонная стена; 2 - бентонито-
вые маты; 3 - бенто-каучуковая
прокладка; 4 - труба; 5 - паста на
основе бентонита.
- при сооружении противофильтрационных завес для защиты
почвы и грунтовых вод от различных загрязняющих веществ;
- как защитный элемент в дорожном строительстве в качестве
водонепроницаемого экрана под асфальтобетонным покры-
тием.
К достоинствам материалов на основе бентонитовых
глин, кроме самозалечивания трещин, можно отнести просто-
ту нанесения, разнообразие видов и вспомогательных
средств. К недостаткам следует отнести возможность прежде-
временной гидратации, отсутствие стойкости к фильтрацион-
ным потокам воды, которые в городах часто возникают по
контуру фундамента зданий, низкую стойкость к сульфатам,
хлоридам, замораживанию/оттаиванию, воздействию пере-
менного уровня воды.
Бентонитовые материалы, насыщенные водой, теряют
свою эластичность при отрицательных температурах; при
температуре -28-е--30оС они становятся хрупкими. Эти матери-
алы хорошо наносить при новом строительстве в сухих усло-
виях производства работ. В случае ремонта или строительст-
ва при нанесении материалов на фильтрующие воду субстра-
ты их следует использовать только после остановки воды.
87
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
При работе на вертикальных поверхностях допускается
нанесение бентонитовых матов и листов по слою гранулиро-
ванного бентопорошка. Самым сложным при укладке листов
и матов является обработка углов и сопряжений. Эта работа
трудоемкая и требует аккуратного раскроя материалов.
На больших вертикальных площадях, при фильтрации
воды, бентонитовые маты можно крепить поверх вертикаль-
ного дренажного слоя типа DELTA MS фирмы Доркен, кото-
рый обеспечивает устранение негативного влияния воды (рис.
34). Однако при укладке листов на дренажное полотно следу-
ет учитывать пустотность полотна и давление, которое разви-
вает расширение бентонитовой гидроизоляционной мембра-
ны. После нанесения бентонитовых материалов укладывается
новый слой бетона. Фильтрация воды по контуру бентонито-
вой мембраны недопустима. При засыпке бентонитовых мем-
бран грунтом нужно обеспечить минимальное давление грун-
та 1,5 кН/м2.
Бентонитовые рулонные и листовые материалы хорошо
выдерживают равномерно распределенные нагрузки, но пло-
хо воспринимают концентрации напряжений.
Однослойное покрытие из бентонитовых панелей выдер-
живает гидростатическое давление воды 0,1 МПа. Когда ожи-
88
А. А. Шилин, M.B. Зайцев, И. А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
дается большее давление воды, следует устанавливать два и
более слоев. Максимальное давление, которое выдерживает
гидроизоляционная мембрана в подземных сооружениях, не
превышает 0,2 МПа [29, 30, 40].
Достоинства и недостатки материалов
гидроизоляционных мембран.
Выбор материалов
Таблица 8
Основные характеристики и условия использования материалов,
применяемых для создания гидроизоляционных мембран
Характеристи- ки, условие применения материалов Мембраны из метал- лических листов Мембраны из рулон- ных и лис- товых ма- териалов Мембраны из мате- риалов жидкого нанесения Мембраны на мине- ральных вяжущих Мембраны на основе глины
Удлинение при разрыве Минималь- ное Хорошее Прекрасное Отсутствует Хорошее
Химическая стойкость в грунте и атмосфере Хорошая при качест- венной защите Хорошая От средней до хорошей Хорошая Средняя
Трудоемкость укладки Большая Средняя Малая Малая Малая
Толщина слоя 6 мм и более 0,5-10 мм, иногда больше 1,5-2 мм 1-5 мм, иногда больше 5-10 мм
Необходимость наличия за- щитного покры- тия (стяжки) нет да да нет нет
Возможность работы при позитивном и негативном давлении воды В любом режиме Только при позитивном давлении Только при позитивном давлении В любом режиме Только при позитивном давлении
Участки, требующие обследования и дополнительных усилий и затрат при нанесении материалов Швы, накладки, качество защитных покрытий, анкера, сопряже- ния Нахлест полотнищ и швы; про- филирова- ние у отве- рстий и со- пряжений, переходных наземных элементов Толщина материала, особенно у перегибов; профили- рование и грунтовка у отверстий и сопря- жений Галтели, швы и со- пряжения; профили- рование швов и трещин Нахлест, профили- рование у отверстий и изменении плоскости
89
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
продолжение таблицы 8
Ремонт От средней трудности до нере- монтопри- годности От средней трудности до трудного От средней трудности до трудного Простой при укладке по внутренне- му контуру От средней трудности до трудного
Необходимость защиты при засыпке пазух нет да да нет Да
Стоимость работ Самая высокая Средняя Средняя и высокая Низкая и средняя Низкая и средняя
Необходимость в квалифициро- ванной рабочей силе Высокая Средняя Средняя Средняя Средняя
Достоинства и недостатки основных типов
гидроизоляционных мембран
Таблица 9
Мембраны из рулонных и листовых материалов
Достоинства Недостатки
Одинаковая толщина, определяемая изготовителем Трудно производить укладку на вертикальных поверхностях
Возможность применения рулонов большой ширины для укладки на горизонтальных поверхностях Трудности в герметизации швов и особенно при нахлесте трех и более листов
Хорошая химическая стойкость Трудность укладки вокруг профилированных деталей, выступов и сопряжений различных материалов
Таблица 10
Мембраны из материалов жидкого нанесения
Достоинства Недостатки
Прекрасные эластомерные свойства Высокая производительность нанесения Отсутствие швов при непрерывной технологии нанесения Регулирование и контроль толщины нанесения осуществляются на стройплощадке Нельзя наносить на поверхности во влажном или неотвердевшем состоянии Токсичность и огнеопасность
90
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица 11
Материалы из минеральных вяжущих
Достоинства Недостатки
Могут наноситься со стороны позитивного или негативного давления воды Могут использоваться при проведении ремонта Не требуется использования бетонных стяжек по дренажу и водопонижения Не обладают способностью переносить значительные деформации Необходимо смешивание на стройплощадке Большинство из них не предназначается для участков с высокими транспортными нагрузками Необходим контроль толщины
Таблица 12
Мембраны н а основе бентонитовых глин
Достоинства Недостатки
Способность к самозакрытию трещин Легкость нанесения Разнообразные виды материалов в системе и различные виды их упаковки Гидратация глины может произойти до обратной засыпки грунтом пазух Не обладает стойкостью к воздействию замораживания/оттаивания, химических веществ, содержащихся в грунте, особенно хлоридов и сульфатов Нанесение должно производиться в условиях проектирования ограниченного пространства, чтобы смогло произойти необходимое разбухание глины. Размываются потоками воды
В зависимости от гидростатического давления воды об-
ласть применения различных типов гидроизоляционных мем-
бран может быть определена с учетом данных табл. 13.
Конструкция гидроизоляционной мембраны сооружений
должна предусматривать защиту всего контура или распола-
гаться выше максимального уровня грунтовых вод, не менее
чем на 0,5 м. При отсутствии гидростатического давления во-
ды в зоне сооружения нужно учитывать наличие в грунтах ка-
пиллярной влаги. Средние значения максимального поднятия
91
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
капиллярной воды в зависимости от вида грунта приведены в
табл. 14 [5, 13, 30].
Таблица 13
Тип гидроизоляционной мембраны
Металлические листы Рулонные, органиче- ские Безрулонные органические Безрулонные, минеральные На основе бентонитовых глин
Г идростатическое давление воды, м Не ограничено Не ограничено 60 0 40 0 60 30 20 0
В числителе приводятся значения при активном давлении воды.
В знаменателе - при негативном давлении воды.
Таблица 14
Вид грунта Капиллярный подъем воды, м
Пески: • крупнозернистые • среднезернистые • мелкозернистые 0,03-0,15 0,15-0,35 0,35-1,1
Супеси 1,1-2,0
Суглинки: • легкие • средние и тяжелые • лессовые и глинистые грунты 2,0-2,5 3,5-6,5 4,0 и более
Глины до 12,0
Илы ДО 25,0
Количество слоев наиболее широко используемой в прак-
тике рулонной гидроизоляционной мембраны на битумной,
битумно-полимерной основе следует назначать в зависимос-
ти от величины гидростатического давления воды и допусти-
мой относительной влажности в защищаемом помещении со-
гласно табл. 15.
Таблица 15
Г идростатическое давление, м.вод.столба Количество слоев рулонной битумно-полимерной гидроизоляционной мембраны при относительной влажности в помещении, %
менее 60 60-75 свыше 75
до 10 м 3 3 2
более 10 м 4 4 3
92
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Следует учитывать, что даже правильный выбор материа-
ла не гарантирует полностью качества выполнения гидроизо-
ляционных работ. На него оказывает влияние множество фак-
торов, включая конструктивные особенности сооружения, ква-
лификацию кадров, качество подготовительных работ и пр.
Часто и справедливо принимаются к производству работ
такие рулонные материалы, которые более приемлемы с точ-
ки зрения техники безопасности и организации труда.
На технологию производства работ большое влияние
оказывают сроки строительства объекта, сроки укладки и вы-
зревания бетона, время производства работ, наличие сосед-
них конструкций и сооружений, с которыми выбранная гид-
роизоляционная мембрана должна быть совместима. Нельзя
не учитывать форму конструкций и стоимость подготови-
тельных работ.
Безусловно, при выборе технологии производства работ
следует учитывать и гарантии производителей работ. Обыч-
но они составляют 2-3 года. Производитель материалов чаще
всего дает на них любые гарантии, так как крупные фирмы
страхуют риски. Кроме того, опытный производитель мате-
риалов всегда может уйти от ответственности и перенести ви-
ну на производителя работ, службу эксплуатации и т.д.
При производстве работ по созданию гидроизоляционной
мембраны, обеспечивающей защиту подземного сооружения
от воды и ее паров, необходимо выполнять несколько ступеней
защиты как по площади производства работ, так и на участках
сопряжений строительных конструкций и материалов.
Если рассматривать строительство и ремонт подземных
сооружений, то нужно иметь в виду, что при позитивном дав-
лении воды предпочтение может быть отдано как рулонным,
так и безрулонным органическим и минеральным покрыти-
ям. В условиях ремонта или выполнения работ изнутри со-
оружения, работающего при воздействии негативного давле-
ния воды, предпочтение всегда отдается минеральным водо-
непроницаемым, но паропроницаемым покрытиям.
93
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рулонные материалы, используемые для создания гидро-
изоляционных мембран в подземных сооружениях, с точки зре-
ния надежности работы гидроизоляционной системы, должны
иметь сплошное приклеивание ковра и наноситься в два и бо-
лее слоев. Нанесение материалов должно осуществляться по
сухому основанию с влажностью бетона не более 5%. Адгезия
мембраны к бетону должна быть не менее 1 Н/мм2[24, 29, 86].
При выполнении работ по созданию мембраны в подзем-
ных и заглубленных сооружениях, возводимых открытым
способом, следует определить минимальный промежуток вре-
мени, в который она может быть засыпана грунтом. Наличие
обломочных кусков породы или мусора и осадка грунта мо-
жет повредить мембрану во время засыпки даже при наличии
защитных стенок.
Загрязнение грунтовых вод веществами, агрессивными по
отношению к материалу, может привести к разрушению мем-
браны, если эта возможность не учитывалась. Такое часто
происходит, например, при загрязнении воды углеводорода-
ми, которые разрушают битумные материалы.
Наличие перепадов уровня воды может способствовать
превышению расчетного гидростатического давления или раз-
рушению мембраны за счет попеременного замораживания/от-
таивания, намокания/высушивания. При проектировании гид-
роизоляционной мембраны необходимо учитывать деформа-
ции в сооружении, включая усадку и набухание бетона, а также
возможные перепады температуры. Чаще всего не учитывают
усадку бетона, которая иногда происходит в течение длитель-
ного периода времени и достигает значительной величины.
Отказ гидроизоляционной мембраны имеет серьезные по-
следствия для эксплуатации сооружений. Это можно проил-
люстрировать данными рис. 35, характеризующими состоя-
ние типовых тоннелей инженерных коммуникаций.
Эти результаты получены на основе статистических дан-
ных 25% от общего числа тоннелей в г. Москве при их обсле-
довании, ремонте и разработке эксплуатационных тарифов.
94
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 35
За последние 10 лет нами кроме обследования 80 км тон-
нелей инженерных коммуникаций было изучено более 500
различных подземных и заглубленных сооружений, и можно
с уверенностью констатировать, что такая картина характер-
на для всех отраслей промышленности. Отказов по несущей
способности в сооружениях отмечено мало, а отказы гидро-
изоляционной системы имели место в 95% случаях. Причем
большинство отказов имело место на ранней стадии эксплуа-
тации сооружений (см. табл. 1).
1.8. ПРИЧИНЫ НАМОКАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
И МЕРЫ ПО ИХ УСТРАНЕНИЮ
Конструкции подземных сооружений могут подвергаться
намоканию по разным причинам. В зависимости от источни-
95
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ков влаги может произойти капельно-жидкое или конденса-
ционное увлажнение.
Капельно-жидкая влага может проникать в конструкции
различными способами. Фильтрация в сооружение воды про-
исходит в случае отказа гидроизоляционной системы после
выпадения дождей, таяния снега, прорыва трубопровода вне
сооружения или из-за подъема уровня грунтовых вод и т.п.
Грунтовая влага поднимается снизу вверх по стенам зда-
ния при отсутствии, неправильном расположении или выходе
из строя горизонтальной мембраны в стенах и нарушении ги-
дроизоляционной мембраны по внешнему контуру подзем-
ной части сооружения.
Конденсационное увлажнение конструкций происходит
при перемещении водяных паров из зоны высоких в зону по-
ниженных парциальных давлений и пересыщения воздуха
влагой при падении температуры. Перемещение воздушных
паров совершается тем интенсивнее, чем больше температур-
ный перепад и больше процент влажности теплого воздуха.
Разница температуры грунта вне сооружения и воздуха в со-
оружении либо воздуха в соседних помещениях вызывается
эксплуатационным режимом, сезонными колебаниями темпе-
ратуры, глубиной сооружения и неодинаковым отоплением
помещений. Разница между температурой воздуха и темпера-
турой конструкций подземных сооружений может быть обус-
ловлена температурным гистерезисом. Это явление наблюда-
ется в массивных частях сооружений, построенных из матери-
алов большой теплоемкости, при суточных и сезонных коле-
баниях температуры воздуха, когда нагревание и остывание
теплоемких частей сооружения не поспевает за нагреванием и
остыванием самого воздуха даже при наличии теплоизоляции
сооружения. Весной или утром эти части еще сохраняют свою
зимнюю или ночную низкую температуру, в то время как воз-
дух уже нагрелся. В подземном сооружении это происходит
при отсутствии регулирования температуры поступающего с
вентиляционной струей воздуха. Исходя из вышеуказанных
96
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
процессов, различают три разновидности конденсации воды
в конструкциях сооружений - систематическую, дифференци-
альную и круговую. Под систематической конденсацией пони-
мают конденсацию, возникающую в конструкциях, а также в
массе материалов конструкций при перемещении водяных па-
ров вместе с теплым воздухом из нагретой части конструкций
в сторону пониженных температур, чаще всего это происхо-
дит в связи со значительным и длительным температурным
перепадом. Такой процесс происходит в конструкциях под-
земных сооружений при отсутствии теплоизоляции и наличии
в них повышенного влажностного и температурного фона.
Дифференциальная конденсация - это конденсация влаги на по-
верхности конструкции при росте или падении температуры
воздуха вследствие температурного гистерезиса конструкций.
Такой процесс происходит при подаче холодного или тепло-
го воздуха в теплое или холодное подземное сооружение даже
при наличии исправной гидроизоляционной мембраны по
внешнему контуру. Круговой конденсацией называют конден-
сацию, происходящую за счет смещения водяных паров в пре-
делах одного и того же замкнутого объема воздуха в полости
конструкции или материала, в виде периодического чередова-
ния осаждения капель на попеременно охлаждаемой стороне.
Это явление может происходить в массивных конструкциях
подземных сооружений, таких как пилоны. Гидроизоляцион-
ная система сооружений страдает главным образом от систе-
матической и дифференциальной конденсации. Конденсаци-
онными центрами являются и места примыкания к конструк-
циям более плотных и проводящих тепло материалов, напри-
мер металла и т.д. [24, 29, 32, 45, 88, 89].
Систематическая конденсация может иметь место в слу-
чае повышенной влажности помещения (питьевые резервуа-
ры, тоннели инженерных коммуникаций). Пары воздуха про-
никают в бетон и конденсируются под гидроизоляционной
мембраной и отрывают ее. При отсутствии теплоизоляции в
зимнее время мембрана может быть разрушена. Кроме того,
97
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
если мембрана потеряла сцепление с субстратом, то любой
дефект, имеющийся в ней, может способствовать протечкам
воды.
Конденсация пара при прохождении через конструкции
зависит от степени падения упругости водяного пара. Если
падение упругости водяного пара внутри сооружения боль-
ше, чем максимальная упругость пара, соответствующая па-
дению температуры в стене, тогда конденсации нет; если же
падение упругости водяного пара оказалось меньшим, тогда
происходит конденсация.
Перемещение солей в конструкциях представляет собой
молекулярное движение (диффузию) растворимых солей че-
рез жидкую среду. Влага вследствие капиллярности бетона
перемещается в сухие части конструкций, а с ней происходит
перемещение солей. Капиллярность представляет явление на
границе двух различных агрегатных состояний, диффузия -
перемещение в пределах одного и того же агрегатного состо-
яния. Движение солей направлено к поверхности, где про-
исходит большее испарение.
Влияние внешних окружающих условий выражается в
том, что объем испарения влаги увеличивается с повышени-
ем температуры снаружи сооружения, уменьшением относи-
тельной влажности и увеличением скорости движения внутри
сооружения, шероховатости испаряющей поверхности.
Вода в виде паров, теряемая поверхностями сооружения,
может замещаться капиллярной влагой, поступающей с на-
ружной стороны сооружения, в противном случае - поверх-
ность испарения перемещается внутрь материала конструк-
ции.
В начальной стадии испарения величина потерь воды за-
висит только от окружающих условий, а не от структуры ма-
териала, и близка к величине испарения со свободной поверх-
ности воды. Так, например, испарение с поверхности влажно-
го бетона и кирпича - 0,0156 г/см2час, а испарение с поверхно-
сти воды - 0,0150 г/см2час.
98
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
До тех пор пока скорость и количество воды, перемещаю-
щейся к поверхности конструкции, достаточны, чтобы ком-
пенсировать потери ее при испарении, поверхность остается
влажной, а испарение зависит исключительно от окружаю-
щих условий. Если же количество воды, достигающей поверх-
ности, слишком мало, чтобы удерживать поверхность влаж-
ной, испарение управляется капиллярными свойствами от-
дельных материалов [22, 88, 89].
Высота подъема капиллярной влаги над уровнем грунта
при отказе гидроизоляционной мембраны в кирпичных сте-
нах зданий обычно доходит до 2 м.
Колебания высоты подъема влаги в зависимости от вре-
мени года невелики. Однако может иметь значение изменение
уровня весенних и осенних поверхностных вод. При постепен-
ном засолении конструкций, которое происходит из-за испа-
рения капиллярной влаги с поверхности стен, гидрофобность
конструкции увеличивается.
Наиболее благоприятные условия эксплуатации создают-
ся для конструкций (например, стены с внутренней и внешней
отделкой или гидроизоляционной мембраной), когда со сто-
роны пониженных температур расположены наименее тепло-
проводные и теплоемкие, но в то же время наиболее воздухо-
и паропроницаемые материалы. Положительный эффект на-
блюдается, когда для влагообмена в конструкциях имеются
воздушные прослойки, сообщающиеся с наружным возду-
хом.
Отделка стен подземных и заглубленных помещений
камнем, кафелем, штукатуркой и непроницаемой краской
обычно обладает меньшей паропроницаемостью, нежели ос-
новные материалы стены, и является, таким образом, паро-
изолятором. Существует пять схем расположения пароизо-
ляционных материалов в ограждениях сооружений [28, 88,
89].
1-я схема - ограждение из материалов равномерной водо-
и паропроницаемости, без пароизоляции, то есть стены со-
99
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
оружения не облицованы или материал конструкции является
материалом облицовки.
2-я схема - пароизоляционный слой расположен в конце
теплового потока со стороны пониженных температур. Это
имеет место при наружной облицовке сооружения плотным
камнем или нахождении гидроизоляционной мембраны по
внешнему контуру стен.
Пары, проходя через пористый основной материал стены,
задерживаются под плотной облицовкой или гидроизоляци-
онной мембраной и конденсируются сзади нее. При прохож-
дении паров и влаги растворимые вещества бетона и кладки
выносятся наружу и образуют высолы, которые могут так же,
как и избыток воды, негативно сказаться на сцеплении обли-
цовки или мембраны с конструкцией.
3-я схема - пароизоляционный слой расположен в начале
теплового потока непосредственно на поверхности огражде-
ния со стороны повышенных температур. Это происходит,
когда стены подземного сооружения облицованы внутри
плотным камнем, кафелем, специальным покрытием (гидро-
изоляционной мембраной). Такая конструкция благоприятна
для сопротивления ограждения воспринятию паров и облег-
чает их удаление.
4-я схема - пароизолирующие материалы расположены на
двух поверхностях ограждения, то есть стены облицованы с
обеих сторон плотным камнем, кафелем, специальным по-
крытием. В условиях переменных температур в таких конст-
рукциях возможна круговая конденсация. Такая схема харак-
терна для холодильников.
5-я схема - пароизолирующий слой, например гидроизо-
ляционная мембрана, расположен внутри конструкции. Наи-
более благоприятным является расположение его ближе к
стороне с положительной температурой.
100
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
1.9. ЗАЩИТА СООРУЖЕНИЯ ОТ ПРОНИКНОВЕНИЯ
ПАРОВ ВОДЫ
Железобетонные конструкции, изготовленные при со-
блюдении строительных норм и правил, могут обеспечить за-
данный уровень водонепроницаемости сооружения, но бетон
- паропроницаемый материал, и если не принимать необхо-
димых мер, то он будет активно пропускать пары воды.
Количество проходящего через бетон пара зависит от ка-
чества бетона, температуры породного массива и воздуха в
помещении, режима вентиляции и т.п.
Если вентиляция обеспечивает требуемый уровень влаж-
ности в сооружении, то негативного влияния на его эксплуа-
тационный режим пары воды не оказывают.
Перемещение паров воды всегда происходит из влажного
пространства в сухое. В этом случае, если по внутреннему
контуру сооружения, испытывающего внешнее воздействие
влаги, выполнить паронепроницаемое покрытие и не обеспе-
чить его прижатие к обделке за счет дополнительного пригру-
за, конденсация паров воды под покрытием будет возрастать,
что практически всегда приводит к его разрушению и отслое-
нию. Вначале на покрытии появляются пузыри или сетка тре-
щин, пропускающих пар или воду, а затем начинается его от-
слоение. С подобным явлением приходится постоянно стал-
киваться при покраске фасадов зданий, когда под воздействи-
ем парциального давления паров воды происходит отслоение
непроницаемой или слабопроницаемой краски.
Особое внимание при проектировании гидроизоляцион-
ной системы должно уделяться температуре и влажности воз-
духа в помещениях подземных сооружений, а также темпера-
туре конструкций внешнего контура.
Одним из основных показателей качества воздуха поме-
щений подземных сооружений является его влажность.
Существуют:
1) абсолютная влажность, которая оценивает количество
101
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
водяного пара в г/м3. Это количество не должно превышать
определенных величин. Определяется абсолютная влажность
W как отношение т /чв, где тв - масса воды (г), ve - объем воз-
духа (м3);
2) равновесная влажность, которая оценивает максималь-
но возможное количество воды в объеме воздуха. Определя-
ется эта влажность Wh как отношение , где твтах - мак-
симально возможная масса воды в воздухе (г);
3) относительная влажность, которая определяет соотно-
шение между абсолютной и равновесной влажностью возду-
Wa
ха. Определяется Wom в % как отношение — • 100.
Относительная влажность зависит от температуры воздуха.
Часто в сооружениях, имеющих качественную гидроизо-
ляционную мембрану, вода появляется из-за образования
конденсата, который выпадает, когда воздух насыщен водя-
ным паром, а температура конструкций ниже температуры
воздуха. Исключением является случай, когда относительная
влажность воздуха составляет 100%, тогда конденсат (точка
росы) выпадает при температуре конструкций, равной темпе-
ратуре воздуха.
Температура точки росы зависит и от парциального дав-
ления водяного пара. Парциальное давление водяного пара
W • Р
определяется как соотношение РНг0 = от
где Pwt н 0- давление насыщения водяного пара.
Наличие конденсата повышает влажность конструкций,
делает невозможным выполнять отделочные работы. Умень-
шить образование конденсационной влаги можно применив
теплоизоляционные покрытия, улучшив вентиляцию, снизив
влажность воздуха в помещении.
При высокой влажности воздуха (>80%) даже при незна-
чительных перепадах в температурах воздуха в помещениях и
102
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
температуре стен, равной 3-4°С, происходит поверхностная
конденсация влаги (см. табл. 16) [74, 75].
Таблица 16
Значения температуры точки росы Г, °C воздуха
при различной влажности и температуре
Тем- пера- тура воз- V Температура точки росы в иС при относительной влажности воздуха, %
30 40 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Равновес- ная влажность (W„), г/м3
0 -15,4 -12,0 -8,1 -6,6 -5,6 -4,7 -3,8 -3,1 -2,3 -1,6 -0,9 4,8
+2 -13.7 -10,2 -6,5 -6,3 -4,3 -3,4 -2,5 -1.6 -0,8 -0,1 0,6 5,6
+4 -12,0 -8,5 -4,8 -4,8 -2,7 -1,8 -0,9 -0,1 +0,8 1,6 2,4 6,4
+6 -10,3 -6,6 -3,2 -3,2 -1.0 -0,1 +0,9 1,9 2,8 3,6 4,4 7,3
+8 -8,5 -4,8 -1.6 -1.6 +0,7 1.8 2,9 3,9 4,8 6,5 6.4 8,3
+10 -6,7 -2,9 0.1 0,1 2,6 3,7 4,8 5,8 6,7 7,6 8,4 9,4
+12 -5,0 -1.2 1,9 1,9 4,3 6,5 6,6 7,6 8,5 9,5 10,3 10,7
+14 -3,3 -0,6 3,8 3,8 6,4 7,5 8.6 9,6 10,6 11.6 12,4 12,1
+16 -1.5 2,4 5,6 6,6 8,2 9,4 10,5 11,5 12,5 13,4 14,3 13,6
+18 0,2 4,2 7,4 7,4 10,1 11,3 12,4 13,5 14,5 15,4 16,3 15,4
+20 1.9 6,0 9.3 9,3 12,0 13,2 14,3 15,4 16,5 17.4 18,3 17,3
+22 3,6 7,7 11.1 11,1 13,9 15,2 16,3 17,4 18,4 19,4 20,3 19,4
+24- 5,4 9,5 13,0 13,0 15,8 17,0 18,2 19,3 20,3 21,2 22,2 21,8
+26 7,1 11,3 14,9 14,9 17,6 18,9 19,8 21,1 22,5 23,5 24,2 24,4
+30 10,5 14,9 18,5 18,5 21,2 22,8 24,2 25,3 26,4 27,5 28,5 30,4
Учет конденсатной влаги особенно важен при примене-
нии проницаемых для паров воды гидроизоляционных мемб-
ран. К таким мембранам относятся обмазочные полимерце-
ментные, бентонитовые, цементные пенетрирующие и другие
’’дышащие" покрытия.
При их использовании кроме конденсатной влаги, кото-
рая выделяется из воздуха, может происходить конденсация
паров воды, проходимых через покрытие.
Количество влаги в единицу времени при конденсации
водяного пара на конструкциях можно определить исходя из
величины насыщенной влажности, разницы температуры
воздуха и конструкции, объема подаваемого воздуха (табл.
17).
103
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Таблица 17
Насыщенная влажность воздуха г/м3, в зависимости
от температуры t, °C
t,°c -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11
WH 0,89 0,97 1,06 1,16 1,27 1,39 1,52 1,66 1,81 1,97
t,°C -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1
WH 2,15 2,34 2,54 2,76 3,00 3,26 3,53 3,83 4,15 4,48
t,°C 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +9
WH 4,86 5,18 5,57 5,96 6,37 6,78 7,26 7,74 8,27 8,83
t,°C +10 +11 +12 +13 +14 +15 +16 +17 +18 +19
WH 9,40 10,03 10,67 11,38 12,05 12,83 13,66 14,49 15,36 16,29
t,°C +20 +21 +22 +23 +24 +25 +26 +27 +28 +29
WH 17,30 18,35 19,40 20,55 21,80 23,05 24,45 25,75 27,20 28,70
При нанесении покрытий на поверхность строительных
конструкций, выполненных из различных материалов, необ-
ходимо учитывать их влажность, которая часто зависит и из-
меняется от влажности окружающего воздуха.
При определении влажности строительных материалов
важно учитывать воздействие на них окружающей среды, в
основном изменение значений температуры и влажности воз-
духа.
Влажность материала в значительной мере зависит от
теплопроводности, теплоемкости, гигроскопичности и диф-
фузионного сопротивления проникновению водяных паров.
Но и теплопроводность материала зависит от его влажности.
Необходимая эксплуатационная влажность материалов
соответствует среднему значению равновесной влажности
при изменяющихся климатических условиях, воздействию ко-
торых подвергается строительный материал на протяжении
длительного периода времени.
Значение относительной влажности воздуха в сооружени-
ях колеблется от 30 до 90%. В результате этих колебаний
влажность материала сильно измеряется, а при значительных
перепадах температуры внутри и вне помещения происходит
104
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
перемещение паров через тело конструкции, что часто приво-
дит к появлению влажных пятен, отслоению красок и покры-
тий, потере материалом своих свойств.
Количество влаги в материале может быть определено по
формулам:
Массовое отношение влаги в материале,
%(И} = 100 Объемное отношение влаги в материале, у W %(V) = ^ 1000 (8) (9)
Массовое отношение влаги в материале,
(iv)(Ю)
/о
где: уо - плотность материала, кг/м3; тв - масса влажного ма-
териала, кг; тс - масса сухого материала, кг.
Изменение равновесной влажности можно представить в
виде графика (рис. 36).
Светлая зона показывает зону равновесной влажности.
Светло-темная зона показывает изменение относительной
влажности материала. Неспособные к диффузии паров воды
материалы не рекомендуется укладывать на субстраты, нахо-
дящиеся в таких условиях.
Темная зона показывает, что конструкция сырая. Уклад-
ка несклонных к диффузии паров воды покрытий на конст-
рукции, находящейся в таком состоянии, невозможна.
Относительная влажность
воздуха, %
Состояние материала
Сухой Область выравнивания Сырой
Рис. 36.
105
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Следует учитывать, что полное выравнивание влажности
в массивных конструкциях может занимать значительный пе-
риод времени, иногда до 1-2 лет.
Это зависит от сорбционной способности материала,
влажности окружающей среды и т.д.
Ниже приведены графики изменения влажности материа-
лов строительных конструкций, оцененных показаниями при-
бора фирмы GANN (УНИ-1, УНИ-2) (см. рис. 37).
Бетон В15 (DIN 104548)
Бетон В35 (DIN 1045-В8)
1,5 2 2,5 3 Весовая влажность, %
Цементный раствор
10 20 30 40 50 60 70 80 Показания прибора, единицы
Известковый раствор
10 2 0 3 0 40 50 60 70 80 Показания прибора, единицы
Гипсовая штукатурка
Весовая влажность, %
Показания прибора, единицы
Весовая влажность, %
Пенобетон
Показания прибора, единицы
Весовая влажность, %
Рис. 37.
106
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Эти значения массового отношения влаги в материале
можно перевести в значения объемной влажности, что, на-
пример, для бетона составит 5-6%.
Для получения ориентировочных значений объема кон-
денсата в сооружении можно использовать известные зависи-
мости по расчету тепло- влагообмена в ограждающих конст-
рукциях для стационарных условий. Исходная расчетная схе-
ма представлена на рис. 38.
Рис. 38.
Расчетная схема
Расчет сводится к определению температуры на внутрен-
ней стороне ограждающей конструкции (т), которая сравни-
вается с температурой (т'в) образования точки росы в зависи-
мости от температуры воздуха (т) и его влажности (nJ внут-
ри сооружения.
Если точка росы находится на внутренней стороне ограж-
дающей конструкции, то определяется количество конденсат-
ной влаги (со) в г/м2.ч (рис. 39) [74, 75].
Расчетные зависимости т = t - ——— ( 11 )
в" в Ro
где: тн - температура внутренней поверхности стены; te - тем-
пература наружного воздуха, °C; - температура воздуха вну-
три сооружения, °C; а - коэффициент теплоотдачи внутрен-
ней поверхности, Вт/м2 °C; Ro - термическое сопротивление
ограждающей конструкции, м2 °С/Вт;
107
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 39. Выпадение конденсацион-
ной влаги, г/(м2.ч), при соответствую-
щих температурах поверхности сте-
ны и различных значениях относи-
тельной влажности воздуха.
(12)
где 8. - толщина слоя многослойной ограждающей конструк-
ции, м; Л - теплопроводность материала слоя многослойной
ограждающей конструкции, Вт/м°С; а- коэффициент тепло-
отдачи наружной поверхности, Вт/м2 °C.
Для определения стационарного температурного поля
внутри многослойной ограждающей конструкции можно ис-
пользовать графоаналитический метод, где толщина элемен-
тов конструкции задается в масштабе термического сопро-
тивления (Ro) [75].
Нанесение любого типа покрытий на строительные кон-
струкции должно рассматриваться и оцениваться только в со-
четании с диффузионной способностью используемого мате-
риала и направления воздействия водяного пара и воды.
Существует несколько показателей диффузионной спо-
собности материалов.
В зарубежной практике диффузионная способность по-
крытий по проницаемости водяных паров часто оценивается
по сравнению с показателем проницаемости толщины экви-
валентного воздушного слоя ($ДН0).
108
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
По этому показателю проницаемыми можно считать та-
кие покрытия, которые имеют н 0 < 4 м.
По данным практики, если покрытие имеет меньшую, чем
бетон, проницаемость паров воды в 3 и более раз и нанесено на
поверхность, подверженную негативному давлению воды или
пара, то при значительной величине влаги в сооружении про-
исходит отслоение покрытия. Скорость разрушения покрытия
и объемы нарушений зависят от многих факторов - давления
воды и пара, прочности сцепления его с бетоном и т.д. (рис. 40).
7
Рис. 40. Разрушение паронепроницаемого покрытия (краски) в сооружении.
1 - бетон конструкции; 2 - обмазочное полимерцементное покрытие; 3 - цементно-пе-
счаный штукатурный слой; 4 - непроницаемая краска; 5 - отрыв краски; 6 - пары во-
ды; 7 - вода.
Органические покрытия, обладающие низкой проницае-
мостью паров воды (битумно-полимерные, эпоксидные, по-
лиуретановые, полиметилметакрилатные и др.), не следует
наносить на поверхности бетонных конструкций, не защи-
щенные от проникновения в них влаги.
В практике строительных работ при проектировании и
нанесении органических покрытий на конструкции сооруже-
ний чаще всего встречаются следующие ошибки:
1. Производитель работ считает, что поверхность для на-
несения покрытия сухая и ее объемная влажность не превы-
шает 5-6%.
109
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
В этом случае, если на поверхности бетона в качестве кон-
трольного теста разместить герметичный полиэтиленовый
экран и под ним за определенный период времени (от 4 часов
до суток) не произойдет конденсации паров воды, то нано-
сить органическое покрытие можно. Если под полиэтиленом
происходит конденсация паров воды, то субстрат не приго-
ден к нанесению покрытий.
Влажность субстрата можно быстро проверить, опреде-
лив ее поверхностное и глубинное значение. Если различие
существенное (более ошибки прибора), то нанесение покры-
тий нецелесообразно.
Но часто бывают случаи, когда покрытие было нанесено
на сухую поверхность, например на внутреннюю поверхность
бетона при строительстве заглубленного объекта открытым
способом. В этом случае при изменении условий эксплуата-
ции и засыпке пазух котлована начнется воздействие паров
воды на конструкцию и непроницаемое покрытие будет раз-
рушено, если оно не защищено пароизоляционным барьером.
2. Производитель работ считает, что покрытие можно на-
носить по влажным поверхностям. Однако в своем решении
он руководствуется только лабораторными испытаниями на
адгезию покрытия к образцам бетона, чаще всего кубикам. В
этом случае при нанесении покрытия кистью или шпателем
происходит физическое оттеснение воды из пор и капилляров
в бетоне, а поступления паров воды и их конденсация под по-
крытием или при погружении в воду на дальнейшее хранение
не наблюдается, так как образец отдает воду в окружающую
среду. В этом случае испытание образца покрытия может не
соответствовать условиям его реального применения и оно
разрушится при укладке.
При проектировании гидроизоляционной системы и на-
несении материалов мембран следует учитывать специфику
работы сооружения. Для всех подземных сооружений харак-
терно воздействие воды и ее паров.
ПО
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
1.10. ПАРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Пароизоляция является составной частью гидроизоля-
ционной системы. Она предотвращает проникновение пара,
перемещающегося вверх по капиллярам сквозь грунт, в по-
ры бетона. Без такой защиты происходит отслаивание по-
крытий при их низкой паропроницаемости, становится воз-
можной коррозия арматурного каркаса несущих элементов
конструкций, шелушение окрасочного слоя, образование
плесени и высолов, а также повышение влажности в соору-
жении.
Пароизоляционные материалы обычно не используются
для создания гидроизоляционных мембран. Однако при на-
личии работающего дренажа они обеспечивают защиту внут-
ренних помещений подземного сооружения от миграции па-
ров воды. Их также рекомендуется применять при паропро-
ницаемых гидроизоляционных мембранах, когда проектиру-
ется устройство паронепроницаемых покрытий внутри соору-
жений. К таким покрытиям чаще всего относят наливные ор-
ганические покрытия полов.
Обычно эти материалы используют на плитах, в том чис-
ле расположенных под уклоном, иногда применяют при па-
роизоляции вертикальных поверхностей.
Материалы изготавливаются из поливинилхлорида, кар-
тона с поливиниловым покрытием или полиэтилена. Рулон-
ный полиэтилен может быть прозрачным или иметь черную
окраску, а его толщина составляет от 0,15 до 0,75 мм. Толщи-
на поливинилхлоридных материалов находится в пределах от
0,25 до 1,5 мм.
Пароизоляционные материалы укладываются путем раз-
мотки рулонов и распределяются по подготовленному слою
щебня, песка, стяжке и уплотненному грунту, причем ширина
нахлестки в швах составляет 15-20 см. Эти материалы уклады-
ваются под плитами, а далее вверх по контуру сооружения и
поверх перекрытия. Такая их укладка необходима для сохра-
111
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
нения целостности пароизоляционной оболочки сооружения
[9, 29, 30, 40].
В глинистом и илистом грунте, где наблюдается макси-
мальное капиллярное поднятие воды, места нахлестки руло-
нов в швах должны герметизироваться. Это может быть вы-
полнено с помощью мастик, пригруза, сварки и пр. Как и в
случае устройства всех гидроизоляционных мембран для па-
роизоляции, необходимо сооружение надежных систем дре-
нажа и отвода воды от фундаментов.
Укладка пароизоляционных материалов производится и
непосредственно на грунт, что недопустимо в случае укладки
большинства гидроизоляционных мембран. При укладке под
арматурный каркас и бетонировании, для защиты пароизоля-
ционного экрана, необходимо использовать укладку пенопо-
листирола, рулонной гидроизоляции и т.п.
Таблица 18
Достоинства и недостатки пароизоляционных материалов
Пароизоляционные материалы
Достоинства Недостатки
Легкость нанесения на горизонтальные поверхности Предотвращают распространение влаги Не требуется применения стяжек Возможна раскладка по грунту Низкая стоимость Отсутствие гидроизоляционного действия Наличие швов, которые требуют специальной укладки, но лишены герметичности Трудоемкость при нанесении на вертикальные и сложные по конфигурации поверхности
1.11. РЕМОНТ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЙ МЕМБРАНЫ
В ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ
Даже надлежащим образом запроектированные и эксплу-
атируемые сооружения могут не обладать необходимым
112
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
уровнем надежности по водонепроницаемости и паропрони-
цаемости и требуют ремонта.
По данным обследований и накопленного опыта, практи-
чески 100% подземных и заглубленных сооружений имеют от-
казы на ранней стадии эксплуатации.
Выполнение ремонтных работ в сооружениях, где имеет
место отказ гидроизоляционной мембраны, может осуществ-
ляться по выборочной и сплошной схемам. В первом случае
водоподавление осуществляется в местах фильтрации воды, а
во втором - во всем сооружении. В первом случае успеха мож-
но добиться, если остальные узлы сооружения являются не-
проницаемыми, а в противном случае - остановка воды в од-
ном месте приводит к ее появлению в другом.
Ремонт по сплошной схеме безусловно дороже, чем по
выборочной схеме. На принятие решения оказывают влия-
ние:
• состояние конструкций и окружающего массива пород;
• наличие средств у заказчика;
• возможные последствия от отсутствия ремонта.
Правильное и обоснованное решение по технологии про-
изводства работ может быть принято только при обследова-
нии сооружения. Время и средства, затраченные на диагнос-
тику сооружения, - это выгодное вложение капитала заказчи-
ка, поскольку позволяет избавить его от незапланированных
расходов, неудобств и потерь в результате ремонтных работ,
которые потребуются в будущем.
Ремонт гидроизоляционной мембраны сопряжен для про-
изводителя работ с известным риском:
1. Подрядчик принимает на себя ответственность за реше-
ние неизвестных проблем, которые часто носят скрытый ха-
рактер и которые трудно выполнить.
2. Подрядчик берет на себя ответственность за дефекты и
недостатки, допущенные предыдущими производителями ра-
бот.
3. Стоимость ремонтных работ должна быть минималь-
на
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ной для заказчика, хотя повреждения и разрушения, которые
являются следствием брака, неудовлетворительной эксплуа-
тации, неудачного и неполноценного ремонта, могут быть
очень серьезными и потребуют дополнительного вложения
значительных средств.
4. Эффективность ремонтных работ и создание новой ги-
дроизоляционной системы часто видны сразу после их выпол-
нения.
Любая гидроизоляционная система, при устройстве кото-
рой были нарушены стандарты качества или не соблюдались
исходные принципы и нормы, при первом практическом ис-
пытании окажется неэффективной.
Специалист сможет предложить надежную гидроизоляци-
онную систему сооружения при ремонте только после:
• оценки состояния сооружения и окружающего массива
пород;
• выяснения влияния возможных деформаций в сооруже-
нии;
• анализа качества неоднородных субстратов, отличаю-
щихся различными особенностями;
• учета колебания температур;
• анализа состава грунтовых вод;
• определения величины гидростатического давления во-
ды;
• учета количества и качества закладных деталей, сопря-
жений, встроенного инженерного оборудования;
• оценки ремонтопригодности конструкций;
• анализа данных о вентиляции, теплоизоляции, дренаже
и его состоянии, водоудалении, кондиционировании воздуха.
Важным для проектирования работ является учет требо-
ваний заказчика, который может:
• допустить наличие остаточного водопритока в объемах,
не оказывающих влияния на эксплуатацию сооружения;
• допускать минимальное сезонное возникновение кон-
денсационной влаги;
114
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
• не допускать наличия фильтрационной и конденсацион-
ной влаги.
Особенно важно, чтобы проектировщик, подрядчик и за-
казчик полностью осознавали и учитывали, какие функцио-
нальные характеристики внешней и эксплуатационной среды
должны иметься для того, чтобы можно было использовать
ремонтируемое сооружение в соответствии с имеющимися
требованиями.
За рубежом существует несколько видов классификации
требований к уровню качества гидроизоляционной системы
сооружений при их строительстве и ремонте в зависимости от
их назначения [22, 82, 83].
В Великобритании, например, сооружения разбиты на 4 кате-
гории.
I категория. Сооружения типа автостоянок, мастерских,
машинные отделения, насосные станции и пр. Гидроизоляци-
онная система в этих сооружениях должна обеспечивать
влажность воздуха 65-80% и температуру 15-32°С. Допускает-
ся наличие отдельных сырых пятен и незначительное проса-
чивание воды.
II категория. Склады предприятий розничной и оптовой
торговли, электромашинные отделения. Гидроизоляционная
система в этих сооружениях должна обеспечивать влажность
воздуха 35-50% и температуру 15-42°С. Допускается содержа-
ние влаги в строительных конструкциях выше воздушно-су-
хого состояния. Наличие протечек воды не допускается.
III категория. Офисные и жилые помещения, центры до-
суга, включая плавательные бассейны, рестораны. Гидроизо-
ляционная система в этом случае должна обеспечивать влаж-
ность воздуха 40-60% и температуру от 10 до 29°С. Не допус-
кается появление сырости и протечек воды. Могут потребо-
ваться активные меры борьбы с внутренней влажностью. По-
вышение влажности и протечки воды недопустимы.
IV категория. Архивы, книгохранилища, хранилища про-
изведений искусств, денег и т.д. Гидроизоляционная система
115
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
должна в этом случае обеспечивать влажность воздуха 35-
50% и температуру от 13 до 22°С. Требуются активные меры
по контролю влажности внутри помещений. Повышение
влажности и протечки воды недопустимы.
Из анализа классификации видно, что в рекомендациях
частично наблюдается системный подход к проектированию
гидроизоляционной системы в сооружении. Учитываются
протечки воды, влажность конструкций, диапазон эксплуата-
ционных температур и контроль влажности воздуха в соору-
жениях.
Российская нормативная литература рассматривает под-
земные сооружения только с точки зрения наличия в них ос-
таточного водопритока без учета каких-либо других факто-
ров (СН-301-65).
По допустимому увлажнению сооружения подразделяют-
ся на 3 категории:
I категория - сухие, допускающие 1% площадей сырых пя-
тен;
II категория - с количеством сырых пятен до 20% площа-
дей;
III категория - допускаются влажные участки с капельной
влагой (кроме потолков) площадью до 20%.
Влажность воздуха в сооружении и вне его, температура
внутри и вне сооружения применительно к проектированию
гидроизоляционной системы практически не учитывается.
Если же рассматривать эти процессы с позиции строи-
тельной физики, то температура ограждающих конструкций
и влажность воздуха в помещениях и вне его имеют большое
значение для нормальной эксплуатации гидроизоляционной
системы.
При строительстве и ремонте наземных зданий по экономи-
ческим соображениям в помещениях с влажностью воздуха бо-
лее 75% допускается конденсация пара на внутренней поверхно-
сти наружных стен при условии, что имеется в наличии гидро-
изоляционная мембрана, ограничивающая увлажнение конст-
116
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
рукций вследствие выпадения конденсата (“банный эффект”).
В нормативах нет каких-либо указаний по расчету таких
ограждений и их гидроизоляции. В подземных сооружениях,
таких как тоннели инженерных коммуникаций, гаражи, под-
земные автостоянки и т.д., такое явление протекает практиче-
ски повсеместно при отсутствии каких-либо конструктивных
решений. Причем конденсация влаги может происходить и
под внешней гидроизоляционной мембраной, а при отсутст-
вии теплоизоляционной защиты и высокой влажности возду-
ха - по внутреннему контуру внешних стен сооружения. Очень
часто в подобных сооружениях наблюдается отсутствие теп-
лоизоляции, кондиционирования воздуха, нормальной венти-
ляции. Но все рекомендации относятся к новому строительст-
ву объектов. Указаний по ремонту сооружений с учетом тре-
бований их будущей эксплуатации сегодня не имеется.
В этой связи возникают два вопроса, на которые специа-
лист, разрабатывающий проект ремонта, должен иметь отве-
ты:
1) Какой теплообмен ограждений при конденсации пара на
его поверхностях и сопротивление теплопередачи требуется?
2) Какой должен быть теплотехнический расчет гидроизо-
ляции и конструкции в целом?
К сожалению, данные виды расчетов очень редко встреча-
ются в проектах строительства и ремонта подземных объек-
тов. Чаще всего ответов на поставленные вопросы не имеется.
Как указывалось выше, основная роль в обеспечении во-
донепроницаемости сооружения принадлежит гидроизоляци-
онной мембране.
Для обеспечения качества ее работы при эксплуатации со-
оружения чаще всего требуется использование нескольких ви-
дов материалов, которые применяются в системе для подго-
товки поверхности субстрата, изоляции стыков, сопряжений,
швов, мест возможных динамических воздействий.
К материалам, которые широко используются в практике
выполнения гидроизоляционных работ при ремонте сооруже-
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ний, выполненных из бетона и железобетона при активном и
негативном воздействии воды, относятся минеральные соста-
вы:
1. Обмазочные и штукатурные жесткие покрытия.
Они находят применение в конструкциях, не подвержен-
ных трещинообразованию.
2. Обмазочные покрытия пенетрирующего действия, ко-
торые взаимодействуют со свободной окисью кальция и дру-
гими солями в бетоне с образованием нерастворимых солей,
закупоривающих поры и трещины.
Они могут использоваться при открытой пористости бе-
тона и раскрытии трещин не более 0,2-0,3 мм, то есть для ги-
дроизоляции качественного бетона. Кроме того, в бетоне
должна присутствовать свободно окись кальция.
3. Полимерцементные эластичные покрытия, способные
выдерживать незначительные смещения.
Без армирования они выдерживают раскрытие трещин до
0,5 мм, с армированием - до 2 мм. Материалы наносятся при
температуре более 10°С и относительной влажности воздуха
до 75%. Имеют меньшее в 1,3-1,5 раза сцепление с субстратом,
чем жесткие. Обычно величина адгезии с субстратом нахо-
дится в пределах 0,75-1,0 Н/мм2.
4. Цементосодержащие ремонтные растворы, модифици-
рованные полимерными добавками, которые применяются
для восстановления поверхности бетона перед гидроизоляци-
онными работами.
5. Покрытия для арматуры, которые наносятся перед вос-
становлением железобетона в условиях воздействия на арма-
туру агрессивных сред.
6. Выравнивающие и защитные покрытия, завершающие
работы по ремонту сооружения и обеспечивающие долговеч-
ность ремонтных работ [36, 37, 39, 43, 48, 49].
Эффективность гидроизоляционной мембраны, работаю-
щей при воздействии негативного давления воды, прежде все-
го зависит от величины адгезии между материалом покрытия
118
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
и субстратом. Для минеральных покрытий эта величина
должна составлять не менее 1,5 Н/мм2. Конечно, возможно
применение минеральных покрытий и по менее прочным суб-
стратам, но в этом случае риск выполнения работ может быть
значительным или следует предпринять специальные техни-
ческие решения, удорожающие производство работ.
Прочность сцепления гидроизоляционного или ремонтно-
го материала с бетоном будет различной на горизонтальной,
вертикальной или потолочной поверхности. В среднем можно
считать, что прочность сцепления одного и того же материала
с однотипным бетоном на потолочной поверхности на 0,75
Н/мм2 меньше, чем на горизонтальной, и на 0,35 Н/мм2 мень-
ше, чем на вертикальной поверхности [39, 46, 47, 49].
В сооружениях, подверженных деформациям, жесткие ма-
териалы гидроизоляционной мембраны потрескаются. С дру-
гой стороны, эластичные полимерцементные материалы об-
ладают меньшим сцеплением с субстратом. Таким образом,
при нанесении покрытий на конструкции, подверженные де-
формациям, следует искать компромисс между эластичнос-
тью материала и адгезией его к субстрату [29, 47].
Выполняя ремонт гидроизоляционной мембраны изнутри
сооружения, не следует забывать, что при его завершении на
сооружение будет действовать выталкивающая сила. В этом
случае необходимо рассчитывать сооружение с учетом его
всплытия. Но даже при удовлетворительном решении при
воздействии выталкивающей силы могут деформироваться
отдельные элементы обделки сооружения. К таким элементам
относятся швы и сопряжения.
Наиболее уязвимым местом в этом случае является плита
пола и ее контакт со стенами.
При недостаточной прочности конструкции в ней распро-
страняются трещины, и гидроизоляционная мембрана разру-
шится. Такое явление, несмотря на его общеизвестность с
древних времен, часто наблюдается в практике ремонта под-
земных сооружений. Особенно это характерно для значитель-
119
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ных по размерам сооружений. Чаще всего ошибки при произ-
водстве работ вызваны следующими причинами:
1. Отсутствием информации о величине поднятия уровня
грунтовых вод.
Хотя во всех случаях его следует учитывать по максиму-
му.
2. В сооружении имеется мощная, но фильтрующая воду
плита пола. Производитель работ бездоказательно считает,
что новая, выравнивающая бетонная или растворная стяжка
будет работать с плитой как единое целое.
3. Выполненная плита пола имеет низкую прочность, не-
достаточно армирована и не обладает необходимой связью со
стенами.
4. Производитель работ преждевременно, до набора бето-
ном необходимой прочности, осуществляет полную гермети-
зацию сооружения.
5. Не учитывается разница в коэффициентах фильтрации
грунтов, идущих на засыпку пазух котлована.
При выполнении ремонтных и гидроизоляционных работ
в тоннелях с бетонной обделкой обычно используется не-
сколько технических решений.
1. Временная остановка фильтрации воды из трещин, сви-
щей и пор в бетоне.
2. Нанесение гидроизоляционного жесткого и/или элас-
тичного покрытия на поверхность бетона после выполнения
соответствующих мероприятий по его ремонту и остановке
фильтрации воды.
3. Полная остановка фильтрации воды из трещин, швов, сви-
щей и пор в бетоне жесткими и/или эластичными материалами.
4. Герметизация участков сопряжений конструкций и за-
кладных.
По сравнению со строительством новых сооружений из же-
лезобетона затраты на их ремонт оказываются значительными.
Это объясняется тем, что ремонтные работы требуют трудоем-
ких и дорогих ручных операций по подготовке бетонных и ме-
120
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
таллических поверхностей к нанесению ремонтных составов,
контролю качества работ. Причем количество технологических
решений по ремонту в одном сооружении может быть значи-
тельно, и они часто должны приспосабливаться к конкретным
ситуациям, то есть должны быть конформативными. Чаще все-
го при выполнении работ возникают серьезные проблемы с до-
ступом к конструкциям и качеством подготовки поверхности
железобетона к нанесению покрытий [24, 28, 33, 38, 45, 49].
Доля стоимости материалов в ремонте железобетона и ус-
тройстве гидроизоляционной мембраны в развитых западных
странах составляет 15-20%, а у нас в стране - 60-70%. Такая
разница объясняется очень просто. За рубежом дорогая рабо-
чая сила, значительная стоимость инжиниринговых услуг, а
мы, применяя импортные материалы, увеличиваем их относи-
тельную величину в смете на фоне низкой заработной платы.
Этот процесс при развитии рыночных отношений должен
быть исправлен за счет увеличения стоимости качественных
отечественных материалов, снижения стоимости импортных
материалов и повышения уровня зарплаты. Сказанное можно
проиллюстрировать данными рис. 41 [ 44 ].
Следует понимать, что при расчете сметной стоимости ре-
монтных работ, выполняемой на основании дефектной ведо-
мости, полученной при визуальном обследовании конструк-
ций, значения бывают заниженными в 2-2,2 раза. Это объяс-
няется прежде всего тем, что для нанесения ремонтных соста-
вов требуется получить прочное основание с о >1,5 Н/мм2 и
выяснить величину коррозии арматуры, а визуальный осмотр
не обеспечивает контроль прочности бетона и качества арма-
турного каркаса.
Учитывая высокую стоимость гидроизоляционных и ре-
монтных работ и их влияние на эксплуатационный режим со-
оружения, качество и контроль приобретают первостепенное
значение. Значения стоимости 1 м2 устройства гидроизоляци-
онных мембран из различных материалов приведены в табл.
19 [29, 30, 40, 44, 78].
121
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
160,00
г^/Э
вхЛьЛвжкллс ьиэбэиэиу
BUOWO BBHt/HOXOUQ
„LTBHdBlBW
иоаоюии иннбэпииои
(bklhbLrOEklOdtfklJ BBHHOLfXd)
„LfBudaien niAHHOLrAj
„quBio bBtnooBBxdBH
exiHLfu bexoBhnnedB»
(ww g otf) BiHOkMOhVHBLfidou
эаонэо bh BHiiqdxoij
ипвхеедо& икчияээьинвлЗо
Э АПЭЮИЭ ЭАНИОНЭОХНО!
(nn ci.) eriBEBHnddxodxnn
ипвхеедо& э doaioBj
ladxdoi/HoiagjEiqdgBH
MiooHxdaaou exinuodu
без выравнивания бетонной поверхности
Таблица 19
Стоимость устройства гидроизоляционной мембраны на 1 м2 поверхности (в ценах 2002 г. $ США)*
№ п.п. Материалы гидроизоляционной мембраны Ед. изм. Затраты труда рабочих чел.-час Стоимость материала, $США Стоимость работ, $ США Стоимость машин и механизмов, $ США Накладные и плановые, $ США Общая стоимость, $ США
1. Металлические листы толщ. 6 мм м2 2,6 3,6 Мин. Макс. 22 32 4,8 5,4 0,5 1,0 7,29 10,25 34,59 48,65
2. Рулонная органическая (2 слоя, битумно-полимерная, типа ЭПП и ЭКП, 8 мм) м2 0,45 0,62 Мин. Макс. 9,5 11,5 2,8 3,3 0,3 0,5 3,36 4,08 15,96 19,38
3. Безрулонная органическая (полиуретановая) толщ. 1,5 мм м2 0,88 1,22 Мин. Макс. 18 22 3,8 4,5 0,5 0,6 5,95 7,23 28,25 34,33
4. Безрулонная минеральная (толщ. 1,5 мм) м2 0,45 1,03 Мин. Макс. 4 10 3,0 5,0 0,5 0,5 2,0 4,14 9,5 19,64
5. Рулонная бентонитовая, типа Volclay, 1 слой м2 1,3 2,6 1 слой 2 слоя 12 24 5,0 8,0 0,5 0,7 4,67 8,73 22,17 41,43
6. Пароизоляция из рулонного полиэтилена толщ. 0,15-0,2 мм м2 0,06 0,07 Мин. Макс. 0,5 0,6 0,3 0,3 0,1 0,2 0,24 0,29 1,14 1,39
*- стоимость приведена с учетом подготовки поверхности и разницы выполнения работ на простых и сложных по конфигурации
площадях и сопряжениях.
В расчет принимались отечественные и импортные материалы.
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Устранение опасности дальнейшей коррозии арматуры и
отторжения гидроизоляционных и ремонтных составов от
старого бетона в процессе его дальнейшей эксплуатации и оп-
ределяют в первую очередь качественный уровень ремонта.
Выбор материала, квалификация и опыт персонала, со-
блюдение технологии и контроль качества являются основ-
ными факторами, гарантирующими эффективность выполне-
ния работ.
Работы по созданию гидроизоляционных мембран при
строительстве сооружений имеют существенное различие от
работ по созданию гидроизоляционной мембраны при произ-
водстве ремонтных работ. Это можно проиллюстрировать,
сравнивая рис. 42 и 43.
Ремонтные работы всегда отличаются ориентировочным
выбором материалов. Для каждого конкретного элемента со-
Рис. 42.
124
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 43.
оружения могут быть использованы определенные материа-
лы, а технологические процессы должны быть приспособле-
ны к данной ситуации (быть конформативными) [24, 29].
Это заключение делается нами на основании многолетне-
го опыта исследования и производства работ в различных ти-
пах сооружений (более 1000).
1.12. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ
И СОСТОЯНИЮ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
После выполнения строительства и ремонта сооружения
испытываются на герметичность.
Сооружения, которые воспринимают воздействие позитив-
ного давления воды во время эксплуатации (бассейны, резерву-
ары, отстойники и пр.) испытывают на герметичность до окон-
125
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
чания работ по созданию гидроизоляционной мембраны. Есте-
ственно, что это возможно только при строительстве и ремонте
заглубленных или обвалованных грунтом сооружений.
Гидравлическое испытание на водонепроницаемость этих
сооружений необходимо производить после достижения бе-
тоном и ремонтным раствором проектной прочности, их очи-
стки и промывки.
Устройство гидроизоляционной мембраны и обсыпку
грунтом сооружений следует выполнять после получения
удовлетворительных результатов гидравлического испыта-
ния, если другие требования не обоснованы проектом.
При проведении гидравлического испытания такое со-
оружение следует наполнять водой в два этапа:
• первый - наполнение на высоту 1 м с выдержкой в тече-
ние суток;
• второй - наполнение до проектной отметки.
Второй этап следует осуществлять в течение трех суток.
Сооружение признается выдержавшим гидравлическое
испытание, если убыль воды в нем за сутки не превышает 3 л
на 1 м2 смоченной поверхности стен и днища, а в швах и стен-
ках не обнаружено признаков течи и не установлено увлажне-
ния грунта в основании. Допускается только потемнение и
слабое отпотевание отдельных мест [69, 77].
При испытании на водонепроницаемость сооружений
убыль воды на испарение с открытой водной поверхности
должна учитываться дополнительно. Количество воды, кото-
рое испаряется с поверхности воды в нормальных условиях,
составляет 0,0150 г/см2час (0,036 л/м2сутки).
При наличии струйных протечек, подтеков воды на сте-
нах или увлажнении грунта в основании, сооружение счита-
ется не выдержавшим испытания, даже если потери воды в
нем не превышают нормативных. В этом случае после изме-
рения потерь воды из сооружения при его полном заполне-
нии должны быть зафиксированы места, подлежащие ремон-
ту.
126
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
После устранения выявленных дефектов должно быть
произведено повторное испытание емкостного сооружения.
Резервуары питьевой воды, отстойники и другие емкост-
ные сооружения после устройства перекрытий подлежат гид-
равлическому испытанию на водонепроницаемость в соот-
ветствии с теми же требованиями.
Резервуар питьевой воды до устройства гидроизоляции и
засыпки грунтом подлежит дополнительному испытанию на
вакуум и на избыточное давление соответственно вакууммет-
рическим и избыточным давлением воздуха в размере 0,0008
МПа (80 мм вод.ст.) в течение 30 мин. и признается выдержав-
шим испытание, если величины соответственно вакуумметри-
ческого и избыточного давления за 30 мин. не снизятся более
чем на 0,0002 МПа (20 мм вод.ст.), если другие требования не
обоснованы проектом. Этим же методом можно оценить ка-
чество гидроизоляционной мембраны сооружений, не пред-
назначенных для хранения воды [69, 73, 76].
Сооружения, находящиеся в эксплуатации, при их ремон-
те,'невозможно полностью вскрыть от обвалованного грунта.
Чаще всего вскрывается перекрытие и зона верхнего дренажа
на глубину 1,5-2,5 м. Поэтому гидравлические испытания от-
ремонтированного сооружения производятся в условиях его
обваловки. Качество гидроизоляционных работ должно со-
ответствовать требованиям, предъявляемым к строительству
аналогичных объектов.
Сооружения, испытывающие изменение уровня воды,
подверженные температурным воздействиям и имеющие зна-
чительные размеры, должны иметь температурно-деформа-
ционные швы. Количество и величина раскрытия швов опре-
деляются расчетом. Однако для таких сооружений, как под-
порные стены, расстояние между швами устанавливается нор-
мативами (СНиП 2.09.03-85).
Расстояния между температурно-усадочными швами сле-
дует принимать не более 10 м в монолитных бутобетонных и
бетонных подпорных стенах без конструктивного армирова-
127
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ния, 20 м - в монолитных бетонных конструкциях при нали-
чии конструктивного армирования, 25 м - в монолитных и
сборно-монолитных железобетонных конструкциях и 30 м - в
сборных железобетонных конструкциях [65, 70, 71, 72].
При проектировании капитальных сооружений значи-
тельных размеров необходимо предусматривать монтажные
деформационные швы, которые погашаются при завершении
строительных работ и обваловки. В подземных сооружениях
рекомендуется устраивать деформационные швы не более
чем через 30 м. Герметизация деформационных швов должна
выполняться с учетом устройства не менее двух уровней за-
щиты [29, 36, 50, 55].
Расстояние между температурно-усадочными швами до-
пускается увеличивать или уменьшать при проверке конст-
рукций расчетом.
Обратную засыпку пазух стен сооружений следует произ-
водить дренирующими грунтами (песчаными или крупнооб-
ломочными) с уплотнением 0,90-0,95. Лучше всего дренируют
воду грунты засыпки с уплотнением 0,9. При уплотнении ме-
нее 0,85 ожидаются просадки грунта, а при уплотнении более
0,95 возможно разрушение мембраны. Допускается использо-
вать местные связные грунты - супеси и суглинки, но лучше в
этом случае использовать пристенные дренажные материалы.
Не допускается применять для обратных засыпок тяжелые и
пластичные глины, а также грунты, содержащие органичес-
кие и растворимые включения более 5% по весу. Если избе-
жать этого сложно, то устройство пристенного дренажа ста-
новится обязательным.
Поверхность стен, в том числе и подпорных, обращенная в
сторону засыпки, должна быть защищена гидроизоляционной
мембраной. Допускается использовать безрулонную гидроизо-
ляцию из битумных материалов в соответствии с СН 301-65.
При расположении подпорных стен вне зданий следует
предусматривать устройство со стороны подпора грунта при-
стенного дренажа из пластика, камня, щебня или гравия с
128
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
продольным уклоном 0,04. В подпорной стене через 3-6 м
должны быть предусмотрены отверстия для выпуска воды из
дренажа [65, 67].
Опыт показывает, что такие рекомендации не всегда обес-
печивают герметичность сооружений. В зарубежной практи-
ке швы устраиваются чаще при уменьшении их ширины. В
тоннельных сооружениях швы устраиваются через 6 м и име-
ют установочный зазор 1,5-2 см. Это объясняется, на наш
взгляд, тем, что они пытаются учесть усадку бетона во време-
ни и уменьшение влияния коэффициента трения обделки по
основанию [36, 40, 82, 84, 85].
В сооружениях тоннельного типа для обеспечения воз-
можного водоудаления необходимо предусматривать про-
дольный уклон не менее 0,002 и поперечный уклон не менее
0,01. В тоннелях через каждые 100-150 м следует устраивать
приямки для сбора жидкостей и отвода их в канализацию.
Продольный уклон пешеходных тоннелей следует прини-
мать не более 0,04, а поперечный - не более 0,01. Допускается
при соответствующем обосновании устраивать пол без про-
дольного уклона [72].
Тоннели, располагаемые вне зданий и дорог, должны быть,
как правило, заглублены от поверхности земли до верха пере-
крытия не менее чем на 0,3 м.
Тоннели, располагаемые под автомобильными дорогами,
должны быть заглублены от верха дорожного полотна до
верха перекрытий не менее чем на 0,5 м, при расположении
под железными дорогами - не менее чем на 1 м от низа шпал.
Но во всех этих случаях величина заглубления должна быть
выбрана с учетом необходимой теплоизоляционной защиты.
Отсутствие последней приведет к образованию конденсатной
влаги в сооружении, наличие которой будет способствовать
его ускоренному износу [69, 71, 72].
Гидроизоляционная мембрана опускных колодцев выби-
рается в зависимости от значений гидростатического давле-
ния подземных вод на уровне пола наиболее заглубленного
129
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
помещения и требования к внутренним помещениям в соот-
ветствии с СН 301-65. Верхнюю границу гидроизоляционной
мембраны на стенах следует назначать на 0,5 м выше макси-
мально прогнозируемого уровня подземных вод. Однако в
нашей практике имеется множество примеров, когда уровень
грунтовых вод из-за барражного эффекта поднимался на не-
сколько метров. В городах, где подземные сооружения пере-
гораживают сток воды, это встречается часто.
При проектировании гидроизоляционной системы желез-
нодорожных или автодорожных тоннелей необходимо учи-
тывать, чтобы конструкция водоотводных устройств (лотков,
труб, дренажных сооружений, колодцев, перекачных станций
и др.) не должна допускать замерзания в них воды и образо-
вания наледей на пути или на проезжей части. В этом случае
необходимо обогревание этих устройств, что дорого и слож-
но в эксплуатации, а поэтому не делается.
Конструкция наружной и внутренней гидроизоляции об-
делок тоннелей и других ответственных сооружений должна
обеспечивать сохранение сплошности и водонепроницаемос-
ти гидроизоляционной мембраны при расчетных деформаци-
ях обделки. Этого можно добиться только при однородном
деформировании сооружения и наличии герметичных дефор-
мационных швов.
Для нетрещиностойких конструкций, а также трещино-
стойких конструкций обделки, находящихся под большим
(1,5 кгс/см2 и выше) гидростатическом активном или негатив-
ном давлении воды, следует предусматривать устройство по
контуру эластичной или промежуточной гидроизоляционной
мембраны, конструкция которой должна обеспечивать:
• работу мембраны под воздействием гидростатического
давления на прижим;
• зажатие мембраны между жесткими поверхностями, пре-
пятствующее его выдавливанию и механическому поврежде-
нию.
Устройство гидроизоляционной эластичной мембраны по
130
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
внешнему контуру сооружения следует предусматривать:
• для монолитных бетонных и железобетонных обделок,
сооружаемых в устойчивых грунтах - по выравнивающему
слою, нанесенному на поверхность выработок, где мембрана
зажимается между ним и несущей конструкцией;
• для сборных железобетонных обделок - по наружной по-
верхности элементов обделок, где гидроизоляция зажимается
между ними и слоем тампонажного раствора, нагнетаемого
за них.
Устройство внутренней эластичной гидроизоляционной
мембраны следует предусматривать по внутренней поверхно-
сти несущей обделки, где она зажимается между ней и железо-
бетонной рубашкой. Для тоннельных обделок, сооружаемых
в сложных гидрогеологических условиях, можно применять
гидроизоляционную мембрану из металлических листов. Для
трещиностойких конструкций тоннельных обделок допуска-
ется применять жесткую внутреннюю гидроизоляционную
мембрану из обмазочной изоляции или торкрета, имеющего
специальный состав. Возможно армирование металлической
и тканевой сеткой, прикрепленной к обделке. Конструкцию
торкретной или обмазочной минеральной гидроизоляцион-
ной мембраны необходимо рассчитывать на воздействие мак-
симально возможного гидростатического давления с учетом
адгезии материала мембраны к бетону обделки. Эластичная
наружная или внутренняя гидроизоляционная мембрана мо-
жет быть многослойной. Адгезия слоев к основанию или друг
к другу должна быть не менее 1 Н/мм2.
Конструкцию гидроизоляционной мембраны деформаци-
онных швов, а также швов между элементами сборных обде-
лок, подвергающихся воздействию знакопеременных темпе-
ратур, необходимо проектировать деформативной и не допу-
скающей выдавливания гидроизоляционного материала под
воздействием гидростатического давления воды.
Расчеты бетонных и железобетонных обделок следует
производить в соответствии с главой СНиП по проектирова-
131
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
нию бетонных и железобетонных конструкций. При этом не-
обходимо дополнительно вводить следующие коэффициенты
условий работы, отражающие особенности подземных и тон-
нельных конструкций (рассчитываемых по предельным со-
стояниям первой группы) и учитывающие:
• неточность в назначении расчетной схемы монолитной
бетонной обделки - 0,9;
• работу стыков блоков и тюбингов сборной обделки - 0,9;
• понижение прочности бетона в обделках без наружной
гидроизоляционной мембраны на обводненных участках - 0,9
[72].
1.13. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
При проектировании гидроизоляционной системы нужно
учитывать, что вода при фильтрации всегда выбирает путь
наименьшего сопротивления. Для удаления воды с поверхно-
сти гидроизоляционной мембраны, засыпанной грунтом, не-
обходимо время. Оно может изменяться и зависит от типа ма-
териала засыпки, находящейся сверху или вокруг подземного
сооружения. Различные типы грунта имеют отличную друг от
друга величину проницаемости и неодинаково дренируют во-
ду (см. табл. 20) [30, 40, 84, 85].
Применение хорошо дренирующего материала в засыпке
всегда предпочтительнее для того, чтобы поддерживать гид-
ростатическое давление вокруг сооружения на минимальном
уровне.
Если в засыпке будет представлено несколько типов грун-
тов или специальных дренажных материалов, то вода всегда
будет перемещаться быстрее в наиболее проницаемом. Это
явление оказывает серьезное воздействие на конструкции зна-
чительных по площади и объемам подземных сооружений,
таких как резервуары питьевого водоснабжения, очистные
132
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица 20
№ п.п. Г рунты Скорость фильтра- ции (эксперимен- тальное значение) Относительная проницаемость
1 Чистый гравий (от мелкого до крупного) 7,6 м/мин 100000000
2 Однородный мелкий гравий 3,8 м/мин 50000000
3 Однородный очень крупный чистый песок 2,3 м/мин 30000000
4 Однородный крупный песок 0,3 м/мин 4000000
5 Однородный среднезернистый песок 4,6 м/час 1000000
6 Чистый сортированный песок с гравием 0,46 м/час 100000
7 Однородный мелкий песок 4,42 м/сутки 40000
8 Илистый песок с гравием 0,44 м/сутки 4000
9 Илистый песок 0,11 м/сутки 1000
10 Песчанистые глины 0,055 м/сутки 500
11 Илистые глины 0,033 м/мес 10
12 Глины 0,0033 м/мес 1,0
13 Смесь глины с бентонитом 0,0003 м/мес 0,1
14 Чистый бентонит 0,0000003 м/мес 0,0001
сооружения. Задержка в фильтрации воды на различных уча-
стках приводит к деформациям и появлению трещин.
Естественно, во всех случаях необходимо принимать во
внимание конденсатную и капиллярную влагу, влияние кото-
рой следует учитывать при создании пароизоляционной за-
щиты и при вентиляции сооружения.
При проектировании гидроизоляционной мембраны сле-
дует принимать в расчет и конструктивные особенности со-
оружения. Если рассмотреть в разрезе подземное сооружение,
построенное открытым способом, то можно увидеть, каким
образом должна выполняться защита его внешнего контура
от воздействия воды (рис. 44).
Покрывающий слой грунта, включающий почвенный слой,
глинистый или суглинистый слой, песчаный или щебеночный
дренажный слой, имеет различную толщину, которая зависит
от глубины расположения сооружения. Дренажный слой пере-
крывается слоем геотекстиля, который обеспечивает равномер-
ное распределение воды по площади фильтрации, препятствует
проникновению корней деревьев, кустарников и травы в филь-
трующий слой, защищает его от быстрого заиливания.
133
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 44. Устройство гидроизоляционной мембраны, дренажа и теплоизоляции в под-
земном сооружении, построенном открытым способом.
1 - почвенный слой; 2 - суглинистый или глиняный замок; 3 - геотекстиль; 4 - пе-
счаный дренаж; 5 - полиэтилен (0,15 мм); 6 - утеплитель (пенополистирол); 7 - гидро-
изоляционная мембрана; 8 - цементно-песчаная стяжка с уклоном 0,01; 9 - бетон-
ная плита перекрытия; 10 - несущая стена; 11 - дренажная труба; 12 - обратная за-
сыпка; 13 - слой щебня; 14 - галтель из раствора; 15 - пароизоляция (полиэтилен 0,15
мм); 16 - бетонная плита.
Дренажный материал укладывается на влаго- и теплоизо-
ляцию. В качестве влагозащитного покрытия обычно приме-
няется "верхний” рулонный полиэтилен толщиной 0,1-0,2 мм.
Он укладывается поверх теплоизоляционной мембраны, в ка-
134
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
честве которой чаще всего используются листы полистирола
толщиной от 1,0 до 10,0 см. Теплоизоляция может уклады-
ваться непосредственно на гидроизоляционную мембрану, но
чаще всего ее рекомендуется укладывать на "нижний” лист ру-
лонного полиэтилена с толщиной 0,2 мм. Он применяется для
защиты гидроизоляционной мембраны во время ее укладки и
обеспечивает отвод воды к стенам сооружения. Чаще всего
складки полиэтиленового листа, выходящие за контур соору-
жения на 1,0-1,5 м, служат для размещения труб "верхнего"
дренажа. Диаметр труб может быть различным и зависит от
ожидаемого притока воды. Обычно дренаж устраивается из
полиэтиленовых или поливинилхлоридных труб диам. 50-100
мм. Такая схема расположения "верхнего" дренажа предот-
вращает проникновение воды к стенам, быстро отводит воду
от перекрытия. Кроме того, формируя "скользящую" поверх-
ность, полиэтилен предотвращает разрушение гидроизоляци-
онной мембраны от осадок грунта. Естественно, что для усло-
вий нашей страны "верхняя" отметка дренажа должна распо-
лагаться ниже зоны промерзания [29, 64].
Теплоизоляция кроме выполнения своих основных
свойств обеспечивает защиту гидроизоляционной мембраны
при засыпке котлована грунтом. В этом случае по стенам при
достаточной глубине котлована и определенных эксплуатаци-
онных требованиях к сооружению может укладываться тон-
кий слой полистирола толщиной 1,0-1,5 см. Однако толщина
теплоизоляции должна определяться расчетом (см.ниже).
В настоящее время поверх гидроизоляционной мембраны
часто укладывается плоский полиэтиленовый дренаж, кото-
рый обеспечивает быстрое удаление воды в объемах до 36
м3/м2/час, защищает мембрану от повреждений, а его воздуш-
ный зазор можно рассматривать как дополнительную тепло-
изоляционную защиту. Гидроизоляционная мембрана должна
укладываться непосредственно на железобетонное перекры-
тие сооружения, имеющее уклон 0,01 (рис. 45, 46) или стяжку,
формирующую соответствующий уклон. Сборные железобе-
135
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 45. Устройство гидроизоляционной мембраны, дренажа и теплоизоляции в верх-
ней части подземного сооружения, построенного открытым способом. Обделка вы-
полнена из монолитного железобетона. Стены монолитные или сборные с омоноли-
чиванием последнего блока.
1 - почвенный слой; 2 - суглинистый или глиняный замок; 3 - геотекстиль; 4 -
песчаный дренаж; 5 - полиэтилен (0,15 мм); 6 - утеплитель (пенополистирол); 7 - гид-
роизоляционная мембрана; 8 - герметизирующая прокладка; 9 - цементно-песчаная
стяжка с уклоном 0,01; 10 - бетонная плита перекрытия; 11 - несущая стена из
сборного или монолитного железобетона; 12 - дренажная труба; 13 - обратная за-
сыпка.
тонные конструкции перекрытий могут иметь заданный стро-
ительный уклон, а при бетонировании монолитного перекры-
тия уклон формируется цементно-песчаной стяжкой. Углы
конструкций, на которые укладывается мембрана, должны
быть сглажены. Следует учитывать, что перекрытие подзем-
ного сооружения, имеющее большую площадь поверхности,
должно располагать активным удалением воды в вертикаль-
ной плоскости. В данном случае необходимо, так же, как и для
плоских кровель, иметь в наличии внутренний водоотвод в ко-
личестве около 1 на 1000 м2 горизонтальной поверхности. Ук-
лон перекрытия должен обеспечивать водоудаление в мини-
136
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 46. Устройство гидроизоляционной мембраны, дренажа и теплоизоляции в верх-
ней части подземного сооружения, построенного открытым способом. Обделка вы-
полнена из сборного железобетона.
1 - почвенный слой; 2 - суглинистый или глиняный замок; 3 - геотекстиль; 4 -
песчаный дренаж; 5 - полиэтилен (0,15 мм); 6 - утеплитель (пенополистирол); 7 - гид-
роизоляционная мембрана; 10 - бетонная плита перекрытия; 11 - несущая стена из
сборного или монолитного железобетона; 12 - дренажная труба; 13 - обратная за-
сыпка.
мальные сроки. При невозможности устройства внутреннего
водоотвода перекрытие подземного сооружения значитель-
ных размеров, например резервуар чистой воды, должно
иметь уклон лучше всего шатровой формы. Наличие его быс-
тро позволяет отвести воду в ’’верхний” дренаж [30, 54, 64].
Теплоизоляция, уложенная непосредственно на мембра-
ну, сохраняет более высокую положительную температуру
материала, что обеспечивает в случае использования в гидро-
изоляционных мембранах органических составов сохранение
их эластичности при понижении температуры.
Дренаж может быть выполнен из слоя грунта или щебня с
крупностью 10-50 мм. Однако это чрезвычайно дорого, так
как применяться вместо грунта может только чистый гранит-
137
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ный щебень или гравий из минералов, не подверженных раз-
моканию и агрессии грунтовых вод. В условиях, когда пере-
крытие сооружения попадает в зону промерзания, необходи-
мо обязательно иметь "верхний" дренаж и уклон перекрытия
не менее 0,01. Тщательная укладка "нижнего" слоя полиэтиле-
на обязательна. Лучше всего произвести "подворот" швов ли-
стов рулонного полиэтилена с их фиксацией грунтом или дре-
нажным материалом. Трубы "верхнего" дренажа должны
быть уложены ниже зоны возможного промерзания. Если эти
условия не будут соблюдаться, то возможно скапливание во-
ды в утеплителе и потеря им своих свойств.
Для быстрого удаления воды с перекрытия в дренаж по-
верх мембраны может быть уложена система дренажных тру-
бок или пластовый полиэтиленовый дренаж. Однако при ук-
лонах менее 0,005 это может не дать положительного эффекта.
В условиях промерзания грунта засыпки, когда дренаж-
ный грунт теряет свою проницаемость и может замерзнуть,
вода будет фильтровать в теплоизоляцию через места тепло-
вых мостиков, что также может привести к ухудшению ее
свойств.
В том случае, если не делать "верхнего" дренажа, необхо-
димо сопоставить объем воды, которая улавливается пере-
крытием со способностью грунта засыпки пазух фильтровать
воду. Если это не учтено, то может произойти локальное под-
топление сооружения из-за разницы в скоростях и объемах
фильтрации воды в перекрытии и у стен.
Конструкция гидроизоляционной системы по стенам со-
оружения проще, чем в перекрытии. Она обычно ограничива-
ется гидроизоляционной мембраной по бетону, слоем паро-
изоляции из полиэтилена толщиной 0,2 мм, уложенного по-
верх мембраны, теплоизоляцией из полистирола, слоем гео-
текстиля по теплоизоляции и дренажной обсыпки.
Возможна укладка пристенного дренажа, который защи-
щает гидроизоляцию от повреждения, быстро удаляет воду в
"нижний" дренаж, служит утепляющим материалом.
138
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
При значительной глубине котлована - до 15 м и наличии
в грунте илистых частиц пристенный полиэтиленовый дре-
наж выпускается в комбинации со слоем геотекстиля и сколь-
зящей полиэтиленовой пленкой, которая обеспечивает
"скольжение” породы засыпки при просадках и сохранность
дренажа [64, 67].
Нижняя дренажная труба диаметром от 100 до 200 мм
обычно укладывается на 10-25 см ниже верха плиты пола. Она
обсыпается щебнем крупностью 10-50 мм в количестве 0,15-
0,3 м3 на 1 п.м. Труба может быть обернута слоем геотексти-
ля, что увеличит время ее эксплуатации. Уклон трубы к дре-
нажному колодцу составляет 0,01. Колодцы устраивают через
25-40 м, что обеспечит возможность их прочистки водой под
давлением [64, 67, 69, 70].
Вода из колодцев может откачиваться из насосной, нахо-
дящейся вне сооружения, в ливневую канализацию, а может
поступать в сооружение и откачиваться из насосной, располо-
женной в сооружении.
В идеальном случае вода может быть перепущена самоте-
ком в близлежащие складки рельефа местности или тоннели
ливневой канализации. Но во всех случаях необходимо кон-
тролировать выход илистых частиц в воде, выходящей из дре-
нажа. Если откачиваемая вода имеет значительное количест-
во песчаных, илистых и глинистых частиц, то это может при-
вести к просадкам дневной поверхности и деформации соору-
жения. В этом случае необходимо применять меры по сниже-
нию объема поступающей к сооружению воды и скоростей ее
фильтрации на прилегающих к сооружению площадях. Воз-
можны планировка местности, сооружение дополнительного
внешнего дренажного контура, устройство противофильтра-
ционной завесы и т.д.
Гидроизоляционная система пола подземных сооружений
выполняется различно и зависит от ряда условий:
- наличие статического уровня грунтовых вод выше основа-
ния;
139
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
- наличие динамических воздействий от транспорта;
- характер грунтов основания;
- требуемый эксплуатационный режим в сооружении.
При благоприятных гидрогеологических условиях и от-
сутствии подъема воды бетонное покрытие пола укладывает-
ся на дренажный слой щебня или плоский пластовый дренаж
из полиэтилена, который располагается на растворной стяж-
ке, имеющей уклон 0,01 в сторону нижнего пристенного дре-
нажа. В этом случае труба пристенного дренажа должна на-
ходиться ниже уровня дренажа пола.
Во избежание заполнения пустот в щебне цементным рас-
твором укладку бетона ведут по пленке из полиэтилена тол-
щиной 0,2 мм, который выполняет и пароизоляционные свой-
ства. Гидроизоляционная защита пола в этом случае может
ограничиваться дренажом и пароизоляцией. Когда ожидает-
ся поступление воды из пола, то по грунтовому основанию
укладывается бетонная подготовка или производится уплот-
нение верхнего слоя грунта, затем раскатывается и изготавли-
вается мембрана из листовых или рулонных материалов орга-
нического или минерального происхождения. Сверху гидро-
изоляционной мембраны укладывается полиэтилен толщи-
ной 0,2 мм, а затем тонкая изоляционная защитная плита (1,0
- 2,0 см) из полистирола или любого другого материала, стой-
кого к длительному нахождению в грунте и не разлагающего
материалы гидроизоляционной мембраны. Затем укладыва-
ется бетон плиты пола.
Если проектируется использование гидроизоляционной
мембраны из цементных материалов, то бетон пола уклады-
вается на полиэтиленовую пленку сверху дренажного слоя
или по плоскому полиэтиленовому дренажу, который уложен
на растворную стяжку с уклоном 0,01. Гидроизоляционная
мембрана, обычно обмазочного или пенетрирующего дейст-
вия, наносится по бетонной плите пола, а затем на стены вне
сооружения. Возможно нанесение данного типа гидроизоля-
ционной мембраны по внутреннему контуру стен и пола со-
140
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
оружения. Однако в этом случае необходимо предусмотреть
меры, направленные на герметизацию дефектов, которые мо-
гут возникнуть при деформации сооружения в первый год по-
сле строительства.
Одной из основных проблем является герметизация при-
мыкания стены и плиты пола при монолитном строительстве
и стыков сборных конструкций при строительстве из сборно-
го железобетона. В любом случае при эксплуатации сооруже-
ния возможны начальные и долговременные осадки. Это де-
лает необходимым устройство осадочных швов между блока-
ми сборной и монолитной конструкции.
Шов устраивают шириной не менее 1 см, его конструкция
должна выдерживать допустимую осадку сооружения без раз-
герметизации. В том случае, если сооружение возводится в
котловане, стенки которого закреплены бетонными сваями
или бетоном ("стена в грунте"), между фундаментной плитой
и "стеной в грунте" или набетонкой свайной конструкции все-
гда необходимо делать деформационный шов, конструкция
которого может выдерживать осадочные деформации значи-
тельных размеров (до 4-6 см) без нарушений своей герметич-
ности. Для этих целей необходимо выполнять его с примене-
нием нескольких степеней защиты. Например, используя на-
бухающую прокладку и рулонную гидроизоляционную мемб-
рану с компенсатором. Возможно применение специальных
шпонок объемного перемещения.
Наличие под бетонной плитой дренажного слоя или пла-
стового рулонного полиэтиленного дренажа в этом случае
обязательно.
В случае разгерметизации стыка примыкания стены к
фундаменту вода может поступать по контакту конструкций.
Для предотвращения нарушения герметичности можно реко-
мендовать несколько решений. Например, при возведении
стен с внешней стороны арматурного каркаса укладывается
прокладка из набухающего герметика, которая препятствует
проникновению воды и коррозии металла, или линейный
141
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
трубчатый инъектор, который имеет выпуски внутри соору-
жения. Гидроизоляция может выполняться как по внешнему,
так и по внутреннему контуру. Возможно осуществить уклад-
ку мембраны из резины или ПВХ при бетонировании плиты
пола, а затем стены. Но эти мембраны необходимо всегда за-
щемлять укладкой дополнительного слоя бетона. Примене-
ние однослойных гидроизоляционных мембран, не приклеен-
ных к поверхности бетона, нежелательно.
При возможности устройства внешнего "нижнего" дрена-
жа конструкция гидроизоляционной системы в полу сооруже-
ния может выглядеть следующим образом ( рис. 47).
С внешней стороны стального арматурного каркаса раз-
мещается герметизирующая прокладка в шве, препятствую-
Рис. 47.
1 - герметизирующая прокладка в шве; 2 - деформационный шов = 1 см; 3 - арматур-
ная сетка; 4 - бетонная плита = 10 см; 5 - основание из щебня; 6 - пароизоляция из по-
лиэтилена толщиной 0,1-0,2 мм; 7 - песчаная подсыпка; 8 - гидроизоляционная мем-
брана; 9 - полиэтилен 0,1-0,2 мм; 10 - теплоизоляция из полистирола; 11 - геотекстиль;
12 - дренажная труба 100-200 мм; 13 - грунтовый откос с уклоном 0,01 под дренаж;
14 - арматурный каркас.
142
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
щая возникновению коррозии металла, если вода проникнет
через "холодный" шов. Это может быть бенторезина, набуха-
ющая резина, линейный трубчатый инъектор, в который по-
дается гидроактивный полиуретановый состав или цемент-
ный раствор.
Для обеспечения герметизации шва гидроизоляционный
материал выпускается со стены на основание примерно на
10-15 см. Если даже небольшое количество воды просочится
через шов, это не окажет разрушающего действия на внут-
реннюю часть конструкции, поскольку плита пола распола-
гается на 20-25 см выше поверхности конструктивного шва
между стеной и полом. Нижняя поверхность пароизоляцион-
ной полиэтиленовой прокладки изогнута под сечение откоса,
на который уложены дренажные трубки с уклоном 0,01, а ар-
матурная сетка в бетоне снижает опасность трещинообразо-
вания.
Самым сложным при создании гидроизоляционной мемб-
раны в сооружении является гидроизоляция сопряжений. Ча-
ще всего эта проблема возникает при установке в бетоне
гильз под кабели и трубопроводы.
Наиболее простым способом герметизации такого отвер-
стия считается укладка по его периметру специального безу-
садочного цементного раствора. Если ожидается минималь-
ная усадка или образование пустот, следует уложить вокруг
трубы набухающий герметик или нанести сверху раствора
слой эластичного покрытия. Такими растворами могут быть
полимерцементный, полиуретановый, эпоксидный и др. При
пропуске пластиковой трубы через бетон необходимо иметь в
виду, что осадка всей конструкции, а также выполнение об-
ратной засыпки могут привести к появлению в трубе трещин
или другим ее повреждениям. При необходимости на трубу
должна быть нанесена теплоизоляция. В случае проектирова-
ния при значительных деформациях сооружения конструкция
гильз под кабели и трубопроводы может быть выполнена
сложнее (см. рис. 48).
143
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 48. Гидроизоляция при пропуске
через отверстие в конструкции бетон-
ной стены металлической или пласти-
ковой трубы.
1 - отверстие в бетоне; 2 - цементный
безусадочный раствор, укладываемый
после устройства вокруг трубы герме-
тизирующей прокладки (жгут, мастика,
линейный инъектор); 3 - труба; 4 - гер-
метизирующая прокладка вокруг тру-
бы; 5 - уплотнение гидроизоляционной
мембраны вокруг трубы; 6 - теплоизо-
ляция из пенополистирола; 7 - поли-
этилен толщиной 0,1-0,2 мм поверх ги-
дроизоляционной мембраны; 8 - бетон
стен.
1.14. ПОДГОТОВКА КОНСТРУКЦИЙ К ВЫПОЛНЕНИЮ
РАБОТ ПО НАНЕСЕНИЮ ЗАЩИТНЫХ
И ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ
Очистка и подготовка поверхности перед нанесением за-
щитных и гидроизоляционных покрытий является чрезвы-
чайно сложной, трудоемкой и дорогой технологической опе-
рацией. Наиболее часто выполняется подготовка бетонных,
железобетонных, металлических и реже кирпичных поверхно-
стей. При ремонте сооружений перед нанесением покрытий
очистка их должна выполняться практически всегда.
Иногда требуется подготовка поверхностей из натураль-
ного камня, чаще всего известняка и песчаника.
Состояние поверхности субстрата, которым он должен об-
ладать перед ремонтом или нанесением защитных и гидроизоля-
ционных покрытий, не менее важно, чем состояние фундамента
под зданием. Субстрат должен иметь соответственную влаж-
ность, прочность на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг, быть ров-
144
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ным, без выступов и впадин, однородным, без трещин, раковин,
инородных включений, не должен иметь на своей поверхности
грязи, пыли, плесени, масел и т.п. [22, 23, 32, 36, 42, 49].
Если эти требования не будут выполнены или выполня-
ются не в полной мере, то добиться необходимого качества
работ невозможно.
В каждом конкретном случае подготовка поверхности
имеет индивидуальный характер, но общие принципы, как
правило, сохраняются. Обычно в рекомендациях по нанесе-
нию и укладке различных материалов фирмы-производители
требуют, чтобы поверхность бетона была чистой, без струк-
турных повреждений, сухой или влажной, в зависимости от
того, какой тип материала применяется. Однако эти требова-
ния к подготовке поверхности субстрата могут изменяться в
зависимости от особенностей наносимого покрытия. По сво-
им функциональным особенностям покрытия конструкций
можно разделить на защитные, гидроизоляционные, влаго-
изоляционные, декоративные (см.табл. 21).
Требования, которые предъявляются к состоянию поверх-
ности перед нанесением ремонтных материалов, также в зна-
чительной степени определяются типом этих материалов, их
индивидуальными особенностями и характеристиками.
Таблица 21
Тип покрытия Требования к поверхности
Чистота Влажность Отсутствие цементного молока Прочность бетона на растяжение под поверхностью
Защитные необходима необходима необходимо >1,5 Н/мм2"'* > 2 Н/мм2
Г идроизоля- ционные необходима необходима нежелательна необходимо”) >1,5 Н/мм2
Влагоизоля- ционные необходима необходима-) нежелательна нет необходи- мости часто не существенно
Декоратив- ные необходима необходима -) нежелательна нет необходи- мости часто не существенно
*) в числителе для минеральных, в знаменателе для органических покрытий;
**) для некоторых типов покрытий;
***) в числителе для минеральных покрытий и ремонтных составов, в знаменателе -
для органических.
145
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Ремонтные составы всегда выполняют основную функ-
цию - восстановление эксплуатационных качеств конструк-
ций. Они обеспечивают подготовку поверхности конструк-
ций для нанесения покрытий.
Наиболее сложной является подготовка поверхности суб-
страта перед нанесением защитных и гидроизоляционных по-
крытий при устройстве гидроизоляционных мембран. Кон-
троль качества субстрата перед нанесением на него материа-
лов необходим.
Европейские и американские нормы и правила по защите,
гидроизоляции и ремонту железобетона предусматривают
следующие основные требования к структуре и качеству бе-
тонных поверхностей при выполнении ремонта и нанесении
покрытий:
• удаление рыхлых и легко отслаивающихся слоев;
• отсутствие трещин, проходящих параллельно поверхно-
сти, или раковин;
• удаление всех посторонних материалов, которые могут
снижать адгезию;
• удаление загрязненных хлоридами слоев бетона вплоть
до арматуры или до той глубины, где содержание хлоридов
допустимо;
• прочность бетонной поверхности на отрыв (Бонд-тест)
должна быть не менее 1,5 Н/мм2;
• качество очистки поверхности арматуры должно соот-
ветствовать требованиям SA 2,5 (шведский стандарт по очи-
стке металла).
Обычно при производстве гидроизоляционных работ сле-
дует при строительстве и ремонте руководствоваться следую-
щими требованиями к поверхности [33,39,43,46,48,49,60,81-83].
• Чистота поверхности означает, что на ней не должно
быть посторонних веществ, снижающих прочность сцепления
материалов.
Чистая поверхность бетона не должна оставлять следов
при протирании ее черной тряпкой.
146
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
• Контроль влажности показывает необходимость в высу-
шивании или увлажнении субстрата при нанесении органиче-
ских или минеральных покрытий; определяет возможное вре-
мя нанесения органических покрытий после полного удале-
ния паров воды из конструкций.
Влажность бетона при нанесении органических ремонт-
ных составов и покрытий не должна превышать 5%. Недопу-
стима миграция паров влаги во время укладки органических
материалов. Простейший тест на влагу предусматривает ук-
ладку на подготовленную поверхность бетона листа полиэти-
лена (1x1м). Если под ним за время от 4 часов до суток не по-
явится конденсат, то нанесение органических "недышащих"
покрытий и ремонтных составов возможно.
При нанесении минеральных составов поверхность бето-
на должна быть влажной, но не мокрой. Наличие свободной
воды определяется разными простыми способами. Можно
определить наличие воды, приложив ладонь к бетонной по-
верхности, если на ней не остается капель, то поверхность на-
ходится в удовлетворительном состоянии. Другим способом
является прижатие к поверхности листка промокательной бу-
маги. Активное впитывание влаги показывает наличие в бе-
тоне лишней воды.
Определение количества влаги в бетоне является важным
при использовании органических материалов и осуществля-
ется с помощью различных типов влагомеров или отбором
проб бетона и их высушиванием по стандартным методикам.
Следует определять не только поверхностную, но и глубин-
ную влажность.
Необходимо учитывать, что содержание влаги в бетоне
зависит от температуры и влажности воздуха.
• Контроль температуры производится с целью соблюде-
ния рекомендуемых производителями материалов, режимов
укладки. Производитель приводит температуру применения
материалов, руководствуясь собственной экономической бе-
зопасностью. Обычно эта температура 20°С. Для минераль-
147
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ных покрытий минимально допустимая температура обычно
составляет +5°С. Однако, используя эти материалы при тем-
пературе более 0°С, удается получить высокое качество ра-
бот, если контролируется режим твердения материалов и они
не замерзают.
Во время работы при низких температурах от 0°С до +5°С
увеличивается вероятность образования конденсата на по-
верхности покрытия, что может приводить к усадке и потере
качества.
• Щелочность бетона (pH) в зоне арматурного каркаса не
должна быть менее 9.
Обычно для покрытий щелочность бетона не является оп-
ределяющим фактором. Материал покрытий не должен всту-
пать в реакцию с щелочью в бетоне. При нанесении покрытий
на железобетон возможно изменение условий эксплуатации,
например повышение влажности конструкций. Это в свою
очередь может способствовать коррозии арматуры в бетоне и
разрушению его и покрытия.
• Прочность поверхности определяет необходимость вы-
полнения и объемы очистки поверхности субстрата (чаще все-
го бетона) от хрупких и низкопрочных слоев.
Для минеральных покрытий минимальная прочность
подготовленного бетона на отрыв составляет 1,5 Н/мм2, а для
органических - 2 Н/мм2 [33, 39, 46, 49, 82, 83].
Особенно следует контролировать и учитывать проч-
ность поверхности при ремонте потолочных поверхностей.
• Прочность под поверхностным слоем указывает на спо-
собность бетона сопротивляться напряжениям, быть стойким
к трещинообразованию и деформациям, которые могут воз-
никнуть в бетоне при укладке на него материалов.
Многие ремонтные и гидроизоляционные материалы вызы-
вают на контакте с бетоном напряжения от усадки до 1 Н/мм2 и
при его недостаточной прочности могут привести к когезион-
ному отделению в контактной зоне. Обычно прочность под по-
верхностным слоем контролируется на глубину до 6 мм [81, 82].
148
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
• Наличие на поверхности бетона цементного молока опре-
деляется простым способом. Если поверхность бетона по-
скрести лезвием ножа или бритвы и при этом образуется
пыль, то такую поверхность необходимо очищать. Наличие
цементного молока может снизить адгезию покрытия с бето-
ном и часто делает неэффективным нанесение на него гидро-
изоляционных или защитных материалов.
• Однородность поверхности определяет как объем подго-
товительных работ, так и выбор ремонтного, защитного или
гидроизоляционного материала. При использовании боль-
шинства материалов, кроме декоративных, ярко выраженные
неровности на поверхности с размерами более 3 мм должны
быть сглажены ремонтными и выравнивающими растворами
или удалены.
Наиболее опасными для безрулонных и рулонных орга-
нических покрытий являются ребристые выступы бетона
(гребешки), которые получаются при наличии некачествен-
ной опалубки. Кроме того, выбор материалов и стоимость
работ зависят от количества и формы сопряжений, конфигу-
рации конструкций, наличия закладных, труб, кабельных
вводов и т.п.
• Защита от воздействия нагрузок. При производстве ги-
дроизоляционных и ремонтных работ в условиях воздействия
статических и динамических нагрузок конструкции должны
быть максимально разгружены.
При производстве ремонтных работ на локальных участ-
ках (раковины, сколы, отколы размером менее 0,10 м2) и не-
возможности снятия статических и динамических нагрузок
допускается применение быстросхватывающихся ремонтных
составов. Твердение состава должно происходить под физи-
ческим воздействием с помощью прижатия к его поверхности
опалубки, полутерка, мастерка и т.п.
Защитные и гидроизоляционные покрытия по бетону в
случае воздействия на него динамических нагрузок должны
быть эластичными.
149
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
• Контроль наличия в бетоне активных химических и био-
логических веществ является обязательным для выбора всех
типов покрытий и ремонтных составов. Бетон может быть за-
грязнен хлоридами, сульфатами, нитратами, углеводородами
и другими продуктами [2, 12, 32, 45, 48, 79, 81].
Действие этих веществ должно быть сведено к минимуму.
По возможности их удаляют отдельно либо вместе с засолен-
ным бетоном или, если возможно, применяют специальные
материалы или вещества, которые обеспечивают устойчи-
вость покрытий к ним. На его поверхности могут находиться
различные виды грибков. Все биологически активные вещест-
ва должны быть удалены, а поверхность дважды с интерва-
лом в две недели обработана специальным препаратом.
Очистка поверхности бетона перед нанесением покрытий
может производиться следующими методами:
• Механическая обработка металлическими щетками, фре-
зами, алмазными чашками, шлифовальными кругами, бучар-
дами, отбойными молотками, игольчатыми молотками. Ра-
боты могут производиться с активным удалением продуктов
очистки водой и пылесосом.
Применяемый инструмент выпускается различной мощ-
ности и производительности с электрическим и пневматичес-
ким приводом. Применение механических видов очистки, ко-
торые могут заполировать поверхность бетона, нежелательно
для некоторых типов гидроизоляционных материалов и за-
щитных покрытий, например тех, которые работают на уров-
не осмотического закупоривания пор и мелких трещин.
Гладкая поверхность снижает адгезию ремонтных составов с
бетоном. При использовании многих способов механической
очистки бетона возможно появление микротрещин. Хорошо
подготовленная поверхность должна быть ровной и шерохо-
ватой, без выступов и впадин.
Для нанесения защитных и гидроизоляционных покры-
тий на минеральной основе величина выступов и впадин не
должна быть более 3 мм. Для нанесения ремонтных составов
150
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
величина выступов и впадин не должна быть более 0,5 толщи-
ны слоя нанесения - обычно 10-25 мм, реже 30-50 мм.
Различают два типа подготовки поверхности:
а) поверхностная, до 1,0 мм, когда удаляется поверхност-
ная пленка бетона;
б) глубокая, более 1,0 мм.
В том случае, когда поверхностный слой бетона имеет не-
устойчивую структуру с прочностью на отрыв менее 1,5 Н/мм2,
его удаляют полностью на глубину до прочного бетона. Для
этих целей используются машины, снабженные фрезерным ор-
ганом, которые могут удалять бетон при обработке горизон-
тальных площадей на глубину до 2-3 см за один проход. Обыч-
но глубина очистки за один проход составляет 0,5-1,0 мм. Ши-
рина захватки может изменяться от 0,1 до 1,0 м. Чаще всего
поврежденный бетон удаляется отбойным молотком, осна-
щенным долотом или широкой лопаткой. Удаление неустой-
чивого поверхностного слоя на вертикальных и потолочных
поверхностях конструкции чрезвычайно сложно.
'Обычно в этих целях используют ручные фрезерные ма-
шины с подвеской их на блоках или бучарды, но чаще всего,
при значительных глубинах повреждений, работы произво-
дят с помощью отбойных молотков [22, 36, 37, 81, 83].
Производительность механической подготовки поверхно-
сти зависит от ряда факторов: способа очистки, качества суб-
страта, конфигурации поверхности и т.д. Так, при очистке со-
скабливанием грязи производительность изменяется от 50
м2/час при ручном инструменте и до 5000 м2/час при механизи-
рованном. При шлифовании соответственно от 2 до 100 м2/час.
Обработка поверхности игольчатыми пистолетами находится
в пределах от 1 до 5 м2/час, а бучардами - от 2 до 9 м2/час.
• Пескоструйная (сухая и мокрая) обработка поверхности
бетона.
Данный вид подготовки поверхности наиболее экономи-
чен и находит широкое применение при поверхностной обра-
ботке как простых по конфигурации, так и сложных поверх-
151
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ностей. Сухая пескоструйная обработка вредна для здоровья
людей, сильно загрязняет строительную площадку, требует
после себя обеспыливания и часто промывки поверхности во-
дой. Рациональнее использовать мокрую пескоструйную очи-
стку, которая может быть обеспечена: использованием эжек-
ции песка водяной струей; подачей воды с песком и сжатого
воздуха; применением специальной улавливающей вакуум-
ной установки, комбинирующей насос высокого давления (до
200 бар) и пылесос; работой машины "мягкой" очистки специ-
альными абразивными порошками. Объем рабочей емкости
установок изменяется от 10 до 200 л. Существуют установки
как цикличного, так и непрерывного действия. Каждый из
способов имеет свои недостатки. Общим из них является низ-
кая производительность при высокой степени загрязнения
поверхности. Кроме того, наличие воды не всегда приемлемо
для очистки поверхности некоторых сооружений и если необ-
ходимо удалить высолы сульфатов и нитратов. В этом случае,
чтобы избежать их растворения в субстрате, нужна сухая очи-
стка с отсосом пыли пылесосами и удалением продуктов очи-
стки в безопасное место во избежание их попадания в грунт
рядом с сооружением.
Производительность пескоструйной очистки при произ-
водстве работ может изменяться в широких пределах: от 100
до 600 м2/час [22, 36, 37].
* Дробеструйная обработка поверхности.
Данный вид обработки широко применяется при подго-
товке горизонтальных площадей к нанесению покрытий. При
производстве работ на вертикальных и потолочных поверх-
ностях применяется реже.
Машины имеют рабочую производительность от 14 до
420 м2/час при глубине обработки до 2 мм. Во многом произ-
водительность зависит от мощности машины и крупности
дроби.
Выпускаются установки циклического и непрерывного
действия. Основным недостатком является высокая стои-
152
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
мость оборудования и производства работ. При обычной схе-
ме производства работ требуется до 15 м3/мин сжатого возду-
ха [22, 36].
• Обработка поверхностей водой под давлением.
При выполнении ремонтных и гидроизоляционных работ
с использованием минеральных покрытий широко использу-
ется очистка бетона водой под давлением.
Установки такого типа можно использовать для очистки
поверхности от грязи, удаления покрытий, краски и поверх-
ностного слоя бетона, удаления разрушенного бетона, разру-
шения тяжелого бетона в глубину до нескольких сантимет-
ров, резки тяжелого бетона [22,36,38,41].
Рабочий диапазон давлений при использовании устано-
вок колеблется от 200 до 2500 бар - от удаления грязи до рез-
ки бетона. Расход воды в этом случае изменяется от 10-15
л/мин до 250 л/мин.
Обработка бетона водой под давлением необходима при
удалении ржавчины с арматурных стержней в результате воз-
действия хлоридов. Эта технология подготовки поверхности:
• обеспечивает высокую производительность работ;
• предупреждает повреждение и ослабление крепления за-
кладных в бетоне;
• не приводит к образованию пыли;
• не создает ударных и вибрационных нагрузок; в отличие
от очистки бетона отбойными молотками не формирует мик-
ротрещиноватой структуры по периферии обрабатываемого
участка; это дает возможность применять ее при очистке кон-
струкций с предварительно-напряженной арматурой;
• имеет широкую область применения;
• дает возможность применения различных инструментов
очистки;
• производит избирательное удаление бетона;
• обеспечивает однородность и высокое качество очистки
и получение требуемой прочности поверхности бетона на
растяжение (более 1,5 Н/мм2).
153
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
В качестве недостатков этой технологии следует отметить
наличие в процессе очистки воды и ее значительный расход.
При выполнении работ во многих сооружениях это недопус-
тимо. Кроме того, при использовании мощных установок не-
обходимо обеспечить соответствующие объемы работ.
Установки для очистки бетона водой под давлением мож-
но условно разделить на четыре группы:
а) с давлением 16-25 МПа;
б) с давлением 25-45 МПа;
в) с давлением 45-100 МПа;
г) с давлением более 100 МПа.
Установки первого типа позволяют производить очист-
ку "старого” бетона от грязи, а свежеуложенного бетона - от
цементного молока и грязи. Обычно возраст такого бетона
14-28 суток. Потребность в воде для этих установок состав-
ляет около 10-15 л/мин. Их размеры и масса обеспечивают
возможность работы на высоте и в труднодоступных мес-
тах. При установке насадки для подачи песка возможна
очистка "старого" бетона от цементного молока и очистка
арматуры от ржавчины. Производительность работ при
очистке:
• от грязи - до 200 м2/час
• "старого" бетона от цементного молока
с использованием песка - до 30 м2/час
• "нового" бетона в возрасте до 10 суток
от цементного молока при
использовании песка - до 50 м2/час
• арматуры от ржавчины
при использовании песка - до 2 м2/час
Добиться качества поверхности металла класса SA 2,5 (по
Шведскому стандарту) практически невозможно.
Использовать установки с давлением около 250 бар воз-
можно с удалением воды из-под рабочего органа. Это делает
возможным применять установки такого типа там, где недо-
пустимо присутствие воды.
154
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Машины с давлением до 45 МПа позволяют производить
очистку поверхности "старого" бетона от грязи и нарушенно-
го бетона и часть поверхности арматурного каркаса от ржав-
чины без эжекции песка. Установки имеют большую массу,
потребность в воде у них доходит до 15-20 л/мин. Производи-
тельность их по очистке ремонтируемых поверхностей при-
мерно в 1,3-1,5 раза выше, чем установок с давлением до 250
бар. Качество очистки металла при эжекции песка соответст-
вует SA 2,5.
Установки, развивающие давление до 100 МПа (обычно
рабочее давление 65 - 70 МПа), представляют собой прицеп-
ные устройства, которые могут транспортироваться автомо-
билями. С их помощью при производстве ремонтных работ
можно очистить от ржавчины арматурный каркас, удалить
весь структурно непрочный поверхностный слой бетона. По-
требное количество воды колеблется от 15 до 150 л/мин. Уста-
новки обладают производительностью очистки поверхности
бетона до 1 м2/мин и позволяют удалять поверхностный слой
бетона на глубину до 1,5 см за один проход. Следует отме-
тить, что установки, имеющие мощность более 150 кВт, могут
разрушать бетон.
При нахождении рабочего органа в руках оператора,
последний испытывает значительные физические нагрузки.
Работа на высоте требует применения специальных мер безо-
пасности. При очистке металлических конструкций от ржав-
чины (арматура, закладные и т.п.) возможно добиться каче-
ства поверхности SA 2,5.
Установки, развивающие давление воды более 100 МПа
(до 250 МПа) представляют собой самоходные автоустанов-
ки, используемые при значительных объемах ремонтных ра-
бот. Расход воды - до 250 л/мин.
Во многих странах существуют нормы и правила, уста-
навливающие ограничения при работе с установками высоко-
го давления при использовании ручного инструмента для
очистки. Например, реактивная сила не должна превышать
155
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
250 Н. В случае превышения указанного значения использу-
ются манипуляторы. С помощью этих установок производит-
ся глубокая очистка бетона с удалением поверхностного слоя
на глубину в несколько сантиметров и очистка арматурного
каркаса.
Например, производительность подготовки поверхности
бетона при удалении разрушенного слоя на глубину 30 мм ус-
тановками с давлением 200 МПа составляет 15 м2/час. Экспе-
риментальные исследования показали, что стойкость бетона
к разрушению струей воды под давлением зависит от крупно-
сти зерен заполнителя. Чем крупность щебня в бетоне
больше, тем меньше скорость разрушения. Кроме того, на
производительность разрушения бетона влияет прочность це-
ментного камня.
Можно выделить еще одну группу машин, которые про-
изводят очистку поверхности субстрата высоконапорной во-
дой при повышенных температурах (60-80°С). Обычно это ус-
тановки первой группы (до 22 МПа) и подходят для мойки
поверхностей от грязи, жира и масел.
Обработка водой под давлением не изменяет структуру
бетона. По данным наблюдений установлено, что обработка
водой не вызывает изменения модуля упругости бетона и не
оказывает влияния на структуру пор. Она является наиболее
предпочтительной при использовании гидроизоляционных
материалов на цементной основе, обладающих пенетрирую-
щим действием и требующих открытой структуры пор. Кон-
фигурация поверхности, которая получается в результате об-
работки водой под давлением, в большей степени зависит от
типа заполнителя в бетоне и его гранулометрии. При исполь-
зовании известняка поверхность получается сравнительно
ровной и гладкой с большим количеством разломов заполни-
теля.
В случае использования гранитов или кварцитов поверх-
ность получается неровной и с большим количеством высту-
пов зерен наполнителя.
156
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Часто обработка водой под высоким давлением -
110 МПа и более - бывает единственным из возможных эф-
фективных средств подготовительных работ по удалению на-
рушенного бетона.
Это справедливо для густоармированных конструкций,
таких как участки установки деформационных швов в тонне-
лях, мостах и пр.
Исходя из изложенного, можно утверждать, что обще-
принятые методы очистки бетона обеспечивают подготовку
поверхности на глубину:
• отбойный молоток с лопаткой - 3,5-15 мм;
• обработка бучардой - 3-6 мм;
• механическая фреза - 3-5 мм
• пескоструйная обработка (до 30 мм); - 1-2 мм;
• дробеструйная обработка - 2-3 мм;
• обработка водой под давлением 70-100 МПа - 3-15 мм.
После удаления поверхностного слоя бетона основание
следует проверить на наличие пустот и расслоений.
В том случае, если такие повреждения имеются, их надо
устранить разборкой основания в глубину или заполнить с
помощью инъекций. В некоторых случаях возможно исполь-
зование нагельного крепления.
• Химическая обработка поверхности.
Химическая очистка поверхности бетона от грязи и це-
ментного молока ранее широко применялась в строительст-
ве, однако этим процессом трудно управлять. Очень сложно
добиться равномерного воздействия и полностью удалить
всю кислоту. Сильнозагрязненные поверхности перед обра-
боткой следует очистить другими способами. Часто для хи-
мической обработки применялся 10%-ный раствор соляной
кислоты. Расход составляет около 0,5 л/м2.
Если присутствие хлоридов в бетоне нежелательно, то
можно использовать 15%-ный раствор ортофосфорной кисло-
157
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ты. Кислота наносится на поверхность бетона энергичным
втиранием жесткими щетками. Через 5 минут после прекраще-
ния вспенивания поверхность бетона промывают водой и очи-
щают от отслоившегося слоя бетона механическими способа-
ми. При необходимости операцию повторяют. После промыв-
ки бетон должен быть проверен на pH. В настоящее время этот
способ находит широкое применение. Использование химиче-
ских веществ (специальные смывки) для удаления краски с по-
верхности бетона оправдано только при наличии на нем 1-2
слоев достаточно "свежей” краски [22, 36, 40, 41].
Удаление с поверхности бетона таких продуктов, как жир
и масло, возможно с использованием моющих средств или
растворов щелочей (каустической соды). Производительность
при химической обработке изменяется от 150 до 700 м2/час.
Очистка производится жесткими щетками с последующей
промывкой водой, лучше горячей. По окончании работ сле-
дует произвести тест на наличие жира и масел. Для этого по-
сле высушивания участка бетона, который подвергался очи-
стке, на него разбрызгивается вода. Если она впитывается в
бетон, то очистка выполнена хорошо, а если скатывается, то
работы по очистке следует продолжить. Когда поверхност-
ный слой бетона загрязнен жирами или маслом на значитель-
ную глубину, необходимо его удалить механическим спосо-
бом. В практике производства работ бывают случаи, когда
бетон пропитан маслом на всю толщину. Тогда этот участок
удаляется полностью и заменяется новым. В том случае, ког-
да это невозможно выполнить, удаляется слой бетона толщи-
ной 3-8 см, а затем производится установка специального ар-
матурного каркаса, закрепленного на анкерах в основной
слой бетона, и укладывается ремонтный раствор или бетон.
* Огневой способ очистки
Этот один из наиболее древних способов разрушения ма-
териалов используется и сегодня для подготовки поверхнос-
тей бетона при нанесении защитных и гидроизоляционных
покрытий.
158
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Обычно он обеспечивает глубину обработки до 3-6 мм.
Температура пламени не должна превышать 3200°С.
Производительность при очистке бетона на разную глу-
бину колеблется от 5 до 60 м2/час.
При подготовке поверхности бетона руководствуются не
только требованиями по получению субстрата с прочностью
на растяжение более 1,5 Н/мм2, но и требованиями по факту-
ре поверхности. В зависимости от того, какая фактура по-
верхности бетона необходима для нанесения защитных или
гидроизоляционных материалов, применяется тот или иной
способ ее очистки и подготовки. В одном случае может быть
отдан приоритет пескоструйной обработке, в другом - шли-
фованию, в третьем - химической обработке и т.д.
Существует риск получения трещиноватости бетона в
подготавливаемом для ремонте слое. Наличие сети трещин
может сказаться на качестве ремонтных работ и адгезии ре-
монтного или гидроизоляционного состава к субстрату (см.
табл. 22). Безусловно, нарушение ремонтного слоя бетона или
раствора приведет к разрушению гидроизоляционной мемб-
раны.
Таблица 22
Способ подготовки поверхности бетона Вероятность получения трещиноватости субстрата Вероятность нарушения ремонтного слоя и гидроизоляционной мембраны
Механическая обработка От низкой до высокой От низкой до высокой
Пескоструйная сухая и мокрая обработка Низкая Низкая
Дробеструйная обработка Низкая Низкая
Обработка водой под давлением Низкая Низкая
Химическая обработка Низкая От низкой до средней
Огневая обработка Средняя От средней до высокой
159
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
• Очистка поверхности бетона от биологически активных
веществ.
Биозагрязнения на поверхносги бетона лучше всего уда-
лять пароструйной очисткой или обработкой горячей водой
под давлением до 25 МПа.
Обычно эти работы по подготовке бетона к нанесению
покрытий и ремонтных составов выполняются совместно с
механическими видами обработки поверхности.
Подготовленная к производству ремонтных работ по-
верхность бетона обрабатывается раствором инсектецида
или другого биологически активного препарата. При произ-
водстве этих работ успешно используется материал "Превен-
тол" фирмы "БАЙЕР" (Германия), который разводится водой
1:304-1:40. Сильнозараженная поверхность должна обрабаты-
ваться дважды с интервалом в 14 суток. Это затрудняет техно-
логию производства работ, но на таких объектах, как бани,
овощехранилища, сырые подвалы и т.п., такая обработка
обязательна. Бетонные сооружения в меньшей степени под-
вержены заражению грибком и чаще всего хватает одноразо-
вой обработки бетона препаратом.
После подготовки поверхности бетона к производству ра-
бот по нанесению защитных и гидроизоляционных покрытий
и ремонтных составов не следует пренебрегать возможностью
их нанесения и контроля на опытном участке. После этого
можно с полной уверенностью говорить об их пригодности в
конкретных условиях.
• Очистка металла
В том случае, когда металл арматурного каркаса подвер-
жен сильной коррозии, он должен быть очищен от бетона в
глубину не менее 2 см. Обычно эти работы выполняются с по-
мощью отбойных молотков или водой под давлением 65-100
МПа и более.
Наиболее трудоемким и сложным процессом является
очистка арматуры. Очистка металла от ржавчины может осу-
ществляться любыми способами. Наиболее распространен-
но
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ными из них являются очистка водой под давлением, струей
абразива, металлическими щетками, игольчатыми молотка-
ми. Последние сегодня применяются довольно часто. Это
пневмоинструмент, оснащенный стальными стержнями мало-
го диаметра (0 2,3,4 мм), выдвигающимися при перемещении
изнутри корпуса. Выдвигаясь, стержни наносят удары по ме-
таллической и бетонной поверхности и разрушают ее в зави-
симости от ее конфигурации. Такой инструмент очень эффек-
тивен при удалении слоев ржавчины в труднодоступных мес-
тах, а также для очистки небольших по площади поверхнос-
тей бетона.
Вода под высоким давлением хорошо очищает как бетон,
так и арматуру от ржавчины. При добавлении к воде песка
процесс очистки ускоряется, а качество становится выше,
очищенная поверхность становится шероховатой, что обеспе-
чивает лучшую адгезию с защитными покрытиями и ремонт-
ными материалами.
Очистка абразивными материалами в основном представ-
лена сухой пневмо-пескоструйной обработкой, мокрой обра-
боткой с использованием подачи воды и мелкого песка; водо-
пескоструйной обработкой, когда песок или другой абразив
подается способом эжекции.
Очистка проволочными щетками и фрезами эффективна
для удаления ржавчины с поверхности арматуры. При необ-
ходимости очистки арматуры с обратной стороны, то есть
между стержнем и подстилающим слоем бетона она малоэф-
фективна. Кроме того, очистка щетками приводит к полиров-
ке поверхности бетона, что может сказаться на качестве сцеп-
ления с ним ремонтного состава.
Без применения модификаторов ржавчины при производ-
стве ремонтных работ поверхность металла должна быть за-
щищена до класса SA 2,5, при использовании модификаторов
ржавчины можно допускать наличие трудно удаляемой ржав-
чины толщиной до 50 мкм.
Шероховатость поверхности металла должна быть менее
161
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
100 мкм. Наличие острых выступов, впадин, трещин недопус-
тимо.
Вскрытие арматурного каркаса по плоскости осуществля-
ется до вскрытия неповрежденного металла на 20-30 см.
Границы вскрытого и предназначенного для ремонта уча-
стка железобетона должны иметь простую форму и оконтуре-
ны при ремонте обычных конструкций на глубину не менее
0,5 см с помощью отрезной машинки, оснащенной алмазным
диском. При ремонте конструкций, испытывающих механи-
ческие нагрузки, глубина оконтуривания должна быть более
1 см. Контурный надрез должен быть перпендикулярным к
плоскости конструкции.
Участки локального ремонта до 0,1 м2 (сколы, отколы), ес-
ли они не относятся к последствиям коррозии арматуры, мож-
но не оконтуривать с помощью алмазного диска [22, 36, 48].
1.15. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОЙ МЕМБРАНЫ В ПОДЗЕМНЫХ
И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЯХ
При выполнении работ по нанесению материалов исполь-
зуются ручные и механизированные технологические опера-
ции (см. табл. 23). Следует отметить, что безрулонные орга-
нические материалы можно наносить как вручную, так и ме-
ханизировано. Ручное нанесение производится с помощью
кистей, валиков, полутерков, гребков, шпателей и т.п.
Механизированное нанесение осуществляется с использо-
ванием установок воздушного и безвоздушного нанесения,
как прерывного, так и непрерывного действия. Авторы не
считают необходимым приводить в настоящей работе марки
и характеристики оборудования для механизированного на-
несения.
Такое оборудование широко представлено на рынке, отли-
чается только ценой и качеством. Исключение составляет обо-
162
А.А. Шилин, M.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица 23
Тип гидроизоляционной мембраны Способ нанесения материалов
ручной Механизированный
Металлические листы + -
Рулонная органическая + -
Безрулонная органическая + +
Безрулонная минеральная + +
Рулонная минеральная + -
Пароизоляционная + -
рудование по нанесению полиуретанов, которое обеспечивает
подогревание компонентов. Оно выпускается несколькими
фирмами-производителями и имеет по сравнению с оборудова-
нием по нанесению других материалов высокую стоимость.
При нанесении материалов технологическое оборудова-
ние должно приспосабливаться к конкретным условиям про-
изводства работ: температуре, влажности, площади, конфигу-
рации и расположению субстрата. Кроме того, в механизиро-
ванном нанесении первостепенное значение приобретает
роль субъективного фактора.
Технология нанесения гидроизоляционных материалов
должна включать минимальное количество мероприятий. Чи-
стота поверхности бетона и строительной площадки, отсутст-
вие лишних людей является залогом высокого качества ра-
бот. Следует иметь в виду, что для качественных работ необ-
ходимо иметь непрерывный фронт их выполнения. Нанесение
материалов "картами" не рекомендуется.
Обычно бригада гидроизолировщиков не превышает 3-5
человек и контролируется 1 специалистом. Часть работаю-
щих осуществляют подготовку поверхности, нанесение мате-
риалов и контроль качества работ, другие подготавливают
оборудование, материалы, подводят коммуникации и т.д.
163
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Очень сложно получить высокое качество работ, когда
работы по нанесению гидроизоляционных материалов на од-
ном объекте выполняются различными подрядчиками и с
применением разных материалов и технологий. В этом случае
очень трудно определить, кто сделал брак, а он обязательно
появится, особенно в местах контакта разных материалов.
В силу того что, большие проектные организации, имею-
щие значительный опыт в разработке общестроительной до-
кументации сооружений, редко умеют качественно разраба-
тывать документацию по проектированию гидроизоляцион-
ной системы на стадии рабочих чертежей, то правильнее для
заказчика поручить разработку такой документации специа-
лизированной организации, которая сможет выполнить так-
же и работы по устройству гидроизоляционной мембраны. В
этом случае вся ответственность ложится на эту организацию,
да и ей будет значительно проще выполнять работу.
Главная проблема заключается в том, что ожидание за-
казчика часто бывает выше, чем уровень качества работ, ко-
торый может быть обеспечен на самом деле. Практический
опыт показывает, что во многих случаях причина кроется в
неправильном подборе материалов, качестве подготовки суб-
страта, отсутствии правильных решений по герметизации
швов и сопряжений, времени и сроках проведения работ и т.п.
Выполняя работы по укладке гидроизоляционных мате-
риалов при строительстве подземных и заглубленных соору-
жений, необходимо учитывать время вызревания бетона и ко-
личество воды, которая находится в конструкции.
Примерно 50-70% воды, содержащейся в обычном бетоне,
не используется для гидратации цемента. Эта избыточная во-
да необходима для обеспечения удобоукладываемости бетон-
ной смеси в опалубку.
При уплотнении бетона избыточная вода, которая явля-
ется самым легким компонентом смеси (заполнитель и цемент
в 2,5-3,1 раза тяжелее), начинает мигрировать к поверхности.
При этом в цементном камне создаются каналы, по которым
164
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
вода проходит и выступает на поверхности. По мере оседания
частиц заполнителя в пустотах над ними собирается вода. По-
сле твердения бетона и испарения большей части воды затво-
рения образовавшаяся в цементном камне система капилля-
ров и пустот увеличивает проницаемость бетона.
Водоцементное отношение бетона (В/Ц) нужно поддер-
живать на минимальном уровне, однако бетон при этом дол-
жен нормально укладываться и уплотняться. На удобоклады-
ваемость бетонной смеси оказывают влияние гранулометри-
ческий состав и форма частиц заполнителя, характер поверх-
ности, на которую укладывают бетон. Качество заполнителя
определяет долговечность и водонепроницаемость бетона.
Проницаемость бетона быстро растет при В/Ц > 0,55. Спо-
собствует поддержанию водонепроницаемости бетона исполь-
зование пуццоланов, например золы-уноса, а также микро-
кремнезема, особенно в случаях, когда в смеси присутствует не-
достаточное количество мелкой фракции заполнителя. По-
скольку на увеличение долговечности бетона влияет его непро-
ницаемость, рекомендуется вовлечение в состав смеси воздуха.
Поры в цементном камне, образовавшиеся вследствие воздухо-
вовлечения, настолько малы, что не оказывают неблагоприят-
ного воздействия на водонепроницаемость. Вовлечение возду-
ха делает бетон более связным и удобоукладываемым, морозо-
стойким, кроме того, по сравнению с обычным бетоном умень-
шается расслоение и образование "цементного молока".
Но даже при соблюдении этих рекомендаций бетон при
высыхании дает усадку, и в нем появляются трещины. При от-
носительной влажности 50% обычный бетон даст усадку ~ 1
см на 20м или 0,05%. При поддержании исходного уровня
влажности 100% бетон дает минимальную усадку, но на прак-
тике этого можно достичь только в случае бетонирования
подводных конструкций.
Когда бетон, выдерживавшийся во влажных условиях в
течение 7 суток, попадает в 50%-ную влажность, то 30%-ная
усадка произойдет в течение 30 суток, 85%-ная - в течение 6-9
165
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
месяцев. Фактический объем воды, необходимый для гидра-
тации цемента, составляет около 25% от массы цемента.
Обычный бетон в процессе высыхания теряет около 20 кг/м2
воды со своей поверхности. Например, изолированная с од-
ной стороны бетонная конструкция, в которой укладывался
бетон с В/Ц ~ 0,5 и расходом цемента 300 кг, толщиной 20 см
в условиях 50%-ной влажности при твердении потеряет 10-12
кг/м2 воды [22,40,58].
Обычно гидроизоляцию бетона выполняют в период 3-30
суток с момента его укладки. Пока он не выдержан должным
образом, его считают свежеуложенным. Необходимо самым
внимательным образом изучить свойства поставляемых про-
изводителем гидроизоляционных материалов, чтобы оценить
возможность устройства гидроизоляционной мембраны на
свежеуложенном бетоне, который, со временем твердея, будет
давать усадку, растрескиваться и терять воду. Если гидроизо-
ляционную мембрану нанести слишком рано, избыточная во-
да окажется "запертой", а это может привести к образованию
на мембране вздутий, ее отслоению и разрушению. Наличие
мигрирующей влаги оказывает такое же воздействие на адге-
зию мембраны к подстилающему бетонному слою, который
не должен иметь влажность более 5% при нанесении на него
органических материалов.
Но при выполнении работ в реальных условиях часто при-
ходится сталкиваться с такими условиями и укладывать мемб-
рану на влажный субстрат. Для обеспечения адгезии мембра-
ны необходимо обеспечить удаление из-под нее лишней влаги.
Существует несколько технических решений: устройство па-
роотводящих каналов в поверхностном слое субстрата, уклад-
ка паропроницаемых материалов (тканевых жгутов) под мем-
брану, активная вентиляция бетона по внутреннему контуру,
пригруз мембраны по внешнему контуру и т.д.
При планировании работ по созданию гидроизоляцион-
ной мембраны основным является выбор материала. Многие
проектировщики и инженеры-технологи полагают, что самые
166
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
дорогостоящие материалы являются также и самыми лучши-
ми. Однако это не всегда верно, так как на конечную стои-
мость работ с материалами оказывают влияние трудозатра-
ты, прибыль и накладные расходы, квалификация кадров,
применяемые механизмы и т.д. Простота нанесения материа-
лов на поверхность субстрата обеспечивает быстрый оборот
средств, уменьшает вероятность ошибок, облегчает контроль
качества. Материалы должны соответствовать своим заяв-
ленным свойствам в реальных условиях эксплуатации.
Когда возникает проблема просачивания воды по шву,
трещине, месту соединения или всей поверхности конструк-
ции, место протечки при производстве гидроизоляционных
работ должно быть быстро обнаружено и залечено. На боль-
шинстве мембран, имеющих сплошное приклеивание, лока-
лизовать дефекты легко, в то время как на свободно, без при-
клейки уложенных мембранах сложно. Если у мембраны нет
плотного непосредственного контакта с подстилающим сло-
ем,.то вполне вероятно, что вода из источника может проник-
нуть под мембрану в одном месте, а появиться в сооружении
в любом другом.
Восстановление герметичности в сооружении после де-
формации конструкции является желательным, однако не
входит в перечень обязательных требований к гидроизоляци-
онным мембранам. Очевидно, что, если трещины или смеще-
ния конструкции имеют большие размеры (более 3 см), обес-
печить герметичность сложно. Тем не менее на рынке имеют-
ся, хотя и в небольшом количестве, материалы, способные к
герметизации сухих и фильтрующих трещин и швов, даже в
подверженных динамическим нагрузкам сооружениях, но вы-
полнение этих работ требует высокого профессионального
уровня исполнителя.
Устойчивость покрытия к воздействию химических ве-
ществ также является важной. Почти все производители гид-
роизоляционных материалов прилагают перечень химичес-
ких веществ, которые могут повредить материал. Иногда бы-
167
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
вает важно провести химический анализ окружающего грун-
тового массива, чтобы узнать о присутствии солей и, в част-
ности, сульфатов, которые могут негативно воздействовать
на такие гидроизолирующие вещества, как, например, обыч-
ные цементы и бентонитовые глины.
Очень важное значение имеет совместимость гидроизоля-
ционного покрытия с другими материалами - от этого зави-
сит долговечность мембраны. Связующие вещества для без-
рулонных материалов на основе полиуретанов, а также ру-
лонных органических материалов необходимо подвергать
тщательному анализу для выявления их химической совмес-
тимости с другими материалами.
Какой-то один материал не может удовлетворять всем
требованиям конкретного проекта, поскольку проект может
включать огромное множество разнообразных ситуаций. По-
тому важным является подбор материалов, которые будут
иметь контакт друг с другом и разными материалами субст-
рата при создании гидроизоляционной мембраны.
Заказчика волнует не только выбор материалов как тако-
вых, но и их увязка с конструкционными и архитектурными де-
талями. Часто можно услышать о том, что, если гидроизоляци-
онную систему в сооружении грамотно запроектировали, вы-
полнили обратную засыпку и дренаж, протечек никогда не
произойдет, поскольку вода выберет путь наименьшего сопро-
тивления. Это объясняет тот факт, что вертикальные стены
редко протекают, когда все технологические операции выпол-
нены грамотно. Это справедливо также и для плоских плит и
перекрытий подземных и заглубленных сооружений в случае
отсутствия гидростатического давления воды, трещин, швов,
пустот, при наличие водонепроницаемого бетона. Однако, по-
скольку таких условий в реальной практике не существует,
проектировщики должны требовать выполнение гидроизоля-
ционных работ для всех поверхностей подземного сооружения.
В любом сооружении имеются участки, где вероятность
протечек наиболее высока. К ним относятся: деформацион-
168
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ные и конструкционные швы, места соединения элементов
конструкции, стыки в стенах и перекрытиях, парапеты, внут-
ренний дренаж и т.д.
Все типы деформаций вызывают нагрузки, которые со-
здают в конструкциях напряжения, в том числе сдвигающие и
срезающие. Это отрицательно сказывается на состоянии гид-
роизоляционной мембраны, деформационных и других швах.
При составлении проекта первостепенное внимание следует
уделять деформационным и конструкционным швам и их гер-
метизации с учетом возможного возникновения деформаций.
Однако, как указывалось выше, при деформации в значитель-
ных объемах говорить о качественной гидроизоляционной
мембране не имеет смысла. Конструкционная целостность со-
оружения является залогом эксплуатационной долговечности
гидроизоляционной системы в целом.
В местах соединения элементов сооружения также могут
возникать смещения и изгибающие напряжения. Обычно это
происходит при стыковке сборных железобетонных конст-
рукций, например перекрытия и стены из монолитного бето-
на или железобетона. Элементы соединяются арматурными
вставками или сваркой - это означает, что соединение имеет
точки концентрации напряжений и возможны локальные сме-
щения и раскрытие стыка. Деформации происходят при со-
единении подпорной стенки с жесткой рамной конструкцией
при наличии значительных температурных изменений.
Примыкания стен и перекрытий являются критическими
участками с точки зрения целостности гидроизоляционной
мембраны. Долговременное воздействие нагрузок и эффект
ползучести бетона в элементах перекрытия, особенно в сочета-
нии с температурными изменениями, приводят к раскрытию
швов. Элементы круглого очертания в перекрытии очень не-
просто заизолировать. Поэтому вариант устройства отверстий
в перекрытии с использованием труб крайне нежелателен.
Чем проще конструкция сооружения, тем легче получить
качественную гидроизоляционную мембрану.
169
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
1.16. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Гидроизоляционную систему подземных сооружений сле-
дует рассматривать как комплекс мероприятий, обеспечиваю-
щих защиту от паров и фильтрации воды.
В условиях России подземные сооружения всегда в тече-
ние года подвержены воздействию статического уровня воды.
Даже те сооружения, которые находятся в благоприятных
горно-геологических условиях, испытывают в зимний и ве-
сенний периоды воздействие временного статического уровня
воды, приуроченного к зоне промерзания-оттаивания грун-
тов. При проектировании заглубленных сооружений статиче-
ский уровень грунтовых вод должен приниматься от уровня
дневной поверхности.
Элементами гидроизоляционной системы, работающей в
таких условиях, являются: гидроизоляционная мембрана,
дренаж, теплоизоляция, вентиляция, водоудаление, кондици-
онирование воздуха, пароизоляция, которые должны объеди-
няться единым проектным решением, видоизменяясь в зави-
симости от назначения сооружения.
Существующие в настоящее время материалы, которые
используются для создания гидроизоляционных мембран в
подземных сооружениях, дают возможность обеспечить тре-
буемый уровень защиты от воды и влаги при активном и не-
гативном ее давлении.
При выборе материалов для производства гидроизоляци-
онных работ следует ориентироваться на условия их примене-
ния, наличие активного или негативного давления воды или
паров, требования по влажности воздуха на период эксплуа-
тации сооружения, качество субстрата, качество и стоимость
профессиональных материалов для производства гидроизо-
ляционных работ, технологию нанесения, возможность кон-
троля качества, наличие квалифицированных кадров, безо-
пасность производства работ.
Часто и справедливо принимаются к производству работ
170
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
такие материалы, которые более приемлемы с точки зрения
техники безопасности и организации труда.
На выбор материала большое влияние оказывают сроки
строительства объекта, сроки укладки и вызревания бетона,
время производства работ, наличие соседних конструкций и
сооружений, с которыми выбранная гидроизоляционная мем-
брана должна быть совместима.
Нельзя не учитывать ремонтопригодности конструкций и
стоимость подготовительных работ.
Безусловно, при выборе технологии производства работ
следует учитывать и гарантии производителей работ. Обыч-
но они составляют 2-3 года. Производитель материалов чаще
всего дает на них любые гарантии, так как крупные фирмы
страхуют риски. Кроме того, опытный производитель мате-
риалов всегда может уйти от ответственности и перенести ви-
ну на производителя работ, службы эксплуатации и т.д.
Чаще всего по гарантии могут быть заменены материалы,
расположенные в дефектных местах. Это имеет положитель-
ный эффект при ремонтопригодных конструкциях сооруже-
ний. Однако конструкции подземных и заглубленных соору-
жений чаще всего неремонтопригодны. Поэтому производи-
тель работ будет нести основные финансовые потери, кото-
рые, конечно, можно со временем компенсировать страхов-
кой. Потери моральные компенсировать в этом случае будет
сложно.
При производстве работ по созданию гидроизоляционной
мембраны, обеспечивающей надежную защиту подземного со-
оружения от воды и ее паров, необходимо выполнять несколь-
ко ступеней защиты как по площади производства работ, так
и на участках сопряжений строительных конструкций и мате-
риалов. При использовании мембран, работающих в условиях
негативного давления воды, необходимо учитывать структуру
бетона, его прочностные характеристики, наличие, объем и
скорость коррозии арматурного каркаса, которая будет про-
исходить под воздействием окружающей среды.
171
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
При создании гидроизоляционных мембран на верти-
кальных поверхностях следует обращать внимание на форму
и размеры последних. При наличии разных по качеству субст-
ратов следует учитывать их совместимость с материалами ги-
дроизоляционной мембраны.
Если рассматривать строительство и ремонт подземных
сооружений, то нужно иметь в виду, что при активном давле-
нии воды предпочтение может быть отдано как рулонным,
так и безрулонным органическим и минеральным покрыти-
ям. В условиях ремонта или выполнения работ изнутри со-
оружения, работающего при воздействии негативного давле-
ния воды, предпочтение всегда отдается минеральным водо-
непроницаемым, но паропроницаемым покрытиям.
При восстановлении герметичности сооружений при ре-
монте изнутри нельзя ожидать в нем низкой влажности возду-
ха. Только наличие активной вентиляции и кондиционирова-
ния воздуха даст возможность при наличии минеральной ги-
дроизоляционной мембраны добиться снижения влажности
воздуха в помещении.
Рулонные материалы, используемые для создания гидро-
изоляционных мембран в подземных сооружениях, должны
иметь сплошное приклеивание ковра и наноситься в 2 и более
слоев. Нанесение материалов должно осуществляться по су-
хому основанию с устойчивой влажностью бетона не более
5%. Адгезия мембраны к бетону должна быть более 1 Н/мм2.
При выполнении работ по созданию мембраны следует
определить минимальный промежуток времени, в который
она может быть засыпана грунтом.
Наличие обломочных кусков породы или мусора, сильное
уплотнение грунта (более 0,95) могут повредить мембрану во
время засыпки, даже при наличии защитных стенок. Наличие
агрессивных вод или их загрязнение может привести к разру-
шению мембраны, если материал для ее создания не учитывал
эту возможность.
Наличие перепадов уровня воды может способствовать
172
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
превышению расчетного гидростатического давления или
разрушению мембраны за счет попеременного заморажива-
ния/оттаивания, намокания/высушивания. При проектирова-
нии гидроизоляционной мембраны необходимо учитывать
деформации в сооружении, включая усадку и набухание бето-
на, а также возможные перепады температуры.
В таблице 24 приведены основные свойства и условия
применения перечисленных выше материалов, используемых
при создании гидроизоляционных мембран в подземных со-
оружениях. Однако, как уже было ранее сказано, одна гидро-
изоляционная мембрана или один материал могут оказаться
недостаточными для всех ситуаций, которые могут возник-
нуть на том или ином объекте. После того как будет осуще-
ствлен выбор материалов для создания мембран, используе-
мых в подземных условиях, они должны быть проверены на
совместимость с материалами и мембранами, которые приме-
нены для защиты наземных частей здания. Такое совмещение
имеет решающее значение для эффективного функционирова-
ния всей системы защиты сооружения.
Следует учитывать, что даже правильный выбор матери-
ала не гарантирует полностью качество выполнения гидро-
изоляционных работ. На него оказывает влияние множество
факторов, включая: конструктивные особенности сооруже-
ния, квалификацию кадров, качество подготовительных ра-
бот и пр.
Длительное функционирование гидроизоляционной
мембраны может быть обеспечено только при наличии вну-
треннего или внешнего дренажа. Избежать конденсации
влаги в конструкциях можно только при наличии теплоизо-
ляционной защиты, вентиляции и кондиционирования воз-
духа. В любом подземном или заглубленном сооружении
должно быть предусмотрено водоудаление, которое должно
предусматривать наличие соответствующих решений: укло-
ны, водосборники, трубопроводы, перекачные насосные
станции.
173
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Таблица 24
Основные характеристики и условия использования материалов,
применяемых для создания гидроизоляционных мембран
Характерис- тики, условие применения материалов Мембраны из метал- лических листов Мембраны из рулон- ных и лис- товых ма- териалов Мембраны из мате- риалов жидкого нанесения Мембраны на мине- ральных вяжущих Мембраны на основе бентони- товых глин
Удлинение при разрыве Минималь- ное Хорошее Прекрасное Отсутствует Хорошее
Химическая стойкость в грунте и атмосфере Хорошая при качест- венной защите Хорошая От средней до хорошей Хорошая Средняя
Трудоемкость укладки Высокая Средняя Простая Простая Простая
Толщина слоя 6 мм и более 0,5-10 мм 1,5 - 2 мм 1-5мм иног- да больше 6 - 12 мм
Возможность работы при ак- тивном и нега- тивном давле- нии воды В любом режиме Только в активном режиме Только в активном режиме В любом режиме Только в активном режиме
Участки, требующие обследования и дополнительных усилий и затрат при нанесении материалов Швы, накладки, качество защитных покрытий, анкера, сопряже- ния Нахлест полотнищ и швы; про- филирова- ние у отверстий и сопряжений, переходных наземных элементов Толщина материала, особенно у перегибов; профили- рование и грунтовка у отверстий и сопря- жений Г алтели, швы и со- пряжения; профили- рование швов и трещин Нахлест, профили- рование у отверстий и изменении плоскости
Ремонт От средней трудности до нере- монтопри- годности От средней трудности до трудного От средней трудности до трудного Простой при укладке по внутренне- му контуру От средней трудности до трудного
Необходимость защиты при засыпке пазух нет Да Да нет да
Стоимость работ Самая высокая Высокая Средняя Низкая Низкая и средняя
Необходимость в квалифициро- ванной рабочей силе Высокая Средняя Средняя Средняя Средняя
174
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
1. 17. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев С.Н., Розенталь Н.К. Коррозионная стой-
кость железобетонных конструкций в агрессивной промыш-
ленной среде. - М.: Стройиздат, 1976.
2. Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Модры С., Шиссель П.
Долговечность железобетона в агрессивных средах. - М.:
Стройиздат, 1990.
3. Батероу X. Геосинтетическо-глинистая гидроизоляция
как высокоэффективный изоляционный элемент в геотехни-
ческом и природоохранном строительстве// Строительные
материалы, оборудование, технологии XXI века. - № 2, 1999.
4. Бойко М.Д. Диагностика повреждений и методы вос-
становления эксплуатационных качеств зданий. - Л.: Стройз-
дат, 1975.
5. Горная энциклопедия. И Главный редактор Козловский
Е.А. - М.: Изд-во "Советская энциклопедия", том 1, 1984.
6. Домокеев А.Г. Строительные материалы. - М.: Высшая
школа, 1989.
7. Москвин В.М. Коррозия бетона и железобетона, мето-
ды их защиты. - М.: Стройиздат, 1980.
8. Покровский В.М. Гидроизоляционные работы. Спра-
вочник строителя. - М.: Стройиздат, 1985.
9. Попченко С.Н. Справочник по гидроизоляции соору-
жений. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1975.
10. Попченко С.Н. Гидроизоляция сооружений и зданий.
Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1981.
175
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
11. Руководство по обеспечению долговечности железобе-
тонных конструкций предприятий черной металлургии при
их реконструкции и восстановлении // Харьковский промст-
ройниипроект, НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1982.
12. Руководство по определению скорости коррозии це-
ментного камня раствора и бетона в жидких агрессивных сре-
дах И НИИЖБ Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1975.
13. Ухов С.Б. и др. Механика грунтов, основания и фунда-
менты. - М.: Изд-во АСВ, 1994.
14. Шилин А.А. Диагностика и ремонт строительных кон-
струкций Дербеневского коллекторного тоннеля для инже-
нерных коммуникаций в Москве И Подземное пространство
мира. ВАТ, Центр ТИМР, 1996. - № 4.
15. Шилин А.А. Проблемы диагностики строительных
конструкций И Подземное пространство мира. ВАТ, Центр
ТИМР, 1995. -№ 6.
16. Шилин А.А. Диагностика и ремонт строительных кон-
струкций Астаховского коллекторного тоннеля И Подземное
пространство мира. ВАТ, Центр ТИМР, 1996. - № 3.
17. Шилин А.А. Основы гидроизоляции и ремонта бетон-
ных и железобетонных конструкций, находящихся под воз-
действием воды и влаги И Проблемы строительной геотехно-
логии. Диагностика, ремонт и гидроизоляция подземных со-
оружений: РИО МГГУ. - М., 1999.
18. Шилин А.А., Гусев А.С., Кириленко А.М., Павлов
О.Н. Эксплуатация и ремонт несущих конструкций тоннелей
инженерных коммуникаций. Долговечность и защита конст-
рукций от коррозии. Строительство, реконструкция И Меж-
дународная конференция, 1999.
176
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
19. Шилин А.А., Кириленко А.М., Павлов О.Н. Прогно-
зирование остаточного ресурса и защита железобетонных
элементов конструкций городских коллекторных тоннелей //
Международный конгресс "Защита-95". - М., ноябрь 1995.
20. Шилин А.А., Кириленко А.М., Павлов О.Н. Примене-
ние диагностики для прогнозирования надежности железобе-
тонных конструкций И 14-я научно-техническая конференция
"Неразрушающий контроль и диагностика", доклад и тезисы
доклада, АНХ. - М., июнь 1996.
21. Шилин А.А., Кириленко А.М., Павлов О.Н. Эксплуа-
тация несущих конструкций тоннелей инженерных коммуни-
каций на основе мониторинга и планирования инвестиций. -
М.: Изд. МГГУ, 1998.
22. Шилин А.А. Ремонт и реконструкция подземных со-
оружений. Ч. I, II, III. М., МГИ, 1985, 1986, 1987.
23. Шилин А.А., Жаров Ю.А. Состояние железобетонных
конструкций питьевого водоснабжения и их ремонт. М.,
Стройиздат-Штробель. Водоснабжение и санитарная техни-
ка, №2, 1996.
24. Шилин А.А. Обоснование стратегии эксплуатации и
разработка конформативных технологий ремонта конст-
рукций подземных сооружений // Автореферат диссертации
на соискание ученой степени докт.техн.наук. МГГУ, М.,
2002.
25. Шилин А.А. и др. Применение кристаллизационных
материалов для защиты подземных сооружений от фильтра-
ции воды. Сб. трудов МГГУ. М., 1997.
26. Шилин А.А., Каверин В.В., Слободской В.А. Гидро-
изоляционные работы при ремонте монолитной прессбетон-
177
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ной обделки Нижегородского метрополитена. Подземное
пространство мира, №3, 1997.
27. Шилин А.А., Зайцев М.В. Система пластового дрена-
жа при строительстве заглубленных частей зданий в г. Моск-
ве. Сб. трудов МГГУ, 1998.
28. Шилин А.А., Сученко В.Н. Гидроизоляционные рабо-
ты в подземном строительстве с применением пенополиурета-
нов. Метро, № 1-2, 1998.
29. Шилин А.А. Гидроизоляция подземных и заглублен-
ных сооружений// Технология строительства, №3, 2000, №1,
2001, №3, 2001, №4, 2001, №5, 2001, №2, 2002.
30. Anderson В. Waterproofing materials and techniques for
cut-and-cover structures // Underground Space, volume 8,
Number 2, 1984.
31. Bergmeister K., Santa U. Global monitoring concepts for
bridges I I Structural concrete, March, 2001. - № 1.
32. Broomfield J.P. Corrosion monitoring 11 Concrete
Engineering International, March 1998.
33. Caul R.W. Preparing concrete surfaces for coatings //
Concrete International, July 1984.
34. Chris Urbanowicz. Back to Basics. UK, Construction
Repair, 9/10, 1997.
35. Cusson D., Mailvaganam N. Durability of repair materi-
als//Concrete International, March 1996.
36. Emmons P.H. Concrete repair and maintenance illustrated
178
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
И R.S.Means Co.Inc. - USA, 1994.
37. Emmons P.H., Vaysburd A.M. Corrosion protection in
concrete repair: Myth and reality // Concrete International,
March, 1997.
38. Gaul R.W. Preparing concrete surfaces for coatings.
Concrete international. July 1984.
39. German committee on reinforced concrete 11 Guidelines
for the protection and repair of concrete components: parts 1 - 4.
1990 - 1992.
40. Kubal M.T. Waterproofing the Building Envelope. USA.
McCraw. Inc. 1993.
41. Momder A. The case for water jetting. Concrete
Engineering International. April 1998.
42. Neville A. Maintenance and Durability of Structures //
Concrete International, Nov. 1997.
43. Pullar-Strecker P. Corrosion damaged concrete assess-
ment and repair. - Ciria, Butterworths, London, 1988.
44. Ritter R. Angewandte Oberflachensysteme in
Wasserkammern-technische, hygenische und wurtschaftliche
Bewertung 11 Technische Regeln/Arbeitsblatt W 316-2
Fachaufsicht fur die Instandsetxung von Trinkwasserbehaltern.
11/12. Dezember 2002 in Berlin.
45. Shilin A.A., Kirilenko A.M., Pavlov O.N. Service life of
precast reinforced concrete members in urban rectangular tunnels
with regard to corrosion of reinforcement 11 Proc, of the
International Conference on corrosion and corrosion protection
of steel in concrete. - Sheffield, UK, 1994.
179
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
46. Silfwerbrand J., Paulsson J. Better bonding of bridge
deck overlays 11 Concrete International, October 1998.
47. Swamy R.N., Suryavanshi A.K., Tanikawa S. Protective
ability of an acrylic-based surface coating system against chloride
and carbonation penetration into concrete // ACI Materials
Journal, March/April 1998.
48. Vesikari E. Service life of concrete structures with regard
to corrosion of reinforcement 11 T.R.C. of Finland, Research
Report, № 553-ESPOO, 1988.
49. Wells I., Stark R., Polyzois D. Getting better bond in con-
crete overlays// Concrete International, March 1999.
50. BCH 130-92. Правила производства и приемки работ
по герметизации стыков и отверстий сборной тоннельной об-
делки при закрытом способе строительства. Государственная
корпорация "Трансстрой". - М.: 1992.
51. ВСН 218-85. Устройство новых и ремонт существую-
щих кровель типовых жилых, общественных и промышлен-
ных зданий с применением полимерных мастичных и рулон-
ных гидроизоляционных материалов. Главмосстрой при
Мосгорисполкоме. - М.: 1985.
52. ВСН 12-94. Инструкция по устройству кровель типо-
вых домов с применением полимерных мастичных и рулон-
ных гидроизоляционных материалов. Департамент строи-
тельства. - М.: 1995.
53. ВСН 18-95. Устройство новых и ремонт существую-
щих кровель жилых, общественных и промышленных зданий
с применением полимерных, битумно-полимерных и рулон-
ных гидроизоляционных материалов. Департамент строи-
тельства. - М.: 1997.
180
А. А. Шилин, M B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
54. ВСН 32-81. Инструкция по устройству гидроизоляции
конструкций мостов и труб на железных, автомобильных и
городских дорогах. Минтрансстрой СССР. - М.: 1982.
55. ВСН 48-93. Правила возведения монолитных бетон-
ных и железобетонных обделок для транспортных тоннелей.
АО "Корпорация Трансстрой". - М.: 1994.
56. ВСН 104-93. Нормы по проектированию и устройству
гидроизоляции тоннелей метрополитенов, сооружаемых от-
крытым способом. АО "Корпорация Трансстрой". - М.: 1993.
57. ВСН 6-94. Указания по применению фильтрующих
плит в конструкциях пристенных и пластовых дренажей зда-
ний и инженерных сооружений. Департамент строительства. -
М.: 1997.
58. ГОСТ 12730.5-84. Бетоны. Методы определения водо-
непроницаемости. НИИЖБ.
59. ГОСТ 18956-73. Материалы рулонные кровельные.
Методы испытания на старение под воздействием искусствен-
ных климатических факторов. ВНИИНСМ.
60. ГОСТ 28574-90 (СТ СЭВ 6319-88). Защита от коррозии
в строительстве. Конструкции бетонные и железобетонные.
Методы испытаний адгезии защитных покрытий. НИИЖБ.
61. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие.
ИПК Издательство стандартов - М.: 1996.
62. ГОСТ 6617-76. Битумы нефтяные строительные. Изда-
тельство стандартов - М.: 1976.
63. Методические рекомендации по устройству гидроизо-
ляции из битумно-бутилкаучуковых мастик на железобетон-
181
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ной плите проезжей части пролетных строений автодорож-
ных и мостовых сооружений. СоюздорНИИ Минтрансстроя.
- М.: 1991.
64. РД 34.15.012-88. Рекомендации по проектированию
дренажных и водоотводных устройств и регулирования теп-
лового режима тоннелей. Минтрансстрой СССР, 1989.
65. Рекомендации по проектированию гидроизоляции
подземных частей зданий и сооружений. ЦНИИпромзданий,
М.: 1996.
66. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций
от коррозии. НИИЖБ.
67. СНиП 2.06.14-85. Инженерная защита территорий от
затопления и подтопления.
68. СНиП 3.04.03-85. Защита строительных конструкций и
сооружений от коррозии. Проектхимзащита.
69. СНиП 11-11-77*. Защитные сооружения гражданской
обороны / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР,
1985.
70. СНиП 3.05.04-85*. Наружные сети и сооружения водо-
снабжения и канализации/ Госстрой СССР - М.: ВНИИ ВОД-
ГЕО Госстроя СССР, 1990.
71. СНиП 2.09.03-85. Сооружения промышленных пред-
приятий/ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.
72. СНиП 11-44-78. Тоннели железнодорожные и автодо-
рожные / Госстрой СССР. - М.: 1978.
182
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
73. СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Ос-
новные положения проектирования/ Минстрой России. - М.:
ГП ЦПП, 1995.
74. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и гео-
физика/ Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996.
75. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондици-
онирование/ Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996.
76. СНиП 4.02-9. Гидроизоляционные работы в гидротех-
нических сооружениях/ Госстрой СССР. - М.: 1991.
77. СН 301-65. Указания по проектированию гидроизоля-
ции подземных частей зданий и сооружений. Госстрой СССР.
- М.: 1971.
78. Сборник 41. Гидроизоляционные работы в гидротех-
нических сооружениях. Госстрой России. - М.: 1997.
79. СТ СЭВ 2440-80. Защита от коррозии в строительстве.
Конструкции бетонные и железобетонные. Классификация
агрессивных сред.
80. ACI 224R-90. Control of Cracking in Concrete Structures
11 ACI Manual of Concrete Practice, part 3 - 1999, 2000, 2001. -
American Concrete Institute.
81. ACI 546R-96. Concrete Repair Guide. 11 ACI Manual of
Concrete Practice, part 4 - 1999, 2000, 2001. - American Concrete
Institute.
82. ACI 515.1R-79. A Guide to the Use of Waterproofing,
Dampproofing, Protective/ and Decorative Barrier Systems for
Concrete I I ACI Manual of Concrete Practice, part 1 - 1999, 2000,
2001. - American Concrete Institute.
183
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
83. Guidelines for the Protection and Repair of Concrete
Components. Part 1: General Regulations and Planning
Principles. Part 2: Planning and Execution of Works, August
1990. Part 3: Quality Assurance in Execution of the Works,
February 1991. - German Committee on Reinforced Concrete.
84. Danilecki W., Maczynski M. Izolacje przeciwwilgociowe.
Arkady, Warszawa, 1975.
85. Stankiewucz H. Zabezpieczenie budowli przed wilgocia
woda gruntowa i korozia. Arkady, Warszawa, 1974.
86. A Guide to the Use of Waterproofing, Protective and
Decorative Barrier Systems for Concrete// Concrete International,
November 1979.
87. Bjork F., Granne F. Roof membranes - The Swedich prac-
tice in light of EOTA ТВ 97/24/9.3.1 PT3 Durability //Materials
and Structures/Materiaux et Constructions, Vol.33, May 2000.
88. Ковельман И.А. Коррозия и разрушение каменных со-
оружений. - Наркомхоз РСФСР. - М., Л., 1939.
89. Караулов Е.В. Каменные конструкции, их развитие и
сохранение. Изд-во литературы по строительству. - М., 1966.
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ГЛАВА 2. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ ЗАЩИТА
СООРУЖЕНИЙ
2.1. ВЫПОЛНЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ РАБОТ
ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ ПОДЗЕМНЫХ
И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Под термином "теплоизоляция" принято понимать прове-
дение организационно-технических мероприятий: по сокраще-
нию расходов на отопление при эксплуатации зданий и соору-
жений в холодное время года; обеспечения требуемой и посто-
янной во времени температуры внутри помещения; защите зда-
ний и сооружений в летнее время от перегрева; обеспечению
требуемой температуры на внутренней поверхности огражде-
ний, предотвращающей образование на ней конденсата.
Проектирование отопления любого здания и сооружения
независимо от характера их назначения начинается с опреде-
ления возможных потерь тепла. На основании этого рассчи-
тывается требуемая тепломощность системы отопления зда-
ния.
Методы расчета величины теплопотерь через ограждения
помещений, расположенных над поверхностью земли, доста-
точно широко освещены в специальной литературе [8, 11, 21,
26, 27, 31, 32]. Однако для расчета величины теплопотерь за-
глубленных зданий и подземных сооружений эти методы
требуют некоторой корректировки, поскольку в отличие от на-
земных заглубленные конструкции, непосредственно соприка-
саясь с грунтом, имеют свой особый теплофизический режим.
Установлено, что теплопотери здания через фундамент и
ограждающие конструкции подземных частей составляют
10-?-15 % от общего объема теплопотерь, а теплопотери на теп-
лотрассах достигают 50%. Однако в специальной литературе
вопросу о методах расчета теплопотерь в заглубленных поме-
щениях уделено недостаточное внимание. Вместе с тем интен-
сивное внедрение энергосберегающих технологий в строи-
185
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
тельство и эксплуатацию делает задачу снижения теплопотерь
в подземных и заглубленных сооружениях весьма актуальной.
Кроме того, теплоизоляционная защита является составным
элементом гидроизоляционной системы сооружений и предо-
храняет от разрушения гидроизоляционную мембрану.
В заглубленных и подземных сооружениях могут быть
размещены различные коммуникации, что часто приводит к
образованию неблагоприятного тепловлажностного режима,
способствующего возникновению сырости, отрицательно вли-
яющего на все виды изоляции трубных коммуникаций, содей-
ствуя увеличению эксплуатационных затрат на ее поддержа-
ние. Пониженная температура ограждений при этом ведет к
конденсации водяных паров; при низкой температуре подвер-
гаются опасности замораживания водонесущие коммуника-
ции, гидроизоляционная мембрана, а иногда и несущие
строительные конструкции, увеличиваются непроизводитель-
ные потери тепла.
Все эти явления определяют необходимость предусматри-
вать специальные меры для их ликвидации и обеспечения в по-
мещениях подземной части зданий и сооружений нормально-
го тепловлажностного режима. Подходы к реализации этих
мер, основанные на использовании эффективной теплоизоля-
ции, а также вопросы расчета тепловлажностного режима в
подземных сооружениях рассмотрены в настоящем разделе.
Известно, что большую опасность для фундаментов и ог-
раждающих конструкций подземных частей зданий и соору-
жений представляет морозное пучение, что часто служит при-
чиной деформации конструкций.
Для борьбы с этим явлением предлагались различные ме-
тоды, в том числе и методы, основанные на дополнительной
подаче тепла в грунт [2, 17, 20]. Все эти методы признаны не-
эффективными, и в 1995 году Минстрой России выпустил спе-
циальное постановление, обязывающее вместо однородных
массивных стен из кирпича или легкого бетона для наружных
ограждений заглубленных зданий и подземных сооружений
186
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
использовать многослойные конструкции с эффективными
утеплителями и воздушными прослойками. Однако повыше-
ние термического сопротивления полов и стен приводит к со-
кращению потока тепла в грунт и, следовательно, к необходи-
мости увеличения глубины заложения фундамента. При этом
заложение подошвы фундамента даже заведомо ниже глуби-
ны сезонного промерзания грунтов полностью не гарантиру-
ет надежную эксплуатацию сооружения: грунт, смерзаясь с
внешней поверхностью ограждения, способен приподнимать
его за счет касательных сил морозного пучения. Кроме того,
во многих случаях затраты на обустройство подобных под-
земных конструкций могут достигать до 50% от стоимости
сооружения! В настоящей работе рассмотрены специальные
теплоизоляционные меры защиты оснований и фундаментов
от промерзания и пучения.
Решение многих из рассмотренных выше вопросов связа-
но с использованием различных теплоизоляционных матери-
алов. Известно, что 1 т эффективных теплоизоляционных ма-
териалов экономит 200 т условного топлива. Кроме того, ис-
пользование современных теплоизоляционных материалов
наряду с сокращением расходов на отопление сооружений
позволяет снизить массу ограждающих конструкций и тем са-
мым уменьшить транспортные расходы, а также стоимость
строительства в целом.
Теплоизоляционная защита обеспечивает долговечность
работы гидроизоляционной мембраны, предохраняющей со-
оружения от проникновения в него воды и влаги. Преждевре-
менный выход из строя гидроизоляционной мембраны из-за
ее разрушения при замерзании приводит к повышению экс-
плуатационных расходов в 2-5-5 раз и создает неблагоприят-
ный влажностный режим эксплуатации сооружения. В связи с
этим значительный интерес представляют теплофизические и
механические свойства современных теплоизоляционных ма-
териалов, которые сегодня широко применяются в мировой
практике и находят все большее применение в нашей стране.
187
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
2.2. РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ОГРАЖДАЮЩИХ
КОНСТРУКЦИЙ ЗАГЛУБЛЕННЫХ И ПОДЗЕМНЫХ
СООРУЖЕНИЙ
Потери тепла через ограждения могут вызываться раз-
личными механизмами теплопередачи: теплопроводностью,
конвекцией и излучением [3, 5, 31].
Потери тепла через ограждающие конструкции заглублен-
ных и подземных сооружений вызваны теплопередачей, осуще-
ствляемой главным образом теплопроводностью. Теплопере-
дача конвекцией и излучением происходит в воздушных про-
слойках, а также у поверхностей, отделяющих конструкцию ог-
раждения от внутреннего и наружного воздуха, и не превыша-
ет 15ч-20% от общего объема теплопотерь. В связи с этим для
подземных сооружений можно ограничиться рассмотрением
теплопотерь только теплопроводностью.
Поскольку температурный режим ограждений подземных
помещений и сооружений в меньшей степени подвержен рез-
ким перепадам по сравнению с температурным режимом ог-
раждений надземных частей зданий, то с достаточной степе-
нью точности расчет величины теплопотерь можно вести для
установившегося режима.
Представим величину теплопотерь (0 в виде суммы двух
слагаемых:
Q = Q, + Q2 (1)
Первое слагаемое - Qt - представляет собой количество
тепла, проходящее через многослойное наружное огражде-
ние, омываемое воздухом, а второе - Q2 - количество тепла,
проходящее через многослойное наружное ограждение, со-
прикасающееся с землей (рис. 1).
Для определения Qt воспользуемся методикой, предло-
женной в [27, 31]:
Qi=Kl(te-t„)F„ т (2)
188
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 1. Теплопотери через ограждающие конструкции подземных и заглубленных
сооружений
где: коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-°С), рассчитываемый
по формуле:
Гв, Гн - температура внутреннего и наружного воздуха, °C;
F- площадь наружного ограждения в заглубленном сооруже-
нии, омываемая наружным воздухом, м2;
т - время, ч ;
R=M(Xh- сопротивление теплопередаче конструкции наруж-
ного ограждения, (м2 ОС)/Вт;
а - коэффициент теплопередачи у наружной поверхности,
Вт/(м2-°С);
_ <5.
R* = X у- - термическое сопротивление конструкции ограж-
дения, (м2 ОС)/Вт;
189
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
8. - толщина i- того слоя ограждающей конструкции, м;
Л - коэффициент теплопроводности материала i-того слоя ог-
раждающей конструкции, Вт/(м °С);
R = 1/а - сопротивление теплопередаче на внутренней поверх-
ности, (м2ОС)/Вт;
а - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности,
Вт/(м2-°С).
При определении величины теплопотерь наружного ог-
раждения при контакте с землей (Q2) необходимо учитывать,
что температура грунта, окружающего подземное сооруже-
ние, различна по глубине залегания. В связи с этим для опре-
деления Q2 глубину заложения подземной части сооружения
можно условно разбить на зоны, в каждой из которых темпе-
ратура грунта меняется не более чем на 5°С (рис. 2). Расчет
температурного режима проводят для каждой зоны отдель-
но.
Ориентировочно максимальную глубину промерзания
глинистых и суглинистых грунтов можно определить по схе-
матической карте СНиП 2.01.01-82 [22], методике расчета,
предложенной Лукьяновым [14], а также приводимым ниже
формулам [17]:
где F - годичный индекс промерзания, °С ч; °С сут.,
- коэффициент теплопроводности мерзлого грунта,
Вт/(м°С).
= (5)
It.I- абсолютные значения отрицательной температуры, °C
At - время, ч; сут.;
q- удельная теплота фазовых превращений грунта, Дж/м3;
и формулам, приведенным в СНиП 2.02.04-88 [18]:
190
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 2. Условная разбивка глубины заложения подземной части сооружения на зоны в соответствии с распределением темпера-
туры в грунте.
1 - бетонные блоки; 2 - гидроизоляционная мембрана; 3 - теплоизоляция; 4 - пол; 5 - цементная стяжка; 6 - теплоизоляция;
7 - гидроизоляционная мембрана; 8 - бетонная подготовка; 9 - верхнее покрытие пола; 10 - отмостка; 11 - дренажная труба.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
где: dj - наибольшая глубина сезонного промерзания грунта в
годовом периоде, установленная по данным натурных наблю-
дений, м;
Tfm - средняя по многолетним данным температура возду-
ха за период отрицательных температур, °C;
t - продолжительность периода отрицательных темпера-
тур, ч, принимаемая по СНиП 2.01.01-82 [22];
Tfntf- средняя температура воздуха, °C, за период отрица-
тельных температур и продолжительность этого периода, ч, в
год проведения наблюдений, принимаемые по метеоданным;
Т - температура начала замерзания грунта, °C, определя-
емая по прил. 1 СНиП 2.02.04-88 [23];
kwi и kw - коэффициенты, принимаемые по табл. 1 СНиП
2.02.04-88 [23] в зависимости от суммарной влажности грунта
Wioi.
Распределение температуры по глубине грунта принима-
ют в соответствии с климатическими условиями района. Оп-
ределить температуру грунта на различной глубине можно
при помощи мерзлотомеров Ратомского (МР) и Данилина
(МД) в соответствии с ГОСТ 24847-81 [7].
Движение влаги, содержащейся в грунте, не оказывает су-
щественного влияния на тепловой режим подземных соору-
жений, т.к. основные потери тепла происходят в зимний пери-
од при низких температурах наружного воздуха, когда верх-
ний слой грунта находится в мерзлом состоянии, а разница
температур грунтовых вод, находящихся ниже зоны промер-
зания, незначительна. В связи с этим система грунта рассмат-
ривается как стационарная.
Таким образом, потери тепла Q2 для каждой условной зо-
ны могут быть выражены формулой:
192
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
(7)
1
где: Г- температура грунта (принимается в соответствии с
распределением температуры в грунте для каждой зоны как
среднее значение внутри зоны), °C;
F- площадь поверхности, м2;
К- коэффициент теплопередачи, рассчитываемый для
подземной части здания, Вт/(м2 ОС);
т - количество зон.
Сопротивление теплоотдаче у наружной поверхности
ограждения для данной зоны, Ан, принимается равным ну-
лю, т.к. у подземных конструкций, как уже говорилось вы-
ше, отсутствуют теплопотери конвекцией, вызванной дейст-
вием ветра. Их необходимо учитывать только при наличии
активной фильтрации воды по контуру сооружения, что
редко бывает на незначительной глубине залегания соору-
жения.
Анализ формул (1) - (8) показывает, что для снижения теп-
лопотерь необходимо увеличивать сопротивление теплопере-
даче конструкции наружного ограждения. Наиболее эффек-
тивный способ этого увеличения - использование дополни-
тельной теплоизоляции.
Пусть требуется рассчитать потери тепла через ограж-
дающие конструкции подземного сооружения в г. Москве
в зимний период. Стены подземного помещения выполне-
ны из бетонных блоков толщиной 86ет= 0,4 м; с внутренней
стороны они оштукатурены цементно-песчаным раство-
ром толщиной 8шт = 0,01 м, с наружной стороны имеется
гидроизоляция, выполненная из рулонных материалов,
толщиной 8г/и = 0,008 м. Температура в подвальном поме-
щении te = +12°С. Глубина заложения фундамента от
193
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
спланированной отметки земли d = 2,25 м; глубина подземно-
го сооружения от пола до отмостки составляет 1,75 м (рис. 2).
Глубина промерзания грунта для условий Москвы принима-
ется df = 1,4 м.
Потери тепла через ограждающие конструкции в соответ-
ствии с формулой (1) определяются как сумма: Q = Q + Q2
Для определения Qt в формуле (2) рассчитаем коэффици-
ент теплопередачи Кр Вт/(м2 ОС), по формуле (3):
к =_______1____
' Д, +К+К’
где R„= 2- = ± = о, 043 (м2°С)/Вт;
Ншт Нбет + НгЛь
Пшт = = 0,01 (м2-°С)/Вт;
Пбет = = 0,196 (м2°С)/Вт;
^бет
Рг/и= = °-047 (м2°С)/Вт;
\iu '
яв= — =2- = 0,115 (м2°С)/Вт;
ak 8,7
К=2,43 Вт/(м2-°С)
194
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
аг а, Х6еп? Л/ы принимаются по СНиП П-3-79*[21].
Температуру наружного воздуха примем как среднюю
температуру наиболее холодного периода для условий Моск-
вы tH = -15°С [22].
Площадь ограждающей конструкции, омываемой возду-
хом, Fh примем равной 1 м2. Время т = 1 ч.
Подставляя полученные значения в формулу (2), получим
величину теплопотерь через ограждение, омываемое возду-
хом, за 1 час через 1 м2: Qt = 65,61 Втч.
Для определения теплопотерь через ограждение, соприка-
сающееся с землей, Q2, условно разобьем высоту подземного
помещения на 5 зон. Высота каждой зоны (А.) принимается в
соответствии с распределением температуры в грунте, в каж-
дой из которой температура грунта изменяется не более чем
на 5°С. Температура каждой зоны принимается как среднее
значение температуры внутри зоны.
Распределение температуры по глубине грунта принято в
соответствии с климатическими условиями г. Москвы.
Температура грунта на поверхности tnoe определяется по
температуре наружного воздуха tH [17]:
t =n-t
пов f f
(9)
nf - коэффициент, принимаемый в зависимости от покрытия
на поверхности; для снежного покрова nf = 0,8ч-0,85.
В нашем случае tnoe = -12,5°С .
Потери тепла Q2 определяются по формуле (7).
Для I зоны: Q2 = 2,7 (12+10) 0,5 = 29,7 Вт ч.
Для II зоны: Q” = 2,7 (12+5) 0,4 = 18,36 Втч.
Для III зоны: Q]" = 2,7 (12+1,25) 0,5 = 17,89 Вт ч.
Для IV зоны: Q” = 2,7 (12-1,25) 0,35 = 10,16 Вт ч.
Для V зоны: Q2v = 2,7 (12-2,7) 0,5 = 12,56 Вт ч.
Q2 = Q' + Q" + Q2" + Q" + Q2v = 88,67 Втч.
195
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Потери тепла Q2 с 1 м2 составят 39,4 Втч.
Определим общие теплопотери с 1 м2:
Q = Q, + Q2 = 65,61 + 39,4 = 105,01 Втч.
Если в качестве теплоизоляционного материала использу-
ются плиты из пенополистирола толщиной 8nt/ = 0,1 м и тепло-
проводностью 0,05 Вт/(м °С), то рассчитанные по приве-
денной выше методике потери тепла с 1 м2 составят:
Q' = Q'+ Q2'= 11,34 + 6,13 = 17, 47 Вт ч.
Анализируя полученные значения Q и Q', получаем вели-
чину сокращения теплопотерь с 1 м2 через ограждения:
AQ = Q-Q' = 105,01 - 17, 47 = 87,54 Втч.
Если же принять во внимание, что отопительный период
для Москвы составляет 213 дней, то годовой эффект по сокра-
щению теплопотерь с 1 м2 при использовании утеплителя со-
ставит 87,54 • 24 • 213 = 447,5 кВт.
Толщину утеплителя следует назначать с учетом того, что
сопротивление теплопередаче стен заглубленных, в том числе
подземных, помещений Ro должно быть не менее 0,85 Romp стен
надземной части здания [11].
Рассмотренный вариант использования дополнительной
теплоизоляции не является оптимальным с точки зрения за-
трат на единицу сокращенных теплопотерь. В самом деле, по
мере увеличения глубины заложения и, соответственно, роста
температуры грунта нет необходимости в использовании
плит утеплителя с одинаковой толщиной по всей глубине за-
ложения. На больших глубинах заложения можно использо-
вать плиты меньшей толщины. Поиск оптимального реше-
ния, очевидно, не представляет особых затруднений и поэто-
му в настоящей работе не проводится.
196
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Согласно [3, 11, 28, 29, 31, 32], для обеспечения низкого
уровня теплопотерь наиболее рациональным является утепле-
ние с наружной стороны стены. На рис. 3 приведен пример
конструктивного исполнения наружной теплоизоляции, а на
рис. 4 - график изменения температуры в толще наружного
ограждения. Из графика следует, что снижение температуры
по толщине происходит достаточно медленно и плавно. Су-
щественное падение температуры начинается ближе к внеш-
ней стороне стены, а зона отрицательных температур прихо-
дится на толщу слоя теплоизоляции.
Попытки установить утеплитель с внутренней стороны
ограждения не приводят к положительному эффекту, т.к.
при внутреннем утеплении в холодное время года все ог-
раждение находится в зоне отрицательных температур. При
этом нарушается естественная диффузия водяных паров из
подземного сооружения наружу, что создает условия для
образования конденсата на границе утеплителя и стены
(рис. 5).
Среди промышленных подземных объектов наибольшее
количество потерь тепла отмечается в коллекторных тонне-
лях, т.к. при их проектировании устройство теплоизоляции за-
частую не предусматривается. В результате потери тепла в
коллекторах различного назначения составляют от 100 до 500
Вт ч с 1 м2. Особенно высокий уровень теплопотерь наблюда-
ется в коллекторах, где проложены теплосети. Тепловые поте-
ри на теплотрассах зимой составляют 204-50%. Это приводит к
тому, что зимой, даже при очень низких температурах, грунт
над коллектором остается непромороженным, о чем свиде-
тельствуют широкие проталины на поверхности земли. Ино-
гда грунт прогревается настолько, что на его поверхности в
разгар сильных морозов кое-где начинает расти зеленая трава.
Все это приводит к образованию конденсата на поверхно-
сти конструкций подземного сооружения, способствует скоп-
лению влаги под гидроизоляционной мембраной. В результа-
те активно протекает коррозия арматурного каркаса, разру-
197
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 3. Устройство наружной теплоизоляции ограждающих конструкций подземных
частей сооружений.
1 - утеплитель; 2 - стена подземного сооружения; 3 - гидроизоляционная мембрана;
4 - цоколь; 5 - гравий; 6 - дренажная труба; 7 - дренирующий грунт обратной засыпки;
8 - галтель.
198
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 4. Распределение температуры в ограждающей конструкции с наружным утепле-
нием.
1 - внутренняя штукатурка; 2 - бетон; 3 - гидроизоляционная мембрана; 4 - утепли-
тель; 5 - грунт.
шается гидроизоляционная система, нарушается эксплуата-
ционный режим.
Поэтому особое внимание необходимо уделить тепловой
защите подземных конструкций.
Для примера рассмотрим потери тепла без теплоизоляции
и с теплоизоляцией в коллекторном тоннеле для инженерных
коммуникаций в г. Москве.
На рис. 6 представлен коллекторный тоннель, сооружен-
ный открытым способом. Глубина заложения лотка тоннеля
составляет 3,6 м; средняя толщина засыпки над плитами
199
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 5. Распределение температуры в ограждающей конструкции с внутренним утепле-
нием.
1 - внутренняя штукатурка; 2 - бетон; 3 - гидроизоляционная мембрана; 4 - утеплитель;
5 - грунт.
покрытия - 0,5 м. Тоннель имеет прямоугольное сечение в све-
ту и выполнен из сборных железобетонных элементов. Покры-
тие тоннеля выполнено из плоских железобетонных плит ши-
риной 1,0 м; стены - из блоков L-образной формы типа ДС-5.
Днище тоннеля устроено плитами типа ДО-7, уложенными на
бетонное основание по песчано-гравийной подготовке. На-
ружные стены тоннеля имеют контакт с гидроизоляционной
мембраной. Техническое оснащение тоннеля включает: трубы
теплоцентрали, трубу водопровода и кабели различного на-
значения. Температура в тоннеле составляет te = +25°С.
Расчет теплопотерь можно проводить по схеме, предло-
200
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 6. Сечение коллекторного тонеля инженерных коммуникаций, сооруженного от-
крытым способом, с теплоизоляцией.
1 - плиты шириной 1,0 м; 2 - плиты ДС-5; 3 - плиты ДО-7; 4 - гидроизоляционная мем-
брана; 5 - теплоизоляция; 6 - бетонная подготовка; 7 - песчано-гравийная подготовка;
8 - дренажная труба; 9 - грунт обратной засыпки.
женной выше, разбивая высоту подземного сооружения на зо-
ны в соответствии с распределением температуры в грунте.
Примем температуру наружного воздуха -25°С. Тогда в соот-
ветствии с формулой (9) температура грунта на поверхности
составит tnoe = -20°С. Определим потери тепла в зоне промер-
зания грунта. Примем глубину промерзания грунта для
Москвы df = 1,4 м [22]. Так как коллекторный тоннель пол-
ностью заглублен в землю и не имеет контакта с наружным
воздухом, то величина потерь тепла будет складываться из
теплопотерь Q2 условных зон и определяться по формуле (7).
Коэффициент теплопередачи, рассчитанный по формуле
(8), будет равен:
К~ 02_ °’01 °,008 J_-3,7
2,04 + 0,93 + 0,17 + 8,7
Вт/м2-°С.
201
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
а)
б)
Асфальтовая дорожка________________
Ж/б рубашка________________________
Теплоизоляция______________________
Сб. ж/б блоки обделки______________
Гцдроизоляционная мембрана по блокам
Тампонаж закрепного пространства
Рис. 7. Сечение коллекторного тоннеля, сооруженного способом щитовой проходки.
а - без теплоизоляции; б - с теплоизоляцией.
202
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Суммируя теплопотери с 1 м2 всех условных зон на глуби-
не промерзания грунта, получим Qx = 360,8 Втч.
При применении теплоизоляционных плит из пенополис-
тирола толщиной 0,1м потери тепла сократятся более чем в 8
раз и составят 41,62 Вт ч. Увеличение толщины теплоизоля-
ционного слоя, соответственно, будет способствовать даль-
нейшему сокращению теплопотерь. Монтаж теплоизоляци-
онных плит осуществляется после выполнения наружных ги-
дроизоляционных работ.
Более сложной задачей является устройство теплоизоля-
ции в коллекторных тоннелях, сооружаемых способом щито-
вой проходки и имеющих круглое сечение.
Наиболее распространенная конструкция такого тоннеля
представлена на рис. 7а. Несущая часть сборной обделки
смонтирована из бетонных блоков. Внутренняя часть выпол-
нена монолитной железобетонной рубашкой, по поверхности
которой нанесена торкрет-штукатурка.
Учитывая специфику строительства подобных тоннелей,
выполнение наружной теплоизоляции не представляется воз-
можным, поэтому утеплитель следует укладывать между на-
ружным и внутренним железобетонными слоями, как показа-
но на рис. 76. Для предотвращения возможной конденсации
паров на границе слоев конструкции необходимо предусмот-
реть надежную внутреннюю и наружную гидроизоляцию же-
лезобетона, а также эффективную систему вентиляции тонне-
ля.
Поскольку конструкция теплоизоляции должна отвечать
не только требованиям максимально возможного сохранения
тепла, но и обеспечения нормального влажностного режима
заглубленных помещений, перейдем к рассмотрению этих во-
просов.
203
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
2.3. ТЕПЛОВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ
СООРУЖЕНИЙ
Ограждающие конструкции выполняют функции защиты
и регулирования воздушного и влажностного режимов поме-
щений.
Появление влаги в наружных ограждениях снижает их
теплофизические свойства, вызывает рост влажности воздуха
в помещении, что приводит к образованию сырости, плесне-
вых грибков, а также обусловливает снижение долговечности
ограждения за счет коррозии арматурного каркаса.
Возможных причин появления влаги в ограждениях мно-
го [11, 26, 31].
Во-первых, это влага, вносимая в ограждение в ходе стро-
ительства, количество которой зависит как от конструкции
самого ограждения, так и от способа или технологии произ-
водства работ.
Во-вторых, гигроскопическая влага, в той или иной степе-
ни присутствующая во всех строительных материалах.
В-третьих, это влага, попадающая в ограждающую конст-
рукцию подземного сооружения в результате проникновения
через гидроизоляционную мембрану грунтовых вод, атмо-
сферных осадков, поверхностных стоков с окружающих тер-
риторий, а также образующаяся в ходе эксплуатации зданий,
например, во время протечек из систем отопления или водо-
снабжения.
Для защиты подземных сооружений от действия этих вод
необходимо предусматривать устройство качественной гид-
роизоляционной системы, включающей гидроизоляционную
мембрану, дренажные устройства, теплоизоляцию, вентиля-
цию, кондиционирование воздуха.
Одной из основных причин увлажнения ограждений явля-
ется конденсация влаги из внутреннего воздуха на их внут-
ренней поверхности.
Рассмотрим условия возникновения этого увлажнения, а
204
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
также способы защиты ограждающих конструкций от него.
Температурные и влажностные поля подземных помеще-
ний являются нестационарными [9, 31, 32]. Их определение
относится к числу наиболее сложных задач математической
физики. Интегрирование системы дифференциальных урав-
нений тепло- и влагопереноса не имеет общего, строгого ре-
шения. Поэтому с целью упрощения в инженерных расчетах
тепло- и влагообменные процессы рассматриваются отдельно
друг от друга. Кроме того, поскольку в уже существующих
подземных сооружениях градиент изменения во времени тем-
пературного поля мал, то это поле можно также считать ста-
ционарным. С учетом указанных упрощений перейдем к ана-
лизу условий возникновения конденсационной влаги на внут-
ренней поверхности ограждений.
Опасность появления конденсата на внутренней поверх-
ности тем больше, чем выше влажность внутреннего воздуха.
Действительно, с увеличением абсолютной влажности возду-
ха повышается упругость содержащегося в нем водяного па-
ра (е). При достижении своего предельного значения (£) воз-
дух достигнет своего полного насыщения водяным паром.
Отношение действительной упругости водяного пара е к его
предельной упругости Е составляет относительную влаж-
ность воздуха, соответствующую данной температуре:
ф = 4100% (10)
Е
Если температура среды повышается, то возрастает и уп-
ругость водяного пара, а следовательно, и максимально воз-
можное количество водяного пара в единице объема. И на-
оборот, при понижении температуры в единице объема обра-
зуется избыточное количество водяных паров, которые долж-
ны превратиться в воду.
Водяные пары, содержащиеся в воздухе помещения, кон-
денсируются на внутренней поверхности ограждения в том
случае, когда температура поверхности окажется ниже точки
205
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
росы внутреннего воздуха (т), т.е. температуры, при которой
воздух определенной влажности становится насыщенным во-
дяным паром. Следовательно, при расчете ограждения необ-
ходимо обеспечить его внутренней поверхности такую темпе-
ратуру (ти), которая была бы не ниже точки росы для данной
влажности воздуха.
Согласно теории теплопередачи, величина тн связана с
термическим сопротивлением ограждающей конструкции Ro
и сопротивлением тепловосприятия Re следующим образом
[27, 31]:
(11)
Ro
где: te и t- температуры внутреннего и наружного воздуха, °C;
R= \1ав - сопротивление теплопередаче на внутренней поверх-
ности, (м2-°С)/Вт;
где: ав - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности
ограждающей конструкции, Вт/(м2 ОС);
R=\lae + RK - сопротивление теплопередаче, (м2 ОС)/Вт.
Расчет температуры внутри неотапливаемого помещения
ведется исходя из условия теплового баланса в соответствии
со следующим выражением [27, 31]:
t^ + Wct^+q
t ---------------------- (12)
вн п
^кЯ + Wc
i
где: t- температура воздуха в прилегающих зонах,°C;
F., к. - поверхности ограждений, ограничивающих неотап-
ливаемое помещение, м2, и их коэффициенты теплопередачи,
Вт/(м2ОС);
п - количество ограждений;
с - удельная теплоемкость воздуха;
206
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
teo3d - температура поступающего воздуха, °C;
W - количество поступающего воздуха, кг/ч;
q - дополнительные источники тепла, Вт.
С гигиенической точки зрения нормальной для постоян-
ного пребывания человека считается влажность воздуха в
пределах 3060%. Более высокая влажность затрудняет ис-
парение влаги с кожи человека. Более низкая влажность, на-
оборот, вызывает интенсивное испарение влаги с кожи и
слизистых оболочек. Поэтому при расчетах создаваемых ог-
раждений значения относительной влажности воздуха в по-
мещении принимаются равными максимальной величине
допускаемой в них влажности [24]: не более 65% для жилых
и общественных помещений и не более 75% - для производ-
ственных.
Для промышленных зданий и помещений специального
назначения относительная влажность воздуха в них принима-
ется равной значениям, соответствующим требуемым услови-
ям эксплуатации этих помещений.
При расчетах уже существующих ограждений по мини-
мальной температуре внутренней поверхности определяют
предельно допустимую относительную влажность воздуха,
при которой начинается конденсация влаги на поверхности
ограждения. Если полученное значение оказывается выше
действительной влажности воздуха внутри помещения, то
применения дополнительных мер по защите ограждения от
конденсационной влаги не требуется. В противном случае
применение дополнительных мер по теплоизоляционной за-
щите необходимо.
Анализ формулы (11) показывает, что увеличение значе-
ния Ro приводит к росту значения, а рост R* - к ее уменьше-
нию. Таким образом, регулируя величины термического со-
противления и сопротивления тепловосприятия ограждаю-
щей конструкции, можно обеспечить необходимые условия
для невозможности возникновения на ее внутренней поверх-
ности конденсата.
207
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Величина Re зависит от интенсивности движения воздуха
около поверхности ограждения. Чем более интенсивно это
движение, тем меньше будет Re. Для снижения Re, а следова-
тельно, и влажности внутреннего воздуха, заглубленные и
подземные помещения, например подвалы, подполья и т.п.,
должны иметь естественную вентиляцию с кратностью возду-
хообмена 1-5-3. Для притока воздуха в стенах следует предус-
матривать вентиляционные отверстия, суммарный размер ко-
торых должен быть не менее 1:500 площади помещения. От-
верстия и вентиляционные каналы необходимо располагать
по обеим сторонам сооружения. Они должны быть соответст-
венным образом защищены и оборудованы вентиляционны-
ми устройствами [11].
Увеличение Ro может быть достигнуто повышением тер-
мического сопротивления конструкции Rk, которое складыва-
ется из термических сопротивлений ее слоев. Чем толще кон-
струкция и ниже коэффициент теплопроводности, тем мень-
ше теплопередача, а следовательно, выше термическое сопро-
тивление конструкции. Повышение термического сопротив-
ления уже существующих ограждений может быть достигнуто
применением дополнительного теплоизолирующего слоя.
Эффективность такого решения сравнима с эффективностью
снижения теплопотерь.
Для иллюстрации этого утверждения рассмотрим тепло-
влажностный режим коллекторного тоннеля (рис. 6) с относи-
тельной влажностью внутреннего воздуха (р = 76% и темпера-
турой t = +25°С. Температура наружного воздуха tH = - 25°С.
Примем глубину промерзания грунта для Москвы df = 1,4 м.
Определим температуру точки росы (т) при данной влаж-
ности. При t = +25°С максимальная упругость насыщенного
водяного пара Е = 23,76 мм рт.ст. Тогда при относительной
влажности воздуха (р = 76%, действительная упругость водя-
ного пара е = 18,06 мм рт.ст., а точка росы, соответственно, т
= +20,5°С [13]. Для расчета температуры внутренней поверх-
ности ограждения воспользуемся формулой (11). Значения
208
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
температур наружного грунта принимаем в соответствии с
вертикальной разбивкой коллекторного тоннеля на условные
зоны по глубине промерзания. В результате получим
распределение температур на внутренней поверхности ограж-
дения от = +4,75°С - в верхней части (условной зоне) кол-
лектора до Тн = +10°С - в его нижней зоне. Поскольку при
данных условиях точка росы т значительно превышает тн, на
внутренней поверхности ограждения неизбежно будет обра-
зовываться конденсат. Это приведет к коррозии железобето-
на и открытых металлических деталей. Глубокие коррозион-
ные повреждения защитного слоя бетона плит покрытия мо-
гут привести к ускорению коррозии арматурного каркаса и
переходу конструкции в аварийное состояние. Наличие кон-
денсата под гидроизоляционной мембраной при понижении
температуры приводят к ее разрушению льдом. Это способст-
вует появлению протечек воды по швам и дальнейшему уско-
рению процесса износа сооружения.
Избежать образования конденсата можно путем устрой-
ства'эффективной теплоизоляции.
Так, при использовании в качестве утеплителя плит
пенополистирола толщиной 8 = 0,1 м и коэффициентом теп-
лопроводности Л = 0,05 Вт/(м °С) сопротивление теплопереда-
че R() увеличиться более чем в 10 раз, а следовательно, вырас-
тет и температура на внутренней поверхности ограждения от
т = +23°С в верхней условной зоне до т = +24°С - в нижней.
В любой точке внутренней поверхности ограждения точка ро-
сы окажется ниже т„, и выпадения конденсата не произойдет.
Однако избежать конденсации влаги на внутренней по-
верхности ограждения увеличением его сопротивления тепло-
передаче удается не всегда. Например, при размещении в под-
земном сооружении производственных помещений, в кото-
рых влажность может достигать значений 90-^95%, температу-
ра точки росы становится близкой к температуре внутренне-
го воздуха, и появление конденсата неизбежно. В подобных
случаях на первый план выходит задача по предохранению
209
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ограждения от проникновения в его толщу влаги с внутрен-
ней поверхности. Наилучшим способом добиться этого явля-
ется устройство качественной системы гидроизоляции.
2.4. ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОГО
РЕЖИМА В СОПРЯЖЕНИЯХ НЕСУЩИХ
ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ
И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Углы ограждающих конструкций в подземных и заглуб-
ленных сооружениях зимой плохо воспринимают тепло по-
верхностью с внутренней стороны и намного лучше отдают
тепло поверхностью с наружной стороны. Это вызвано нера-
венством площадей тепловосприятия (внутренняя часть угла)
и теплоотдачи (внешняя часть угла), а также снижением коэф-
фициента тепловосприятия вследствие уменьшения передачи
тепла излучением. В связи с этим наиболее вероятное появле-
ние конденсата влаги имеет место именно у наружных углов
стены. Кроме того, на внутренней стороне углов следует ожи-
дать меньшего потока воздуха, чем перед другим произволь-
ным сечением ограждения (рис. 8).
Понижение температуры на углах внешнего контура со-
оружения при наличии конденсационной влаги приводит к
разрушению гидроизоляционной мембраны и возникнове-
нию протечек воды в сооружение.
При расчете температуры в углу т/г сопротивление теп-
ловосприятию принимается приблизительно в 3 раза больше,
чем 1/а, т.е. = Мавуг = 3(1/а). Сопротивлением теплоот-
дачи \/ан можно пренебречь [32]:
Tmye=t,---—3(Х1а,) (13)
Rk+\lat
Поэтому при конструировании наружных углов необхо-
димо принимать меры к повышению температуры на их вну-
тренней поверхности.
210
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Существует несколько способов повышения температуры
наружных углов [26,31].
На рис. 9 представлены наиболее распространенные спо-
собы эффективного утепления наружных углов. Из представ-
ленных рисунков следует, что к этим способам относятся ска-
шивание, скругление и установка стояков центрального отоп-
ления.
Скашивание угла (рис. 9, а) можно выполнять тем же ма-
териалом, из которого сделано ограждение, или из материа-
ла, обладающего меньшей теплопроводностью. Проведенные
эксперименты показали, что скашивание угла при ширине
скашивающей плоскости 25 см приводит к снижению разно-
сти температур между углом и остальным ограждением при-
мерно на 30%.
Скругление угла (рис. 9, б) по своему эффекту аналогично
скашиванию, однако в гигиеническом отношении оно дает
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 9. Различные способы утепления наружных углов подземных и заглубленных со-
оружений.
1 - наружная теплоизоляция; 2 - гидроизоляционная мембрана; 3 - бетонная стена;
4 - внутренняя штукатурка; 5 - металлические пластины; 6 - стояк центрального отоп-
ления.
212
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
более благоприятный результат. Радиус скругления не дол-
жен быть менее 30 см.
Увеличение толщины теплоизоляции на наружной сторо-
не угла (рис. 9, в).
Одним из наиболее эффективных способов предотвраще-
ния конденсации на внутренней поверхности ограждающих
конструкций является применение для внутренней обшивки
или в дополнение к ней материалов с большой теплопровод-
ностью, например уголков из узких алюминиевых пластин
толщиной 0,5-ь 1,0 мм [26] (рис. 9, г). Применение алюминие-
вых пластин приводит к значительному утеплению угла по
всей толщине стены. При этом разность температур внутрен-
них поверхностей стен и угла снижается примерно на 60%, а в
углу температура повышается на 14ч-15%. Приведенные в [26]
данные экспериментальных исследований свидетельствуют о
том, что температура в наружных углах становится макси-
мальной при толщине металлических элементов 0,5 мм.
Использование высокотеплопроводного материала в ви-
де узких пластин для утепления холодных зон внутренних по-
верхностей угла эффективнее многих известных устройств.
Этот способ утепления углов позволяет предотвратить кон-
денсацию влаги на внутренних поверхностях угла и умень-
шить расход строительных материалов. Он может использо-
ваться для повышения температуры таких холодных зон, как
наружные углы, места примыкания перегородок, потолка и
пола к стенам и т.п. Причем эти пластины могут применяться
при любой технологии строительства.
Следует отметить, что при таком способе происходит толь-
ко выравнивание температур на внутренней поверхности ог-
раждающей конструкции, при этом практически не меняется
приведенное сопротивление теплопередаче конструкции и, со-
ответственно, мало изменятся теплопотери через ограждение.
Установка в углах стояков центрального отопления - так-
же эффективная мера предотвращения выпадения конденса-
та, так как в этом случае температура внутренней поверхнос-
213
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ти наружного угла может даже превысить температуру ос-
тальной части ограждения (рис. 9, д).
2.5. ЗАЩИТА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ОТ ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ
Морозным пучением называют увеличение объема водона-
сыщенного грунта при его промерзании. Это увеличение про-
сходит вследствие замерзания воды и образования ледяных
включений. Напряженно-деформированное состояние грунта
при морозном пучении может вызывать недопустимые переме-
щения и серьезные повреждения сооружений. Особую опас-
ность представляет неравномерность пучения грунтов, связан-
ная с его неоднородным составом, неравномерным увлажнени-
ем и другими факторами [20].
В несвязных грунтах (песках, крупнообломочных породах
с песчаным заполнителем) максимальное пучение составляет
0,9-ь2,7%. В глинистых и песчано-пылеватых грунтах этот по-
казатель в несколько раз больше. Обусловлено это миграци-
ей воды из нижних горизонтов в зону промерзания. В этом
случае пучинистость может достигать 104-15%, а в ряде случа-
ев увеличиваться до 40% [2, 17].
К пучинистоопасным относятся пылевато-глинистые
грунты, мелкие и пылеватые пески. К непучинистым - пески
гравелистые, крупные и средней крупности. В эту же группу
относят гравий и скальные породы.
При оттаивании мерзлых грунтов, подвергшихся пуче-
нию, повышается их водопроницаемость и сжимаемость, зна-
чительно понижается несущая способность, что приводит к
осадке сооружения.
Пучение грунтов обусловливает развитие давления в зоне
промерзания. Это давление характеризует силы пучения, под
которыми понимается сопротивление грунта растущим крис-
таллам льда.
Различают касательные и нормальные силы пучения.
214
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Касательные силы пучения действуют в зоне примерзания
грунта к боковой поверхности фундамента или стены подзем-
ного сооружения и могут вызвать их "выпучивание" (т.е. сов-
местное перемещение подземной и заглубленной конструк-
ции с мерзлым грунтом). Величина этих сил возрастает по ме-
ре увеличения площади контактных связей мерзлого грунта с
фундаментом или стеной. Процесс "выпучивания" конструк-
ций вследствие промерзания пучинистого грунта является не-
обратимым, так как после оттаивания величина опускания
конструкций существенно меньше, чем подъема.
Нормальные силы пучения действуют перпендикулярно
поверхности фундамента или подземного сооружения. Не-
равномерное промерзание и пучение грунта может вызвать
одностороннее боковое давление, которое способно подвер-
гать сооружение горизонтальным смещениям. Промерзание
пучинистых грунтов под фундаментом или сооружением
обусловливает развитие нормальных сил пучения у его по-
дошвы (рис. 10).
Рис. 10. Действие сил морозного пучения на строительные конструкции подземных
сооружений при промерзании грунта ниже подошвы фундамента.
F" - касательные силы морозного пучения; Fh - нормальные силы морозного пучения;
df - глубина промерзания грунта.
215
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Нормальные силы морозного пучения более опасны. Так,
если величина касательных сил пучения не превышает 0,1-*-0,2
МПа, то величина нормальных сил может достигать 0,5-И,О
МПа.
Заложение подошвы ниже глубины сезонного промерзания
полностью не гарантирует надежную эксплуатацию сооруже-
ния. Так, например, строительство, продолжающееся больше
года, приводит к тому, что в течение зимнего сезона происхо-
дит глубокое промерзание основания и неравномерный подъ-
ем конструкций с раскрытием в них трещин (рис. 11, а). Поэто-
му очень важно предохранять грунт от промерзания при
строительстве в зимнее время. В этом случае поверхность грун-
тов временно покрывают теплоизоляционными материалами -
шлаками, опилками, керамзитовым гравием и т.п. (рис. 11,6).
Требуемое термическое сопротивление слоя можно рас-
считать по формуле [17]:
df2-dfi2 1
R"P = ------ (14)
2dfiAf ас
где: d- глубина промерзания грунта, м;
df- допустимая глубина промерзания грунта под тепло-
изоляцией, м (принимается как расстояние от пола подвала
до подошвы фундамента);
Л - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта,
Вт/м°С;
а - коэффициент теплоотдачи поверхности, а = 23 Вт/м2 ОС.
Зная термическое сопротивление Rmp и коэффициент теп-
лопроводности материала Л, можно определить толщину
слоя утеплителя:
8=Rmpk
При заложении подошвы фундамента выше глубины се-
зонного промерзания (так называемые малозаглубленные фун-
даменты) рекомендуется устанавливать его на подушку из не-
пучинистого грунта, заглубленную ниже слоя сезонного про-
216
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
мерзания. Защита подушки от увлажнения осуществляется с
помощью расположенных ниже слоя промерзания дренажных
труб или изолирующей пленки, выстилающей дно котлована.
Для снижения влияния сил морозного пучения и уменьше-
ния глубины заложения фундаментов предусматривают сле-
дующие мероприятия [15, 17, 20]:
- осушение грунтов и отвод поверхностных вод от подзем-
ного сооружения с помощью дренажных систем; утепление
грунтов около фундамента;
Рис. 11. Промерзание грунта под заглубленном помещением здания.
а - при отсутствии теплоизоляции; б - со слоем теплоизоляции.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
- анкеровка фундаментов, устройство жестких подвиж-
ных оболочек вокруг фундаментов; снижение площади попе-
речного сечения фундаментов и т.п.;
- применение обсыпок из слабопучинистых грунтов;
- обмазка боковых наружных поверхностей ограждения
различными вязкими несмерзающими материалами или по-
крытие полимерными пленками;
- гидрофобизация грунтов жидкими нефтяными битума-
ми, каменноугольными дегтями или поверхностно-активны-
ми веществами;
- засоление грунтов.
Однако не все меры дают должный эффект. Гидроизоляци-
онная мембрана, выполняемая из битумных мастик или рулон-
ных материалов, при отрицательных температурах охруп-
чивается, зачастую не выдерживая давления промерзшего грун-
та. В образующиеся при этом трещины проникает вода, как пра-
вило, содержащая агрессивные вещества, что неизбежно приво-
дит к коррозии бетона и арматуры. Отрицательные стороны
имеют гидрофобизация и засоление грунтов. Химические соеди-
нения, например смолы, образующиеся при гидрофобизации в
грунте, отравляют его, ухудшая экологию почвенного слоя. За-
соление грунтов - насыщение грунта солевыми растворами - по-
нижает температуру его замерзания, но при этом ускоряет раз-
рушение строительных материалов, коррозию коммуникаций и
т.д. Анкеровка фундаментов и другие конструктивные меропри-
ятия требуют дополнительных материальных затрат.
Еще одним направлением защиты малозаглубленных
фундаментов от сил морозного пучения является обогрев
вмещающего грунта. Как правило, это достигается принуди-
тельной поддержкой положительной температуры в подваль-
ных помещениях при отсутствии теплоизоляции на огражде-
ниях. Однако, как указывалось выше, подобные методы при-
водят к значительным энергетическим затратам.
Наиболее рациональным способом защиты пучинистого
грунта от промерзания является сохранение тепловой энер-
218
А. А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 12. Устройство горизонтальной и вертикальной теплоизоляции стен и фундаментов.
1 - вертикальная теплоизоляция; 2 - горизонтальная теплоизоляция; 3 - гидроизоля-
ционная мембрана; 4 - отмостка; 5 - плита основания; 6 - дренажная труба; 7 - стена
подземного сооружения; 8 - цоколь; 9 - галтель.
219
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
гии, накопленной основанием в течение теплого периода года
путем укладки на поверхность грунта по наружному периме-
тру ограждающей конструкции горизонтальной теплоизоля-
ции и размещения вертикальной теплоизоляции на внешней
стороне ограждающей конструкции (рис. 12).
Толщину горизонтальной теплоизоляции (5.) можно опре-
делить из следующих выражений:
6 = Л. (Sc/\- 1/а) (15)
где: Л, - коэффициенты теплопроводности теплоизоля-
ционного материала и мерзлого грунта соответственно;
а - коэффициент теплоотдачи поверхности;
S - толщина эквивалентного слоя грунта, которую рас-
считывают по формулам:
Sc = (А2 - b2d2)/(2AbJ
А = df(df- df + bi)
В этих формулах d? df и b. обозначены на рис. 12.
Ширину изоляционного слоя (Z?) рекомендуется прини-
мать равной глубине сезонного промерзания грунта Ц).
Устройство теплоизоляции тем эффективнее, чем более
высокими теплофизическими и механическими свойствами
обладают применяемые материалы. Далее рассматриваются
наиболее распространенные теплоизоляционные материалы,
применяемые сегодня при строительстве и ремонте сооруже-
ний.
2.6. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Теплоизоляционными материалами называют материа-
лы, имеющие теплопроводность не более 0,175 Вт/м°С при
220
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
температуре 25°С, предназначенные для тепловой изоляции
зданий и сооружений, технологического оборудования и т.д.
В современном строительстве теплоизоляционные мате-
риалы и изделия занимают особо важное место. Примене-
ние эффективных теплоизоляционных материалов позволя-
ет существенно уменьшить массу сооружения, сэкономить
тепловую энергию и обеспечить нормальные условия экс-
плуатации.
По виду исходного сырья теплоизоляционные материа-
лы делятся на неорганические (минераловатные и стекловат-
ные изделия, пеностекло, ячеистые бетоны и др.) и органиче-
ские (ячеистые пластмассы, древесно-стружечные и фибро-
литовые плиты и др.). По структуре - на волокнистые (мине-
раловатные и стекловатные изделия), ячеистые (пеностекло,
ячеистый бетон, пенопласты), зернистые (вспученный пер-
лит, керамзит, шлак и др.). По сжимаемости: на мягкие М -
относительная деформация свыше 30%; полужесткие ПЖ -
соответственно 6-30%; жесткие Ж - не более 6% (при удель-
ной нагрузке 2 кПа); повышенной жесткости - до 10% (при
удельной нагрузке 4 кПа) и твердые - до 10% (при удельной
нагрузке 10 кПа) [5].
Теплоизоляционные материалы, имея высокопористое
строение, состоят из твердого "каркаса" и воздуха, заполняю-
щего поры материала. Теплопроводность материала, таким
образом, зависит от теплопроводности вещества "каркаса" и
воздуха, находящегося в порах. Теплопроводность воздуха
зависит от размера пор и в порах размером 0,14-2,0 мм состав-
ляет 0,023^-0,03 Вт/(м °С). Чем больше в материале пор, тем
меньше его плотность и теплопроводность.
К материалам, применяющимся в качестве теплоизоля-
ции под зданием и на наружной стороне стен заглубленных и
подземных сооружений, предъявляются особые требования:
малое водопоглощение, высокая прочность при сжатии при
низкой теплопроводности, стойкость к агрессивным подзем-
ным водам, неподверженность гниению.
221
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рассмотрим некоторые изделия из теплоизоляционных
материалов, рекомендуемых для использования в подземном
строительстве.
Ячеистые пластмассы (пенопласты)
Пенопласты - двухфазные системы, состоящие из матри-
цы и относительно равномерно диспергированной газовой
фазы. Пенопласты характеризуются несообщающейся ячеис-
той структурой, образовавшейся в результате вспенивания
исходных компонентов. Наиболее широкое применение в ка-
честве жесткой изоляции нашли теплоизоляционные плиты
из пенополистирола (ППС) и пенополиуретана (ППУ). На их
долю приходится примерно 90% всех используемых в строи-
тельстве пенопластов.
Пенопласты на основе полистирола и полиуретана имеют
преобладающую замкнутую ячеистую структуру (88^-95% от
общего объема пор) и в связи с этим низкий коэффициент теп-
лопроводности (0,029-5-0,040 Вт/(м °С) в сухом состоянии).
Для пенопластов характерны вязкая упругость и замед-
ленное деформирование во времени; при сжатии в них отсут-
ствует хрупкое разрушение и четко выраженный предел проч-
ности. Поэтому этот показатель определяется при 2%-ной или
10%-ной относительной деформации [5, 18].
Плиты пенополистирольные получают из вспенивающего-
ся суспензионного полистирола ПСБ и ПСБ-С беспрессовым
методом. Пенополистирол марки ПСБ представляет собой
тонкоячеистые сферические гранулы, спекшиеся друг с дру-
гом. Внутри каждой частицы заключены микропоры, а между
частицами имеются пустоты различных размеров. Объем пу-
стот составляет 3-5-6%, а объем микропор - 94-5-97%. Физико-
механические свойства ПСБ и ПСБ-С зависят от качества сы-
рья, методов и режимов термообработки и от средней плот-
ности материала.
Свое широкое применение в качестве утеплителя ограж-
дающих конструкций, полов, перегородок плиты получили
благодаря малому весу (ро = 20-5-40 кг/м3), низкой теплопро-
222
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
водности (X = 0,033ч-0,040 Вт/(м°С)). Пенополистирол ПСБ и
ПСБ-С стоек к растворам кислот, щелочей, спиртам, а также
обладает высокой биостойкостью. Эти пенопласты обладают
незначительной паро- и воздухопроницаемостью, которые с
увеличением плотности снижаются.
Однако низкая прочность при кратковременном сжатии
(<0,1МПа) и длительной сжимающей нагрузке (<0,03 МПа)
не позволяет использовать этот материал для наружной теп-
лоизоляции подземных сооружений, т.к. грунт обратной за-
сыпки в зависимости от глубины заложения сооружения ока-
зывает давление, значительно превышающее 0,03 МПа. Кро-
ме того, водопоглощение по объему при длительном пребы-
вании материала в контакте с водой увеличивается до 5%, что
снижает морозостойкость материала и ухудшает его тепло-
технические характеристики. Так, после 25 циклов заморажи-
вания-оттаивания снижение прочности пенопластов ПСБ со-
ставляет 13ч-15%. В связи с этим плиты из вспененного поли-
стирола рекомендуется применять для внутренней теплоизо-
ляции полов и потолков подземных помещений.
Плиты из экструдированного пенополистирола (ЭППС)
относятся к классу теплоизоляционных строительных мате-
риалов, получаемых методом экструзии из полистирола об-
щего назначения. В отличие от теплоизоляционных плит
ПСБ из вспененного полистирола, плиты ЭППС имеют за-
крытую ячеистую структуру с размером пор 0,1ч-0,2 мм, что
исключает конвекцию воздуха внутри него. Закрытая ячеис-
тая структура ЭППС обусловливает и низкое водопоглоще-
ние (<0,5%). Прочность материала (Ксж|0%>0,4 МПа) позволя-
ет выдерживать значительные нагрузки. Кроме того, ЭППС
стоек к действию агрессивных грунтовых вод, к гниению.
Благодаря этим свойствам ЭППС может быть использован
в качестве эффективной теплоизоляции под зданием и на на-
ружных стенах подземных сооружений. Высокая морозостой-
кость материала (более 1000 циклов замораживания-оттаива-
ния) позволяет использовать его в качестве горизонтального за-
223
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
щитного слоя, предотвращающего промерзание грунта. Плиты
ЭППС, уложенные по периметру сооружения, позволяют избе-
жать пучения грунтов. Плиты ЭППС, выполняющие функцию
вертикальной подземной изоляции, надежно защищают гидро-
изоляционную мембрану от механических повреждений, что су-
щественно увеличивает срок ее эксплуатации [1, 14].
Плиты из экструдированного пенополистирола подходят
также и для теплоизоляции потолков и полов подземных со-
оружений. Их возможно использовать в контакте с бетоном,
под штукатуркой, а также со строительными клеями, не со-
держащими растворители.
Плиты из пенополиуретанов
Пенополиуретаны (ППУ) получают беспрессовым мето-
дом в результате взаимодействия диизоцианатов с полиэфи-
рами в присутствии соответствующих катализаторов, воды,
эмульгаторов и других добавок. Изменяя состав исходных
компонентов, можно получать эластичные, полужесткие и
жесткие пенополиуретаны. В качестве теплоизоляционных
материалов для ограждающих конструкций, а также в качест-
ве утеплителей полов используют плиты из полужестких и же-
стких ППУ. Благодаря закрытой ячеистой структуре пенопо-
лиуретаны имеют высокие теплоизоляционные показатели и
низкое водопоглощение (< 1%), при этом высокая прочность
при сжатии позволяет использовать этот материал при значи-
тельных нагрузках. ППУ стоек к слабым растворам кислот,
щелочей, битумам, многим растворителям, маслам и микро-
организмам. В связи с этим плиты из ППУ можно использо-
вать в качестве наружной теплоизоляции ограждающих кон-
струкций подземных сооружений.
Пеностекло (ячеистое стекло)
Пеностекло представляет собой легкий пористый материал
из стекла, в котором равномерно распределенные ячейки разде-
лены тонкими стенками. По своему внешнему виду пеностекло
напоминает застывшую пену. Благодаря своей ячеистой струк-
туре и свойствам стекла пеностекло является жестким и безуса-
224
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
дочным материалом. Как и всякое стекло, пеностекло устойчи-
во к воздействию микроорганизмов, насекомых, грызунов, не
горит, не выделяет вредных веществ, не впитывает влагу.
Для всех видов пеностекла, кроме звукопоглощающего и
фильтрационного, характерна закрытая пористость; объем
закрытых пор составляет 80-5-95%. Размер макропор составля-
ют от 0,1 до 3,0 мм, микропор - от 1 мкм до нескольких мик-
рон.
Характерной особенностью пеностекла является его вы-
сокая прочность по сравнению с другими ячеистыми матери-
алами.
Пеностекло изготавливают паропроницаемым и пароне-
проницаемым. Строительные конструкции, изготовленные из
паропроницаемого стекла, имеют не только хорошую тепло-
изоляцию, но также и способность "дышать", исключая кон-
денсацию паров воды на стенах и обеспечивая комфортный
микроклимат в помещении. Имея высокое водопоглощение
(до 70-5-80%), паропроницаемое пеностекло должно приме-
няться только внутри помещения.
Паронепроницаемое стекло имеет замкнуто-пористую
структуру и обеспечивает паро- и гидроизоляцию любых
поверхностей. Учитывая низкое водопоглощение (IV < 5%),
высокую прочность (Rc = 7,5н-8,5 МПа), паронепроницаемое
пеностекло можно использовать для наружной вертикаль-
ной и горизонтальной изоляции. Однако наличие на наруж-
ной поверхности открытых (разрезанных) ячеек требует за-
щиты наружной поверхности плит гидроизоляционными
мастиками.
Пеностекло имеет хорошие монтажно-конструкционные
свойства: легко обрабатывается режущими инструментами,
сверлится, прибивается гвоздями, клеится мастиками, соеди-
няется цементным раствором, штукатурится.
Изделия из стекловолокна
Стекловолокно получают из расплавленного стекла. Для
этого используют как щелочные, так и бесщелочные борсо-
225
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
держащие составы стекла. В зависимости от способа произ-
водства волокно может быть непрерывным и штапельным
(длиной от 1 до 50 см). В настоящее время наибольше распро-
странение получило штапельное волокно.
Стекловолокно для жесткой теплоизоляции выпускают в
виде жестких и полужестких плит на синтетическом связующем.
Стекловолокно характеризуется малой гигроскопичностью
(сорбционная влажность не превышает 5%), высокой тепло- и
биостойкостью, стойкостью к агрессивным средам и действию
микроорганизмов. По своим теплотехническим показателям
стекловолокнистые материалы находятся в числе самых эффек-
тивных теплоизоляционных материалов. Коэффициент тепло-
проводности в сухом состоянии составляет 0,035-5-0,040 Вт/м °С.
Однако высокая сжимаемость (при нагрузке 2 кПа сжима-
емость составляет от 15 до 70%) це позволяет применять эти
плиты для наружной теплоизоляции в условиях действия сжи-
мающих нагрузок, которые создает грунт обратной засыпки.
Поэтому, учитывая положительные характеристики стекло-
волокнистых материалов, их можно рекомендовать для на-
ружной изоляции цоколя.
Минераловатные изделия
Минеральная вата представляет собой рыхлый материал,
состоящий из тонких волокон стекловидной структуры диа-
метром 5-ь 15 мкм, получаемый из расплавов горных пород
или минеральных промышленных отходов. Для получения
изделий из минеральной ваты применяют различные синтети-
ческие, битумные и неорганические связующие. Наибольшее
распространение получили минераловатные изделия из ба-
зальтовых пород на синтетических связующих [12].
В зависимости от относительной деформации сжатия под
нагрузкой (2 кПа) минераловатные изделия подразделяют на
виды: мягкие, полужесткие, жесткие, повышенной жесткости
и твердые. В жилищном строительстве в качестве утеплителя
ограждающих конструкций применяют полужесткие и жест-
кие плиты.
226
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Базальтовая вата обладает высокой стойкостью к умерен-
нокислым, щелочным средам, к органическим растворите-
лям. Однако под действием грибов и микроорганизмов может
разрушаться.
Теплопроводность минераловатных изделий зависит от
диаметра волокон, средней плотности и содержания неволок-
нистых включений. При температуре (25-г-5)°С коэффициент
теплопроводности (X) составляет 0,035-е-0,045 Вт/(м-°С). С уве-
личением влажности этот показатель резко возрастает.
Базальтовое волокно является гидрофобным материалом,
не впитывающим влагу. Содержание влаги в изделиях при
нормальных (сухих) условиях эксплуатации составляет
0,2-г-2,0%. Однако под воздействием давления водонасыщен-
ного грунта с наружной стороны ограждающей конструкции
водопоглощение минеральной ваты может существенно уве-
личиться. Кроме того, высокая сжимаемость материала при
нагрузках более 0,01 МПа не позволяет использовать этот ма-
териал для наружной изоляции заглубленных и подземных
помещений.
Таблица 1
Теплотехнические и механические характеристики теплоизоляционных материалов
Название, фирма- изгото- витель, страна Материал Толщи- на, мм Раз- меры, мм Сред- няя плот- ность, г/см3 Тепло- провод- ность, Вт/(м°С) Водопог- лощение по объему, % Паропро- ницае- мость, мг/мч-Па Проч- ность при 10% ' сжатии, МПа
1 2 3 4 5 6 7 8 9
ПСБ ОАО «Мос- стройпласт- масс» ТИГИ KNAUF, Россия Пено- поли- стирол беспрес- совый 15+115 1100х 1200 40+150 0,036+ 0,050 3 0,05 0,05+0,13
Пеноплэкс, Россия Экструди- рованный пенополи- стирол 20+120 бООх (1200+ 4500) 35+45 0,028+ 0,030 0,1 +0,4 0,018+ 0,015 0,25+0,6
Экспол НПП «Экспол», Россия Экструди- рованный пенополи- стирол 20+35 (350+ 450)х (1400+ 2800-) 30+70 0,033+ 0,037 0,3 0,016 0,2+0,4
Penmate (Styrodur) Dow Chemical Corp., США Экструди- рованный пенополи- стирол 20+100 бООх 1200 30 0,027 0,45 0,013 0,4
227
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Styrodur С BASF, Германия Экструди- рованный пенопо- листирол 30+100 (600+ 615)х (1265+ 2510) 30+45 0,029+ 0,030 0,07+0,13 0,005+ 0,013 0,25+0,7
Плиты ’ПУР’ Makrotalo, Финляндия Пенопо- лиуретан 10+30 40+100 бООх 2400 1200х 2400 40+70 0,020+ 0,030 0,5+1,0 0,0047 0,25
Пено- стекло ООО НВП "Боринжи- ниринг", Россия Пено- стекло (ячеистое стекло) 80+120 (200+ 475)х (125+ 400) 100+300 0,030+ 0,060 5+10 0,02+0,03 0,5+1,5
Foamglas Slab S3 Floorboard Pittsburg Coming Ltd., США, Бельгия Пено- стекло 40+120 40+100 450х 600 бООх 1200 135 165 0,042+ 0,044 0 0 0 0 0,9 1.6
URSA ОАО Флайдерер - Чудово», Россия, Германия Стеклян- ная вата 50+120 бООх 1200 13+45 0,033+ 0,042 20 0,6+0,7 При нагрузке 2 кПа сжимае- мость 70+15%
Isover OL-A Isover, Финляндия Стеклян- ная вата 20+100 бООх 1200 65 0,035 1,5 0,055 При 5% сжатии 0,012 МПа
Rockwool Rockwool Corp., Дания, Россия Мине- ральная вата 25+100 25+100 бООх 1200 бООх 1200 40+80 90+170 0,042 0,046 1,5 1.5 0,55 0,55 При нагрузке 2 кПа сжимае- мость 20% 0,02+0,04
Paroc GRS20 Paroc Финляндия Мине- ральная вата 50+100 бООх 1200 75+100 0,034+ 0,036 0,008+ 0,012
Плиты из минваты на синт. связующем АО «Термо- степс»; АО «Тизол»; «Мостермо стекло», Россия Мине- ральная вата 75+125 150+225 0,047+ 0,049 0,046+ 0,054 20+25 20+25 0,49+0,3 0,49+0,3 При нагрузке 2 кПа сжимае- мость 20% 0,02+0,1
В связи с вышеизложенным минераловатные жесткие и
полужесткие плиты можно применять для наружной изоля-
ции цоколя, внутренней изоляции стен, а плиты повышенной
жесткости - для теплоизоляции полов и стен в подземных по-
228
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
мещениях. При этом необходимо предохранять плиты от ув-
лажнения.
Теплотехнические и механические характеристики
некоторых теплоизоляционных материалов предоставлены в
табл. 1.
2.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Теплоизоляция подземных и заглубленных сооружений
является составной частью гидроизоляционной системы. Теп-
лоизоляция защищает гидроизоляционную мембрану от воз-
действия отрицательных температур, предохраняет ее от де-
формации, вызванной замерзанием конденсационной влаги.
Устройство теплоизоляционной защиты позволяет не
только существенно сократить теплопотери в подземных и
заглубленных сооружениях, но также обеспечить в них требу-
емый тепловлажностный режим эксплуатации. Вертикальная
теплоизоляция, размещенная на внешней стороне ограждаю-
щей конструкции подземного сооружения, осуществляет ме-
ханическую защиту гидроизоляционной мембраны, что поз-
воляет защитить всю подземную конструкцию от проникно-
вения влаги, предотвращает коррозию бетона и арматуры и
тем самым продлевает срок ее эксплуатации.
Горизонтальная теплоизоляция, расположенная по на-
ружному периметру ограждающей конструкции подземного
сооружения, позволяет уменьшить глубину промерзания
грунта и является оптимальной защитой от деформаций, свя-
занных с морозным пучением. Такая защита особенно важна
при заложении подземного и заглубленного сооружения в пу-
чинистоопасных глинистых и песчано-пылеватых грунтах.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
2.8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баранов А.С. Теплоизоляционные плиты "Пеноплэкс"
многофункционального назначения// Строительные материа-
лы, оборудование, технологии XXI века, № 2(37), 2002. - С.12-
13.
2. Берлинов М.В., Ягунов Б.А. Расчет оснований и фунда-
ментов. - М.: Стройиздат, 2001. - 272 с.
3. Богословский В.Н. Тепловой режим здания. - М.:
Стройиздат, 1979. - 248 с.
4. Гиндоян А.Г. Тепловой режим конструкции полов. -
М.: Стройиздат, 1984. - 222 с.
5. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устенко А.А. Технология
теплоизоляционных материалов. - М.: Стройиздат, 1980. - 399 с.
6. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические
требования к воздуху рабочей зоны. - М.: ИПК Изд-во стан-
дартов, 1998. - 32 с.
7. ГОСТ 24847-81. Грунты. Методы определения глубины
сезонного промерзания. - М.: Госстандарт, 1981. - 10 с.
8. Еремкин А.И., Королева Т.И. Тепловой режим зданий.
- М.: Изд-во АСВ, 2000. - 152 с.
9. Зильберборд А.Ф., Горская Г.С., Городецкая М.А. Тепло-
вой режим подземных сооружений и инженерно-геологические
условия их оптимального размещения. - М.: Недра, 1977. - 151 с.
10. Каган А.А., Кривоногова Н.Ф. Многолетние скаль-
ные основания сооружений. - Л.: Стройиздат, 1978. - 208 с.
230
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
11. Казанцев И.А., Либер И.С. Тепловая защита и инже-
нерное оборудование зданий на Севере. - Л.: Стройиздат,
1975.- 136 с.
12. Карякин А. Теплоизоляционные материалы из камен-
ной ваты//Технологии строительства, 1(12)/2001. - С. 26-28.
13. Краткий справочник физико-химических величин. -
М.: Химия, 1974. - 200 с.
14. Лукьянов В.С. Методика расчета глубины промерза-
ния грунтов. - М.: Гос. транспортное железнодорожное стро-
ительство, 1951. - 31 с.
15. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Ос-
нования и фундаменты. - М.: Изд-во АСВ, 2000. - 320 с.
16. Матвиевский А., Абызоева Т. Комплексные системы
утепления от компании "Максмир’7/ Строитель. Справочник
специалиста стройиндустрии, № 5/2002. - С. 171-173.
17. Невзоров А.Л. Фундаменты насезоннопромерзающих
грунтах. - М.: Изд-во АСВ, 2000. - 152 с.
18. Новиков В.У. Полимерные материалы для строитель-
ства. - М.: Высшая школа, 1995. - 448 с.
19. Порхаев Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и со-
оружений с вечномерзлыми грунтами. - М.: Наука, 1970. - 208
с.
20. Рекомендации по учету и предупреждению деформа-
ций и сил морозного пучения грунтов/ ПНИИИС. - М.:
Стройиздат, 1986. - 72 с.
231
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
21. СНиП П-3-79*. Строительная теплотехника/ Минст-
рой России. - М.: ГП ЦПП, 1996. - 29 с.
22. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и гео-
физика/ Минстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1997. - 140 с.
23. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечно-
мерзлых грунтах/ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя
СССР, 1990. - 38 с.
24. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондици-
онирование / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2000. - 72с.
25. СНиП 2.04.14-88*. Тепловая изоляция оборудования и
трубопроводов/ Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 28 с.
26. Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю., Матросов Ю.А.
Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и соору-
жений. - М.: Стройиздат, 1986. - 380 с.
27. Умняков П.А. Теплоизоляция ограждающих конст-
рукций жилых и общественных зданий. - М.: Стройиздат,
1978. - 160 с.
28. Умнякова Н., Матвиевский А. Стоит ли экономить на
утеплении? И Технологии строительства, 3(14)/2001. - С.20-25.
29. Умнякова Н., Матвиевский А. Утепление существую-
щих ограждающих конструкций И Технологии строительства,
4(15)/2001. - С. 68-74.
30. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. Меха-
ника грунтов, основания и фундаменты. М.: Изд-во АСВ,
1994. - 527 с.
232
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
31. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждаю-
щих частей зданий. Изд-е 4-е, перераб. и доп. - М.: Стройиз-
дат, 1973. - 287 с.
32. Шильд Е, Кассельман Х.Ф., Дамен Г, Поленц Р. Стро-
ительная теплофизика/ пер. с нем. Бердичевского В.Г. под
ред. Дешко Э.Л. - М.: Стройиздат, 1982. - 296 с.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ГЛАВА 3. ВЫПОЛНЕНИЕ ДРЕНАЖНЫХ РАБОТ
3.1. ДРЕНАЖНЫЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ЗАГЛУБЛЕННЫХ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Подземные промышленные сооружения различного на-
значения, заглубленные помещения жилых зданий, подземные
гаражи, пешеходные переходы, галереи и другие заглубленные
и подземные сооружения нередко подвергаются подтоплению.
Причины подтопления и появления сырости - атмосферные
осадки, грунтовые воды, поверхностные стоки вод с окружаю-
щих территорий, пары воды в грунтах и породах. Кроме это-
го возможно влияние техногенных источников - утечек из бас-
сейнов, резервуаров, очистных сооружений, отстойников, во-
допроводов, канализации. Действие техногенных источников
подтопления как в процессе строительства, так и при эксплуа-
тации зданий и сооружений накладывается на действие естест-
венных источников, интенсифицируя процесс увлажнения и
подтопления территории [1,15]. Эти явления усугубляются в
плотной городской застройке из-за барражирования грунто-
вых вод подземными частями зданий и сооружений.
Для защиты сооружений от подтопления традиционно
предусматривается устройство гидроизоляционной системы,
включающей гидроизоляционную мембрану, дренаж в виде
отсыпки песчаной призмы и дренажных труб с фильтрующи-
ми обсыпками из песчано-гравийной смеси, керамзита и дру-
гих материалов или оберток из искусственных волокнистых
материалов [25]. В ряде случаев применяют пластовый дре-
наж в виде слоя щебня или гравия с системой отводящих тру-
бофильтров. Однако'устройство такого типа дренажей не все-
гда эффективно.
Гидроизоляционная мембрана, как правило, выполняется
из обмазочных или рулонных битумных и битумно-полимер-
ных материалов и служит не более 10-15 лет. Устройство при-
стенного дренажа из сыпучих материалов связано с трудоем-
234
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
кими работами по отрывке котлована на необходимую глу-
бину и ширину, а также отсыпке фракционированных песков,
щебня, гравия. Определенные трудности связаны с качествен-
ным подбором фильтрующих материалов и большим объе-
мом применяемого фракционированного песка и гравия. Ве-
лики при этом и транспортные расходы.
В связи с этим качество водоотводящих конструкций за-
частую остается низким, ухудшая тем самым и качество рабо-
ты гидроизоляционной системы. Наибольшее подтопление и
нарушение тепло-влажностного режима в подземных соору-
жениях наблюдается в весенний период, когда образующиеся
на поверхности земли талые воды не могут проникнуть в дре-
нажную систему через водонепроницаемый экран еще не от-
таявшего грунта. Вся влага в этом случае начинает просачи-
ваться внутрь помещений через стены здания. Даже при не-
больших дефектах гидроизоляционной мембраны вода про-
никает в подземное сооружение. Отсутствие теплоизоляции,
защищающей гидроизоляционную мембрану от разрушения,
ускоряет выход последней из строя.
С целью улучшения качества строительства и условий
эксплуатации подземных сооружений в последнее время были
разработаны различные типы конструкций вертикальных
(пристенных) и горизонтальных пластовых дренажей, позво-
ляющие значительно сократить использование песчано-гра-
вийных отсыпок, а также увеличить водопропускную способ-
ность дренажной системы и обеспечить отвод грунтовых и
поверхностных вод от конструкции. Надежность гидроизоля-
ционной системы сооружения в этом случае сохраняется на
высоком уровне. Часто для этих целей используются дренаж-
ные плиты из фильтрационных материалов.
Дренажные плиты из фильтрационных бетонов на основе
различных связующих и заполнителей имеют пористую
структуру, которая достигается тем, что состав подбирают
таким образом, чтобы связующее (например, цементный рас-
твор) только обволакивало зерна заполнителя, оставляя про-
235
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
странство между ними [8, 11]. Внутри плит формируются от-
верстия для отвода воды. Основные характеристики фильтра-
ционных бетонов: коэффициент фильтрации Кф= 50-5-500
м/сут; прочность при сжатии R = 2,5-е-10 МПа; толщина дре-
нажной плиты 8 = 8-5-10 см.
Обладая определенными преимуществами перед тради-
ционными дренажами из сыпучих материалов, конструкции
из фильтрационных бетонов имеют существенные недостат-
ки - большую массу, хрупкость, трудоемкость при монтаже.
Наличие пленки связующего вокруг зерен заполнителя уве-
личивает шероховатость поверхности поровых каналов, со-
здает условия для образования тупиковых пор, наличие ко-
торых при движении воды приводит к образованию турбу-
лентных потоков и снижению общей водопропускной спо-
собности. Кроме того, плиты из цементных бетонов требуют
коррозионной защиты от агрессивного воздействия подзем-
ных вод.
Крупнопористые плиты на основе фильтрационного пено-
полистирола или пенополиэтилена [9] имеют значительные
преимущества перед фильтрационным бетоном: малую массу
(ро = 18-5-20 кг/м3), высокую водопропускную способность (Кф
более 1000 м/сут), стойкость к агрессивным грунтовым водам.
Однако боковое давление грунта обратной засыпки вызывает
сжатие фильтрационных плит, которое увеличивается с глу-
биной заложения, при этом существенно снижается их водо-
пропускная способность. Прочность при 10%-ном сжатии
фильтрационного пенополистирола составляет всего
0,08-5-0,09 МПа. Кроме того, в связи с хорошо развитой от-
крытой пористостью их поверхностные слои кольматируются
частицами грунта. Вследствие этих процессов эффективность
работы плит падает на 30-5-80%.
Наличие в грунтах илистых и глинистых частиц приводит
к заполнению фильтрующих полостей, снижению дренажной
способности плит. Для обеспечения длительной работы в дре-
нажах используют геотекстильные материалы, которые,
236
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
фильтруя воду, задерживают частицы грунта и препятствуют
их проникновению в дренажную систему.
Геотекстилъные материалы и конструкции
с их использованием
Эти материалы более 30 лет используют в гидротехничес-
ком, дорожном, подземном строительстве [14, 20, 29, 31, 33].
Геотекстилем называют водопроницаемые тканые, не-
тканые, вязаные и композиционные полотна из синтетичес-
ких волокон, выполняющие три основные функции в массиве
грунта - сепарацию, фильтрацию и армирование.
Впервые синтетическая ткань была применена в качестве
фильтра в 1958 году при реконструкции бетонной облицовки
водоотбойной стенки во Флориде, США [33], но только с 70-х
годов синтетические материалы начали широко применяться
в подземном строительстве.
Материалы различают по исходному сырью, технологии
изготовления, свойствам и возможности применения.
Сырьем для производства геотекстиля являются полиэфи-
ры (ПЭФ), полиэтилен низкого давления (ПЭНД), полипро-
пилен (ПП), полиамид (ПА).
На долговечность этих материалов влияют следующие
факторы [4,7]:
• ультрафиолетовое излучение и озон;
• длительное воздействие механических нагрузок;
• агрессивное воздействие грунтовых вод.
Во избежание негативного действия этих факторов уклад-
ку материалов проводят таким образом, чтобы они были за-
щищены от воздействия света и озона, при этом величина ме-
ханического напряжения не должна превышать 25% от вели-
чины разрушающей нагрузки.
Большинство синтетических материалов, используемых в
настоящее время, достаточно устойчивы к растворам щело-
чей, кислот, солей, а также микроорганизмам, содержащимся
237
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
в грунтовых водах. Однако, как показали исследования [4,7],
полиэфир разрушается в щелочной среде при рН>9. Поэтому
применение ПЭФ в грунтах с рН>9 недопустимо без высоко-
эффективной защиты. Материалы из ПЭФ не должны иметь
прямого контакта с материалами, содержащими известь или
гидравлические вяжущие.
По технологии изготовления различают тканые, нетка-
ные, вязаные материалы.
Тканые геотекстилъные материалы состоят из волокон,
имеющих взаимно перпендикулярное направление. Они отли-
чаются друг от друга видом волокна и типом плетения (хол-
стовое, панамское, диагональное), а также числом нитей на
единицу площади [7].
Тканые материалы отличаются хорошей водопроницае-
мостью и прочностью на разрыв. Они имеют высокий на-
чальный модуль деформации, т.е. обладают прочностью при
малом удлинении. Однако вследствие растяжения под дейст-
вием грунта засыпки может изменяться величина пор мате-
риала.
Из наиболее распространенных тканых геотекстилей мож-
но отметить следующие: Geolon голландской фирмы Nicolon;
Heidelberger Vlies немецкой фирмы Gebruder Friedrich; Stabilenka
немецкой фирмы Huesker Geosynthetics и многие другие.
Тканый геотекстиль используют преимущественно при
армировании грунтов.
Нетканые геотекстилъные материалы получают тремя
способами - механическим (иглопробивные), термическим
(термоупрочненные), адгезивным (клееные). Наибольшее рас-
пространение получили иглопробивные и термоупрочненные
материалы.
Иглопробивные (ИП) геотекстили характеризуются низ-
ким начальным модулем деформации, но имеют высокую де-
формативную способность (удлинение до 30% без нарушения
сплошности). Эти материалы сразу деформируются при при-
ложении нагрузки. Благодаря относительно большой толщи-
238
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
не (З-г-5 мм) и низкой скорости фильтрации иглопробивные
материалы практически полностью исключают проникнове-
ние в дренажный слой тонкодисперсных частиц. Следует за-
метить, что высокая сжимаемость этих материалов под дейст-
вием грунта засыпки снижает их водопропускную способ-
ность и ограничивает их применение на большой глубине за-
ложения. Эти особенности ИП необходимо учитывать при их
использовании.
Широкое применение в подземном строительстве получили
такие иглопробивные материалы, как: Bidim французской фир-
мы Rhone-Poulenc, Polyfelt австрийской фирмы Polyfelt’, россий-
ский материал Дорнит, разработанный ВНИИСтройполимер и
Ростокинской фабрикой нетканых материалов, и другие.
Термоупрочненные (ТУ) геотекстили имеют небольшую
толщину (0,14-0,3 мм), поэтому при их применении очень важен
подбор гранулометрического состава грунта обратной засып-
ки. Они обладают относительно высоким начальным модулем
деформации, подобно тканым материалам, и значительным
удлинением при разрыве, подобно иглопробивным [26].
К термоупрочненным материалам относятся: Ту par фир-
мы DuPont (США); Fibertex датской фирмы Fibertex’, Terram
английской фирмы Terram Ltd. и другие.
В отличие от тканых материалов у нетканого геотексти-
ля с неупорядоченно расположенными волокнами механичес-
кие свойства не зависят от направления приложения нагруз-
ки. Растягивающие усилия передаются только на одну часть
волокон, а другие переориентируются в направлении растя-
жения. Зависимость удлинения геотекстилей от действия на-
грузки приведена на рис. 1.
Нетканый геотекстиль используют как разделяющий слой
в неустойчивых грунтах для защиты дренирующих материа-
лов от заиливания и в качестве различных фильтров.
Вязаные материалы состоят из одной или нескольких во-
локонных систем, петлеобразно соединенных друг с другом в
виде пряжи. Особенностями этих материалов являются высо-
239
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 1. Зависимость удлинения различных типов геотекстилей от действия нагрузки.
1 - иглопробивной геотекстиль; 2 - термоупроченный геотекстиль; 3 - тканый геотекстиль.
кая прочность на растяжение при небольшом относительном
удлинении вдоль волокон пряжи; возможность восприятия
нагрузки в диагональном направлении. В связи с этим они ре-
комендуются для армирования грунта и увеличения его несу-
щей способности.
Примером такого материала может служить вязаное по-
лиэфирное полотно Comtrac - одна из последних разработок
немецкой фирмы Huesker Synthetic.
Основные характеристики тканых и нетканых геотекс-
тильных материалов представлены в табл. 1.
С использованием основных свойств геотекстилей (высо-
кой водопропускной способности при достаточной прочнос-
ти на растяжение, химической стойкости к агрессивным сре-
дам и др.) был разработан целый ряд дренажных композици-
онных материалов, т.н. геокомпозитов.
Большинство геокомпозиционных материалов включают
два элемента - трехмерное пластиковое основание (провод-
240
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица1
Характеристики тканых и нетканых геотекстильных материалов
Материал Фирма- производи- тель, страна Спо- соб изго- товле- ния Сырье Поверх- ностная плот- ность, г/м2 Проч- ность при растяже- нии, кН/м Прочность при продав- ливании, Н Макс, удли- при растя- жении, % Водо- проница- емость*, л/м2- с
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Bidim (Видим) Rhone- Poulenc, Франция ИП ПЭФ 114-550 8-30 1170-4500 80 120
Heidelberger Vlies (Г ейдель- бергский холст) Gebruder Friedrich, Г ермания ТУ Тканый ПЭФ ПЭФ 70-280 140-375 2,42-12,8 22,1-60 230-400 39469 144-30 1004-55 10-545
Дорнит Россия ИП ПП 300-350 100-115 120 90
Poly felt TS Polyfelt F (Полифелт) Polyfelt, Австрия ИП ИП ПП ПП 105-385 400-800 7,5-28,0 23-35 1175-4250 3300-6500 754-80 85 187
Typar (Тайпар) DuPont, США ТУ ПП 68-320 3,34-25 500-3400 404-70 2604-12
Terram (Террам) Terram Ltd., Англия ТУ ПП, ПЭ 65-350 3,5-22,0 500-4300 404-30 130440
Stabilenka (Стабиленка) Huesker, Synthetics Германия Тканы й ПЭФ 365- 1960 150-1000 94-10 11-2
Fibertex (Фибертекс) Fibertex, Бельгия ТУ ПП 150 8,5 1180 50 80
* - скорость потока при высоте водяного столба Ah =10 см
ник влаги) и геотекстильный фильтр (мембрану). Последний
пропускает воду в пластиковое основание, задерживая при
этом частицы грунта.
Для обеспечения высокой надежности в процессе эксплуа-
тации к геокомпозитам предъявляются следующие требования:
• износостойкость;
• сохранность в рабочем состоянии на весь срок службы
конструкции;
• геотекстильный фильтр должен пропускать воду и отсе-
ивать грунт;
• геотекстильный фильтр не должен излишне деформиро-
ваться и ограничивать доступ влаги;
• высокая био- и химическая стойкость.
241
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Области применения геокомпозитов весьма разнообраз-
ны и обширны: вертикальный и горизонтальный дренаж
строительных конструкций, крепление насыпей и откосов,
стабилизация грунтов, армирование дорог, склонов, подпор-
ных стенок, пластовый дренаж спортивных сооружений и са-
дов на крышах, пристенный дренаж туннелей и т.п.
Наиболее широкое распространение получили такие дре-
нажные материалы, как Delta Drain (Германия), Enkadrain
(Нидерланды), GSE Hyper Net, (Германия), J-Drain (США),
Polyfelt (Австрия), Terram Drain (Англия), Фундалин (Фран-
ция) и другие. Краткое описание и характеристики некоторых
материалов представлены в табл. 2.
На рис. 2 представлены схемы различных вариантов дре-
нажных конструкций - от традиционного дренажа с песчано-
гравийной отсыпкой (рис. 2, а) до современных типов при-
стенных и пластовых дренажей с использованием геокомпо-
зитов (рис. 2, д, е).
Кроме описанных имеется еще целый ряд многослойных
плитных конструкций из пластмасс, состоящих из перфори-
рованных листов, между которыми находятся каналы раз-
личной конфигурации для дренирования воды; объемные
сетки и другие. Однако из-за неизученности свойств при ра-
боте в подземных условиях они не получили широкого при-
менения.
Анализируя существующие методы защиты подземных
сооружений от подтопления, можно сделать вывод, что из
всего многообразия разработанных конструкций пристенных
и горизонтальных пластовых дренажей наиболее эффектив-
ными являются конструкции из пластмасс в сочетании с гео-
текстильными мембранами.
Рассмотрим работу таких конструкций на примере дре-
нажной системы Delta.
242
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица 2
Технические характеристики геокомпозитов
Материал Фирма- изготовитель, страна Краткое описание Толщи- на полотна мм Удель- ная масса, г/м2 Несущая способ- ность, кН/м2 Водо- пропускная способ- ность при i=1,n/M- с
1 2 3 4 5 6 7
Delta Drain Dorken, Германия Двух- и трехслой- ные конструкции на 12 600 90 1,75
Delta Geo - Drain основе высоко- прочного полотна из ПЭНД с округ- 9 680 400 3,5
Delta Geo - Drain TP лыми шипами и фильтрующей гео- текстильной мем- браной из ПП 9 635 400 3,5
Enkadrain (SL, ST, TP) Colbond Geosynhetics, Нидерланды Трехмерные струк- турированные маты из ПА между двумя слоями гео- текстиля из ПЭФ волокон 10+22 600-950 50-85 1,5-3
GSE FabriNet GSE Lining Technology, Германия Георешетки из сва- ренных ПЭ стер- жней и приклеен- ного к ним гео- текстиля с одной или обеих сторон 5-6 600+900 1,3
J-Drain JDR Enterprises, США Рулонные материа- лы из дренажной ПЭНД сетки и фильтра из нетка- ного геотекстиля 5,6-9,5 1200- 1970 1430-740 1,45-3,13
Polyfelt DC Polyfelt Megadrain Polyfelt, Австрия Маты из ПЭНД сетки и прикле- енного к ней геоте- кстиля с одной или обеих сторон Трехмерные маты из ПП нитей с геотекстилем из ПП с одной или двух сторон 4,5-7,1 12-20 660- 1140 800- 1280 940+2280 0,86-2,6 0,5-1,7
Ter ram Drain Terram Ltd., Рулонные матери- 9 680 150 2,5
Terram DC Англия алы из профили- рованного полотна с шипами и нет- каного геотекстиля (ПП, ПЭНД) 8-11 650- 1000 3,2-4,8
Terram B1.1B1 Маты из ПЭНД сетки и приварен- ного к ней гео- текстиля с одной или двух сторон 4,5-5 600-730 2200+ 3425 0,46-0,53
243
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
244
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
245
246
Рис. 2. Схема дренажей заглубленных сооружений.
1 - стена; 2 - гидроизоляционная мембрана; 3 - покрытие пола; 4 - цементная стяжка; 5 - гидроизоляционная мембрана;
6 - фундаментная плита; 7 - дренажные плиты; 8 - разделительный слой (полиэтиленовая пленка); 9 - бетонная подготовка;
10 - песчано-гравийная засыпка; 11 - грунт обратной засыпки; 12 - дренажная труба; 13 - геотекстильная мембрана;
14 - геокомпозиты; 15 - гравийная засыпка; 16 - гравий.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
3.2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИСТЕННЫХ НАРУЖНЫХ
ПЛАСТИКОВЫХ ДРЕНАЖЕЙ при строительстве
ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Системы дренажей Delta разработаны немецкой фирмой
Dorken, являющейся одним из мировых лидеров по производ-
ству пластовых дренажей. Более 10 лет они успешно применя-
ются в России и странах СНГ.
Дренажная система Delta представляет собой одно-, двух-
и трехслойную конструкцию, в составе которой имеется вы-
сокопрочное полиэтиленовое полотно с отформованными ок-
руглыми шипами. Упорядоченно расположенные округлые
шипы создают толщину материала и образуют между собой
водосточные каналы, по которым отфильтрованная вода по-
ступает в дренажную систему и отводится от сооружения.
В однослойных конструкциях при толщине полотна 8 мм
(Delta-MS) и 20 мм (Delta-MS 20) водопропускная способ-
ность составляет соответственно 5,0 и 10,0 л/м*с, что значи-
тельно выше, чем у классических дренажных систем.
В двухслойных конструкциях для защиты дренажной сис-
темы от механических воздействий, а также фильтрации мел-
ких частиц почвы и предотвращения заиливания дренажной
системы используют фильтрующую геотекстильную мембра-
ну из полипропилена (Delta-Drain, Delta-Geo-Drain ТР). От-
личительная особенность полотна Delta-Drain состоит в том,
что, благодаря отформованным в две противоположные сто-
роны шипам и соответственно двухстороннему расположе-
нию каналов оно, с одной стороны, создает систему вентиля-
ции подземной стены, а с другой - отводит поступающую к
ней воду в линейную дренажную систему.
Трехслойная система Delta-Geo-Drain помимо профили-
рованного полотна и геотекстиля имеет скользящую мембра-
ну из листового полиэтилена. Эта мембрана, создавая допол-
нительную изоляцию стены, обеспечивает также сохранность
дренажной системы в целом при возможной осадке грунта об-
247
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ратной засыпки, а также пучении грунта: профилированное
полотно со слоем геотекстиля имеет возможность вертикаль-
ного смещения относительно мембраны.
Различные виды дренажных систем Delta представлены в
табл. 3.
Система дренажа DELTA
Таблица 3
N nh Наименование Внешний вид Несущая способность кН/м* Толщина мм Пропускная способность л/схм Ширинахдлина полотнища мхм
1 DELTA-MS (про- филированное по- лотно) 150 8,0 5,0 1,0x20; 2,0x20; 2,4x20; 3,0x20.
2 DELTA-MS 20 (профилированное полотно) я 150 20,0 10,0 2,0x20
3 DELTA DRAIN (профилированное полотно и фильт- рующая мембрана - геотекстиль) 90 12,0 1,75 1,5x12,5; 2,0x12,5.
4 DELTA-GEO- DRAIN (профили- рованное полотно, | фильтрующая мем- брана - геотекстиль, сколь- зящая мембрана - листовой полиэти- лен) 400 9,0 3,5 2,0x12,5
5 DELTA-GEO- DRAIN ТР (про- филированное по- лотно и фильтрую- щая мембрана - геотекстиль) 400 9,0 3,5 2,0x12,5
6 DELTA РТ (про- филированное по- лотно, сетка из по- лиэфирных полос) 70 8,0 5,0 2,0x20
Монтаж полотна Delta к стенам фундамента производит-
ся пластиковыми дюбелями или специальными нагелями по
всему полотну без нарушения целостности гидроизоляцион-
ной мембраны либо точечной приклейкой. По верхнему краю
полотно и сформированный зазор защищаются с помощью
специальных профилей (табл.4).
Таким образом, применение дренажной системы Delta
248
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Элементы крепления дренажа DELTA
Таблица 4
Наименование
DELTA-MS
PROFIL
DELTA-MS
KNOPFE
DELTA-MS
DUBEL
DELTA-
HAFTNAGEL
Внешний
вид
DELTA-PT
PROFIL
Примечание
Профиль для крепления дренажного полотна по верхней кром-
ке.
Применяется для DELTA-MS, DELTA DRAIN, DELTA-GEO-
DRAIN.
Профиль для крепления дренажного полотна типа DELTA-PT в
зоне его примыкания к полу и потолку
Пластмассовый дюбель для креплений дренажного полотна к
плоскости стены на приклеенные пластмассовые нагели.
Применяется для DELTA-MS, DELTA DRAIN, DELTA-GEO-
DRAIN.
Металлический дюбель с шайбой для крепления дренажа пла-
стмассовыми дюбелями к плоскости стены.
Применяется для DELTA-MS, DELTA DRAIN, DELTA-GEO-
DRAIN, DELTA PT.
Крепление дренажного полотна пластмассовыми дюбелями к
плоскости стены в пробуренные отверстия.
Применяется для DELTA-MS, DELTA DRAIN, DELTA-GEO-
DRAIN, DELTA PT.
благодаря ее высокой водопропускной способности полно-
стью исключает выполнение песчано-гравийных отсыпок, а с
учетом ее механических характеристик выполняет две основ-
ные функции - водоотводящую и защитную (рис. 3).
3.2.1. Влияние сжимающих нагрузок на производительность
пристенных наружных пластиковых дренажей
На пристенную дренажную систему оказывает постоян-
ное боковое давление грунт обратной засыпки. Это давление
увеличивается с глубиной заложения системы. При этом мо-
гут изменяться толщина и водопропускная способность дре-
нажного материала, поэтому условия применения дренажных
конструкций требуют оценки свойств материала при воздей-
ствии внешних нагрузок, вызывающих сжатие материала.
Расчет внешних нагрузок от бокового давления грунта на
дренажное полотно в зависимости от глубины заложения
можно рассчитать по формуле [ 12 ]:
249
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 3. Пристенный дренаж с применением полотна Delta-Drain.
1 - дренажная труба; 2 - бетонная плита основания; 3 - слой крупного гравия; 4 - слой
мелкого гравия; 5 - подпорная стенка; 6 - дренажное полотно Delta-Drain; 7 - фильтру-
ющая мембрана (геотекстиль); 8 - профиль крепления; 9 - вода, фильтрующая к сте-
не; 10 - вода, фильтрующая к днищу; 11 - грунт обратной засыпки; 12 - грунтовые во-
ды; 13 - гравийная засыпка; 14 - грунтовое основание.
G = у Н tg*(45 - <р/2)
(1)
где: G - боковое давление грунта;
у - плотность грунта обратной засыпки;
Н - глубина заложения;
<р - угол внутреннего трения грунта, принимаемый по
СНиП 2.02.01-83* .
В табл. 5 приведены данные по допустимым нагрузкам от
бокового давления различных грунтов на пристенную дре-
нажную систему в зависимости от глубины заложения.
250
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица 5
Боковое давление различных типов грунта (МПа) на дренажную систему
в зависимости от глубины заложения
Глубина заложения, м Тип грунта* 3 5 6 7 8 9 10 12 15
средние пески 0,0128 0,0214 0,0257 0,03 0,0343 0,0385 0,0428 0,0512 0,064
мелкие пески 0,0140 0,0234 0,0280 0,0327 0,0374 0,0421 0,0467 0,0560 0,070
пылеватые пески 0,0153 0,0254 0,0305 0,0356 0,0407 0,0458 0,0509 0,0612 0,076
супеси** 0,0199 0,0331 0,0398 0,0464 0,0530 0,0596 0,0663 0,0796 0,099
суглинки*** 0,0228 0,0397 0,0455 0,0531 0,0607 0,0683 0,0759 0,0912 0,114
глины**** 0,0307 0,0511 0,0613 0,0716 0,0818 0,0920 0,1022 0,1228 0,153
* принимаемая плотность грунта у=1800 кг/м3;
принимаемый коэффициент пористости грунта е = 0,55;
• * принятый угол внутреннего трения (р = 27°;
* ** <р = 24°;
* *** ф=16°.
На рис. 4 приведены зависимости снижения водопропуск-
ной способности дренажных систем Delta от степени сжатия
под действием длительного давления грунта обратной засыпки.
Следует также отметить, что технические характеристики
геокомпозитов во многом зависят от исходного сырья. Осо-
бенно это влияет на их несущую способность. Так, полотна из
вторичного полиэтилена (полученные переработкой первич-
ного ПЭНД) способны выдерживать нагрузку в 1,5-5-2 раза ни-
же, чем материал, изготовленный из первичного ПЭНД. В
связи с этим их можно применять только при малой глубине
заложения сооружения (2-5-2,5 м).
Рис. 4 . Зависимость водо-
пропускной способности
дренажных систем Delta
от давления грунта обрат-
ной засыпки (длительная
нагрузка).
1 - Delta-Geo-Drain, Delta-
Geo-Drain TP; 2 - Delta-
Drain.
251
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Согласно данным лабораторных и натурных исследова-
ний, изучения многолетнего опыта работы, дренажные конст-
рукции Delta-Drain, изготовленные из первичного ПЭНД,
могут воспринимать нагрузку от грунта обратной засыпки до
50 кН/м2 (0,05 МПа) при снижении водопропускной способ-
ности от 1,75 л/с м до 0,25 л/с м и применяться при глубине за-
ложения: до 12 м - в мелкопесчаных грунтах; до 10 м - в пыле-
ватых песках; до 8 м - в супесчаных грунтах; до 6 м - в суглин-
ках; до 5 м - в глинистых грунтах.
При заглублении здания более чем на 10 м в супесчаных,
суглинистых и глинистых грунтах следует применять двух-
слойную систему Delta-Geo-Drain ТР или трехслойную систе-
му Delta-Geo-Drain, которая помимо профилированного по-
лотна и геотекстиля имеет скользящую мембрану из листово-
го полиэтилена (рис. 5) [28]. Эти системы эффективны при
глубине заложения в супесчаных грунтах - до 15 м; в суглин-
ках - до 12 м; в глинистых грунтах - до Юм.
При использовании систем типа Delta в конструкциях гори-
зонтальных пластовых дренажей (рис. 2, е) необходимо учиты-
вать сжатие материала от давления свежеуложенной бетонной
Delta-Drain
a - фипьтрующая
мембрана (геотекстиль)
b - дренажное полотно
Delta-Geo-Drain TP Delta-Geo-Drain
а - скользящая мембрана
из полиэтилена
b - дренажное полотно
с - фильтрующая мембрана
(геотекстиль)
а - дренажное полотно
b - фильтрующая
мембрана (геотекстиль)
Рис. 5. Системы дренажей Delta-Drain.
252
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
смеси фундаментной плиты. Согласно Европейскому стандарту
DIN 18218, давление свежеуложенной бетонной смеси в зависи-
мости от скорости бетонирования находится в пределах от 1 до
6 м/час и составляет от 30 до 150 кН/м2 (от 0,03 до 1,5 МПа).
На рис. 6 представлены зависимости водопропускной
способности различных систем Delta от давления свежеуло-
женного бетона фундаментной плиты. Анализ результатов
показывает, что при нагрузке, например, в 100 кН/м2 сниже-
ние водопропускной способности приведенных систем дрена-
жа составляет от 7 до 30%. Подобная вертикальная нагрузка
на пластовый дренаж возможна при бетонировании колонн
высотой 4-5-4,5 м.
Рис. 6. Зависимость водопропускной способности дренажных систем Delta от давле-
ния свежеуложенного бетона (кратковременная нагрузка).
1 - Delta MS-20; 2 - Delta MS; 3 - Delta-Geo-Drain; 4 - Delta-Drain.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
3.2.2. Влияние суффозии на фильтрующую способность
пристенных наружных пластиковых дренажей
Одним из факторов, характеризующих долговечность
дренажной конструкции, является ее стойкость против за-
иливания мелкими частицами грунта. Известно, что заили-
вания не происходит, если на контакте фильтрационного
материала с грунтом образуются устойчивые сводики из
мелких частиц грунта для несвязных грунтов или из агрега-
тов глинистых частиц грунта для связных грунтов. Процесс
сводообразования осуществляется в том случае, если будут
соблюдаться условия, регламентирующие соотношение
между характерным диаметром поровых каналов фильтра-
ционного материала и размером сводообразующих частиц
[Ю, 13].
При оценке фильтрационных геотекстилей можно поль-
зоваться следующим критерием [7]:
или
где: O90w - эффективный размер пор геотекстиля, соответ-
ствующий диаметру зерен грунта, 90% которого удерживает-
ся геотекстилем, мм;
dw - диаметр зерен грунта засыпки, соответствующего
90%-ному их содержанию, мм.
Согласно порометрии геотекстильной мембраны Delta
(рис. 7), О90н. = 0,13 мм. Подставляя значения d90 различных ти-
пов грунтов, можно убедиться, что поровая структура геотек-
стиля Delta позволяет применять его при любых типах грун-
тов. Приведем пример оценки этого соотношения для мелко-
зернистых песков, являющихся наиболее опасными в отноше-
нии заиливаемости дрен: dw = 0,5 мм, следовательно,
Ом,./^ = 0,26<1.
254
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 7. Порометрия геотекстильной мембраны Delta.
В простых случаях (небольшие объемы воды и гидроста-
тическая нагрузка) механическая (удерживающая) фильтрую-
щая способность геотекстиля считается достаточной, если эф-
фективный размер пор находится в границах [ 7 ]:
0,06 мм< Ооп <0,2 мм
3 90. w 7
Это условие для геотекстильной мембраны Delta также
выполняется.
3.2.3. Гидравлический расчет пристенных и горизонтальных
наружных плоских пластиковых дренажей
Расчеты пристенного и горизонтального пластового дрена-
жей с использованием полотна Delta заключаются в определе-
нии притока воды к дрене, величины остаточного напора в цен-
тре контура, построении депрессионных кривых и определении
параметров (диаметра и величины уклона) дренажных труб.
255
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Расчеты проводятся в соответствии с методикой, предло-
женной Абрамовым С.В. [1], а также нормативными докумен-
тами [17, 18, 25].
Однако при расчетах с учетом применения дренажных
конструкций Delta следует внести некоторые поправки при
определении радиуса депрессии, дебита дренажа, а в некото-
рых конструкциях и величины остаточного напора.
Так, при определении среднего значения коэффициента
фильтрации грунта обратной засыпки необходимо учесть ко-
эффициент фильтрации геотекстильной мембраны Delta:
Ък1т‘
2к к
где: к =——-----осредненный коэффициент фильтрации
Р к ср + ^д
для слоистой неоднородной толщи пород;
к. - коэффициент фильтрации i-того слоя толщи пород,
м/сут;
т. - мощность z-того слоя толщи, м;
к& - коэффициент фильтрации геотекстильной мембраны
Delta, равный к& = 19 м/сут.
В дальнейшем уточненный коэффициент фильтрации кф
используется при расчете радиусов кривых депрессии и опре-
делении притока воды к дрене.
Суммарный приток воды к пристенному дренажу Qz скла-
дывается из притока воды с внешней стороны контура (QeHeu)',
притока за счет инфильтрации хозяйственных вод внутри
контура (Qmymp)', притока дождевых, талых и других вод (QJ,
поступающих непосредственно в материал Delta:
Q=Q + Q + Qa (3)
**'2. ^внеш ^внутр '
256
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Расчет QeHew ведется по методике Муфтахова А.Ж. для
кольцевых дренажей совершенного и несовершенного типа
по формулам, приведенным в [1].
Расчет Q производится по формуле [1]:
q =w xF (4)
внутр хоз. вод др ' '
где: №хогвод - интенсивность инфильтрации хозяйственных
вод, м/сут;
F - площадь дренируемой поверхности, м2.
Значение QA рассчитывается в соответствии со СНиП
2.04.03-85. Методом предельных интенсивностей определяют-
ся расходы дождевых вод - qcaP л/с с 1 га.
Приток дождевых вод на 1 пог.м дренажа составит:
Qa = 0,00864 , м’/сут. (5)
Л)р
Приведенные зависимости определяют количественные
характеристики работы дренажной системы Delta в режиме
местного дренажа несовершенного типа.
При устройстве пристенного дренажа в сочетании с гори-
зонтальным пластовым (рис. 8) полностью исключается по-
ступление воды в подвальное помещение из внутренней зоны
контура, в том числе и подпор воды на фундаментную плиту
снизу. Эта система обеспечивает надежную работу гидроизо-
ляционной мембраны стен и служит защитой плиты основа-
ния и от капиллярного подсоса влаги, выполняя роль паро-
изоляции. Такое решение, выполняемое при новом строи-
тельстве, исключает возможные просадки здания [28]. При
этом приток воды к горизонтальному пластовому дренажу
Qnwcm определяется по формуле Муфтахова А.Ж., приведен-
ной в [1].
Если в проектном решении не применен элемент пласто-
вого дренажа, то величину остаточного напора в центре за-
щищаемого контура можно определить по формулам [1]. При
257
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 8. Пристенный и горизонтальный пластовый дренаж с применением систем
Delta.
1 - стена из бетонных блоков; 2 - горизонтальная гидроизоляционная мембрана; 3 -
наружная гидроизоляционная мембрана стен; 4 - пластовый дренаж по бетонной под-
готовке, выполненный из полотна Delta MS или Delta MS-20; 5 - пристенный дренаж,
выполненный из полотна Delta-Geo-Drain ТР или Delta-Drain; а - дренажное полотно,
b - фильтрующая мембрана из геотекстиля; 6 - перфорированные дренажные трубы
по периметру сооружения; 7 - засыпка гравием; 8 - грунт обратной засыпки; 9 - про-
филь крепления верхней кромки дренажного полотна; 10 - металлическая сетка; 11 -
теплоизоляция по гидроизоляции цоколя; 12 - поверхность пола.
устройстве системы пластового дренажа остаточный напор в
центре защищаемого контура отсутствует.
Диаметр дренажных труб для данной системы определя-
ется по таблицам с учетом найденных значений Qz и Qnwcm [27].
Высокая водопропускная способность и надежность ра-
боты полотна Delta (в десятки раз превышающая пропуск-
ную способность ранее применявшихся материалов) позволя-
ет при соответствующем подборе элементов системы ограни-
258
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
читься устройством единой контурной трубчатой дрены для
отвода воды, как от пристенного, так и пластового дренажа
без дополнительной системы труб.
Следует также добавить, что, согласно гидравлическим
расчетам дождевых сетей, расчетный расход дождевых вод в
период осенних паводков, затяжных дождей и т.п. для района
Москвы и Московской области составляет в среднем 0,01ч-0,02
л/с с 1 м2. Учитывая высокую скорость фильтрации воды через
полотно Delta (24-10 л/с м), данную водоотводящую конструк-
цию можно рассматривать и как систему ливневой канализа-
ции, не требующую устройства дополнительной дрены.
Такое комплексное решение системы наружного дренажа
любого здания с применением материалов Delta позволит:
• повысить надежность работы гидроизоляционной систе-
мы подземных сооружений;
• уменьшить на 30-40% транспортные расходы на вывоз и
завоз грунта и сократить продолжительность работ в 2 раза
по сравнению с песчано-гравийными отсыпками;
• снизить трудозатраты в 1,5-2 раза по сравнению с уклад-
кой дренажных плит из пористого бетона за счет технологи-
ческой простоты применения и отказа от тяжелых машин и
механизмов;
• применять дренажные системы в условиях действия аг-
рессивных грунтовых вод;
• отказаться от дополнительной системы ливневой кана-
лизации.
3.3. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ТРУБЧАТЫЙ ДРЕНАЖ
Горизонтальный трубчатый дренаж является составной
частью гидроизоляционной системы и выполняет роль водо-
приемного и водоотводящего элемента.
Он представляет собой сочетание дренажных труб, филь-
тров и системы колодцев. Фильтры предназначены для при-
259
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ема воды из дренируемого слоя, не допуская при этом суффо-
зии грунта и заиливания дренажной трубы. Выполняются они
из рыхлых фильтрующих материалов (песка, гравия, щебня,
песчано-гравийных смесей) в виде призм, трапеций, фильтров
прямого сечения или оберток из фильтрующих волокнистых
материалов.
Выбор фильтрующего материала определяют по услови-
ям устойчивости против суффозии и кольматации и устанав-
ливают расчетом [1,5].
Дренажные трубы подбираются и проектируются в соот-
ветствии с требованиями достаточной водопропускной спо-
собности, прочности при воздействии на них давления грун-
та, стойкости к агрессивным грунтовым водам, удобства вы-
полнения и эксплуатации дренажа. Трубы укладывают в
траншеи шириной не менее 0,5 м на песчано-гравийную или
гравийную подготовку. Вокруг труб устраивают фильтры.
Наименьшие допустимые уклоны водоприемных труб в зави-
симости от их диаметра должны находиться в пределах от
0,001 (при d = 500 мм) до 0,007 (d = 150 мм) [22].
Допустимое отклонение от проектного расположения
трубчатого дренажа не должно превышать 500 мм (рис. 9, а).
При укладке дренажных труб допустимое отклонение от оси
трубы по горизонтали составляет не более 50 мм (рис. 9, б),
а по вертикали - не более 20 мм (рис. 9, в).
В качестве дренажных труб применяют керамические, ас-
бестоцементные, бетонные, железобетонные, пластмассовые
трубы, а также трубофильтры из крупнопористого фильтра-
ционного бетона [22, 25].
Керамические трубы укладывают встык с зазорами 1,5ч-2
мм, через которые поступает вода. Недостатком такой конст-
рукции является сложность обеспечения точного размера за-
зора между трубами при укладке; кроме того, существует
опасность увеличения зазора в процессе эксплуатации и по-
следующего заиливания дренажа. В связи с этим в настоящее
время производство керамических труб несколько сокращено.
260
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 9. Допустимые отклонения трубчатого дренажа.
а) вид в плане; б) вид по горизонтали; в) вид по вертикали.
Асбестоцементные дренажные трубы перед укладкой
перфорируют щелевыми (шириной не менее 0,3 см) или круг-
лыми отверстиями (диаметром 0,5-ь 1 см). Соединяют их с по-
мощью асбестоцементных или пластиковых муфт.
Бетонные трубы изготавливают с отверстиями, для чего
при бетонировании в их стенках закладывают деревянные
пробки круглого или прямоугольного сечения размером
2-5-2,5 см. Стыки бетонных труб заделывают цементным рас-
твором. Трубы больших диаметров (500-5-600 мм), предназна-
ченные в основном для дренажных коллекторов, обычно из-
готавливают из железобетона.
Трубофилътры представляют собой трубы из крупнопо-
ристого бетона. Впервые их серийное производство было на-
чато в США в 1925 году. Пористая структура трубофильтров
создается за счет подбора гранулометрического состава за-
полнителей и соответствующего состава вяжущего. В качест-
261
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ве вяжущего для их изготовления используют портландце-
мент, шлакопортландцемент, сульфатостойкий портландце-
мент или глиноземистый цемент на пористых либо плотных
заполнителях. В качестве заполнителей применяют керамзи-
товый гравий, природный гравий или щебеночную крошку
крупностью 2,5ч-5 мм и 5-5-10 мм [1, 3]. Трубофильтры имеют
круглую форму с плоской подошвой и многогранную. Вода в
трубы поступает через пористые стенки, и в некоторых случа-
ях возможно их применение без дополнительных фильтрую-
щих материалов. Диаметр пор стенок трубофильтров в зави-
симости от способа формования составляет от 0,4 до 3,0 мм
[3]. Учитывая низкую коррозионную стойкость цементных
материалов, бетонные, железобетонные, асбестоцементные
трубы возможно применять только в неагрессивных по отно-
шению к бетону грунтах [25].
В настоящее время широкое применение получили дре-
нажные трубы из пластмасс. Это связано с их преимущества-
ми перед ранее применявшимися материалами. В первую оче-
редь следует отметить легкость и удобство при транспорти-
ровке и монтаже, гибкость конструкции, а также высокую
коррозионную стойкость в агрессивных средах.
Трубы изготавливают из полиэтилена низкого давления
(ПЭНД) и поливинилхлорида (ПВХ) с круглыми отверстиями
диаметром до 4 мм и щелевидными - шириной 0,8-5-1,5 мм.
Отверстия в трубах могут быть расположены как по всему
периметру, так и по его отдельной части и выбираются в зави-
симости от условий применения. Отдельные звенья соединяют
между собой специальными пластиковыми муфтами либо
сваркой, что исключает их смещение относительно друг друга
(рис. 10). Использование пластиковых муфт позволяет также
стыковать дренажные трубы разного диаметра, что иногда
бывает необходимо для обеспечения требований проекта.
Поверхность труб может быть гладкой и гофрированной.
Гофрированная поверхность повышает прочность трубы при
сохранении ее гибкости, а также увеличивает водозахватную
262
А.А. Шилин, MB. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
С круглыми отверстиями
ф ' • '
С щелевыми отверстиями
а) Муфты из ПЭНД
б) Сжатые муфты с
уплотняющим
кольцом
в) Стыковая сварка
г) Сварка
токопроводящей
муфтой
д) Винтовое
соединение
Рис. 10. Типы перфораций дренажных пластиковых труб и их соединений.
263
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
площадь дренажных отверстий. Отверстия практически не за-
соряются благодаря защитным фильтрам из гравия или филь-
трующим рубашкам из геотекстиля, кокосового волокна, со-
ломы, торфа, мха и т.п. (рис. 11).
Рис. 11. Варианты фильтрующей рубашки дренажных труб.
а - полипропиленовые или полиэфирные геотекстильные маты; б - торфяная
рубашка; в - соломенная рубашка; г - фильтр из кокосового волокна; д -
комбинированная рубашка из полипропиленовых и кокосовых волокон.
При помощи современных дреноукладочных машин в
день можно проложить до 1500 м дренажных пластиковых
труб. Это в несколько раз больше, чем при укладке бетонных
или керамических труб. Номенклатура дренажных пластико-
вых труб достаточно велика. На российский рынок их постав-
ляют фирмы Германии, Дании, России, Финляндии и др.
Некоторые характеристики труб, применяющихся при ус-
тройстве горизонтальных трубчатых дренажей, представлены
в табл. 6.
Как уже было отмечено ранее, система горизонтального
трубчатого дренажа в соответствии с требованиями норма-
тивной документации [22] должна включать смотровые, пере-
падные и приемные колодцы. Тип, количество и места уста-
новки колодцев назначают в соответствии с планом трассы
трубчатого дренажа, местными условиями и требованиями
соответствующим нормам.
264
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица 6
Технические характеристики дренажных труб
Виды дренажных труб Внутренний диаметр*, мм Допустимая глубина заложения, м Стойкость к агрессивным грунтовым водам
Керамические: дренажные канализационные 150+250 150+300 3,5+3,0 7,5+5,0 стойки
Асбестоцементные 150+300 16+3,0 нестойки
Бетонные 200+300 4,0+3,5 нестойки
Трубофильтры из пористого бетона 150+500 до 5,0 - без обсыпки до 8,0 - с обсыпкой нестойки
Пластиковые: полиэтиленовые поливинилхлоридные 50+250 до 3,0 до 6,0 стойки
3.4. ВНУТРЕННИЙ ПЛАСТИКОВЫЙ ДРЕНАЖ
В ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕНЫХ СООРУЖЕНИЯХ
Разнообразие дренажных материалов Delta, уникаль-
ность их технических характеристик и многофункциональ-
ность при применении позволяют использовать эти материа-
лы, не только в системах наружного дренажа.
К особому типу следует отнести систему внутреннего дре-
нажа помещений зданий и сооружений, расположенных ниже
поверхности земли. Как правило, такие системы устраивают
по стенам и днищу (полу) защищаемого помещения при ре-
монте или реконструкции эксплуатируемого помещения.
Они могут также монтироваться и в процессе возведения но-
вых сооружений. При этом системы внутреннего дренажа вы-
полняют роль дополнительной системы защиты эксплуатиру-
емых помещений от внешних воздействий.
Актуальность разработки таких систем и необходимость
их применения вызваны целым рядом причин. Зачастую толь-
ко подобная система может решить возникшую проблему по
защите и изоляции помещения, обеспечении требуемых усло-
вий эксплуатации.
Совершенно естественно, что в процессе длительной экс-
плуатации любое подземное или заглубленное сооружение
265
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
накапливает повреждения и дефекты различного вида и сте-
пени. Так, отказ или некачественное исполнение наружной
гидроизоляционной мембраны приводят к протечкам воды
внутрь помещения через ограждающие конструкции. Эта же
причина может привести к намоканию элементов ограждаю-
щих конструкций за счет капиллярного подсоса влаги из
грунта. Более тяжелая ситуация для рассматриваемого явле-
ния складывается в том случае, когда в конструкцию поступа-
ет не вода, а другие агрессивные жидкости, например раство-
ры солей, кислот, щелочей или нефтепродуктов. Коррозион-
ные повреждения при таких агрессивных воздействиях на-
много серьезнее, и, соответственно, решение по их устране-
нию и технология ремонта значительно сложнее.
Кроме того, неправильные условия эксплуатации подзем-
ного сооружения, несоблюдение требуемого температурно-
влажностного режима очень часто приводят к образованию
конденсатной влаги на внутренних поверхностях, увлажнению
ограждающих конструкций, появлению плесени и грибков. От-
сутствие или недостаточная эффективность приточно-вытяж-
ной вентиляции лишь усугубляют сложившуюся ситуацию.
В описанных случаях наиболее правильным и рациональ-
ным решением является вскрытие дневной поверхности и вос-
становление или усовершенствование системы наружной гид-
роизоляции. Однако в реальных условиях выполнение ре-
монтно-восстановительных работ снаружи подземного со-
оружения зачастую оказывается технически невозможным.
Очень часто это связано с законченным обустройством окру-
жающей территории, плотной застройкой или другими осо-
бенностями объекта. В таких случаях остается единственная
возможность выполнения ремонтно-восстановительных ра-
бот изнутри помещения.
Устройство гидроизоляционной мембраны по внутрен-
ним поверхностям стен и днища с использованием материа-
лов на минеральной основе в подобной ситуации не всегда
бывает эффективным. Во-первых, гидроизоляционное покры-
266
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
тие будет эксплуатироваться в условиях негативного давле-
ния воды, что при недостаточной адгезии материала к осно-
ванию может привести к отслоению и повреждению покры-
тия. Во-вторых, при коррозионном загрязнении материала
несущих конструкций очень трудно обеспечить требуемое
сцепление материала покрытия и основания.
В-третьих, нанесение на внутреннюю поверхность конст-
рукции гидроизоляционных покрытий может усилить эффект
капиллярного поднятия влаги по элементам конструкции, что
приведет к увлажнению вышерасположенных элементов и по-
мещений. В-четвертых, материалы на минеральной основе со-
здают "жесткую" систему гидроизоляции, которая склонна к
трещинообразованию даже при незначительных деформаци-
ях сооружения. Кроме того, являясь паропроницаемыми, они
часто не обеспечивают требуемой влажности в сооружении.
При обустройстве внутренней гидроизоляционной защи-
ты из рулонных материалов помимо отмеченных трудностей
придется столкнуться с необходимостью выполнения при-
жимной стенки и соответствующего уменьшения полезного
объема помещения.
Как показывает многолетний опыт ремонта и обустрой-
ства подземных и заглубленных помещений в условиях незна-
чительных притоков воды, наилучших результатов и с наи-
меньшими затратами можно достичь, если предусмотреть по
полу и по стенам создание "фальш-стены" с вентилируемыми
за счет естественной конвекции воздушным зазором - внут-
реннего дренажа. Схема подобного технического решения
представлена на рис. 12 [28].
Такая система рекомендуется для защиты внутреннего
эксплуатируемого пространства подземных помещений от
локального проникновения воды, намокания ограждающих
конструкций и т.п.
Конструктивно система внутреннего дренажа выполняет-
ся следующим образом (рис. 13). На внутренней поверхности
стен ограждающих конструкций устанавливаются дренажные
267
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 12. Внутренний дренаж пола и стен здания с применением систем Delta.
1 - кирпичная кладка стен; 2 - железобетонная плита основания; 3 - строительные швы
и возможные трещины в плите основания; 4 - пластовый дренаж по бетонной подго-
товке, выполненный из полотна Delta MS или Delta MS-20; 5 - перфорированные дре-
нажные трубы по периметру стен; 6 - бетон пола с арматурной сеткой; 7 - пластовый
дренаж с внутренней стороны стен, выполненный из полотна Delta РТ; 8 - специаль-
ный профиль по периметру пола и потолка в местах крепления полотна Delta РТ; 9 -
штукатурка стен; 10 - система "Инжекто" по периметру примыкания основания и стен;
11 - специальная обработка поверхности пола; 12 - насос.
полотна выступами к стене и закрепляются с помощью пласт-
массовых дюбелей. Для крепления 1 м2 полотна требуется от
16 до 25 дюбелей, расположенных в шахматном порядке с ша-
гом 250-е-ЗОО мм. В зависимости от типа отделочных покрытий
могут быть реализованы два варианта. Первый вариант - ис-
пользование дренажного полотна Delta MS в сочетании с
оцинкованной штукатурной сеткой; второй вариант - уста-
268
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Примечание: Элементы конструкции показаны условно.
Рис. 13. Сечение конструкции системы внутреннего дренажа.
1 - стеновые блоки; 2 - перекрытие; 3 - дренажное полотно Dorken Delta MS;
4 - штукатурное покрытие по сетке; 5 - пластмассовый дюбель Delta MS Dubel;
6 - дренажное полотно Dorken Delta MS-20; 7 - заливка бетоном; 8 - плита основания.
новка дренажного полотна Delta РТ с наваренной полимер-
ной сеткой. В дальнейшем при реализации первого варианта
может быть выполнено любое отделочное покрытие, вплоть
до монтажа керамической плитки. Реализация второго вари-
анта подразумевает "облегченное" отделочное покрытие.
269
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
По периметру помещения вдоль стен, в местах сопряжения
"стена-перекрытие" и "стена- пол" устанавливают зазорооб-
разующие элементы - профиль Delta-PT-Profil (рис. 14). По-
верх дренажного полотна, по сетке, выполняют штукатурный
слой с последующей отделкой.
Конструкция дренируемого пола практически аналогич-
на описанной (рис. 13), однако имеет ряд отличий.
Так, основанием для укладки дренажного полотна служит
выравнивающая стяжка с разуклонкой. Минимальная величи-
на уклонов составляет 0,003. Схема разуклонки напрямую за-
висит от планировки защищаемого помещения и может иметь
различные варианты. Один вариант предполагает обустройст-
во сборных лотков или применение дренажных труб малого
диаметра для последующего отвода воды в приямок. Согласно
другому варианту, сброс воды осуществляется непосредствен-
но в приямок за счет соответственно выполненной разуклонки.
Каждый из этих вариантов обладает своими особенностями и
подбирается в соответствии с конкретными условиями.
Дренажное полотно выбирается в соответствии с величи-
ной ожидаемого водопритока. При малых и умеренных водо-
притоках для этих целей можно использовать полотно Delta
MS с пропускной способностью 5 л/с м. В случае более высо-
ких водопритоков рекомендуется дренажное полотно Delta
MS-20 с водопропускной способностью 10 л/с м.
Поверх дренажного полотна укладывают слой армиро-
ванного бетона минимальной толщиной 50^-70 мм. Располо-
женное под слоем бетона дренажное полотно служит надеж-
ной пароизоляцией, что позволяет выполнять покрытие пола
любого вида.
Узел сопряжения дренажных полотен, смонтированных
по стене и установленных в днище, представлен на рис. 14.
Заключительное оформление "продыхов" дренажного по-
лотна по верхнему периметру - примыкание стены к перекры-
тию - может быть выполнено установкой декоративного перфо-
рированного профиля или монтажом подвесного потолка. Ме-
270
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Узел 1. Примыкание стены к перекрытию.
Узел 2. Примыкание пола к стене.
Примечание: размер обеспечить вкладышем или профилем Delta-PT-Profil.
Рис. 14. Узловые элементы системы внутреннего дренажа.
1 - стеновые блоки; 2 - плита перекрытия; 3 - дренажное полотно Dorken Delta MS;
4 - штукатурное покрытие по сетке; 5 - оцинкованная сетка 50x50, диам. 2 мм;
6 - пластмассовый дюбель (- 16 шт/кв.м.); 7 - дренажное полотно Dorken Delta MS-20;
8 - бетонный раствор; 9 - армирующая сетка; 10 - плита основания.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
сто примыкания стены к полу обустраивается декоративным
перфорированным профилем (плинтусом). Следует добавить,
что элементы декоративного оформления крепятся только к по-
лу и только к перекрытию, не затрагивая конструкций стен.
Сбор воды из выполненной системы внутреннего дренажа
осуществляется, как правило, в специально оборудованном
приямке. Место расположения приямка подбирается в соот-
ветствии с планировкой защищаемого помещения. Габарит-
ные размеры приямка определяются в зависимости от ожида-
емого водопритока. Дренируемая вода может поступать в
приямок по дренажному лотку, через дренажную трубу или
непосредственно через воздушный зазор днища, сформиро-
ванный дренажным полотном.
Для удаления воды из приямка устанавливают дренаж-
ный насос с поплавком, который перекачивает воду в систему
канализации.
Таким образом, на основании накопленного положитель-
ного опыта применения полотна Delta в системе внутреннего
дренажа можно отметить следующие преимущества:
• сохранение естественных сложившихся гидрогеологиче-
ских условий в окружающем грунтовом массиве;
• исключение возможной деформации сооружения;
• обеспечение надежной защиты эксплуатируемого поме-
щения от попадания влаги и других агрессивных жидкостей
через стены и пол здания;
• создание дополнительной системы естественной венти-
ляции и обеспечение нормального тепло-влажностного режи-
ма эксплуатации здания;
• исключение возможности образования конденсата на
стенах и в углах подземного помещения;
• защита подземного помещения при возможных аварий-
ных протечках через ограждающие конструкции без специ-
альных работ;
• сохранение внутренних стен помещений сухими в про-
цессе всего периода эксплуатации здания.
272
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
3.5. КОНСТРУКЦИИ МЕСТНЫХ ДРЕНАЖНЫХ СЕТЕЙ
Для защиты подземных и заглубленных сооружений про-
ектируют контурные кольцевые и прифундаментные дрена-
жи, сочетая в ряде случаев с пластовыми дренажами. Укладка
дренажной сети и выбор ее системы зависят от топографиче-
ских и гидрогеологических условий участка.
При небольшой глубине расположения водоупора для за-
щиты заглубленных частей зданий дренажную сеть проклады-
вают по контуру здания с наружной стороны в виде кольца.
В случае значительных уклонов поверхности земли дре-
наж можно укладывать с одной стороны здания (рис. 15, а).
Односторонний дренаж для перехвата грунтового потока не
требует откопки сплошных траншей вокруг всего здания, а
поэтому не препятствует производству строительных работ
на площадке.
При небольших уклонах поверхности земли либо при не-
ровной кровле водонепроницаемого пласта, имеющего раз-
ные отметки залегания, следует проектировать дренажную
сеть'с кольцевым охватом осушаемых сооружений (рис. 15, б).
В этом случае дренаж перехватывает любые воды, поступаю-
щие "сбоку", и отводит их от сооружения.
При устройстве дренажа зданий, имеющих большие габа-
риты в плане, а также при значительных притоках воды в дре-
нажную систему устраивают ряд промежуточных внутренних
дренажных линий, укладываемых параллельно одной из сто-
рон здания. Расстояния между дренами определяются гидрав-
лическими расчетами (рис. 15, в).
При расположении водоупорного слоя на больших глуби-
нах (8-е-10 м от поверхности земли) и при наличии под подзем-
ным сооружением мощного водоносного пласта, а также в
слабопроницаемых (с Кф не более 5 м/сут) или слоистых грун-
тах устройство только пристенного дренажа не дает должно-
го эффекта. В этих случаях следует наряду с пристенным уст-
раивать пластовый горизонтальный дренаж, представляю-
273
274
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при cmpt
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
щий собой фильтрующую постель, укладываемую на основа-
ние защищаемого сооружения и гидравлически связанную
(фильтрующим материалом или трубами) с трубчатой дре-
ной, уложенной с наружной стороны стен фундаментов на
расстоянии 0,64-0,8 м от наружной плоскости защищаемого
сооружения. Пластовый горизонтальный дренаж отбирает
гравитационную воду из окружающих грунтов и с внешних
контуров, а также предотвращает капиллярный подсос воды
к защищаемому сооружению [3]. Уклоны пластового дренажа
принимают не менее 0,005 и задают в сторону прифундамент-
ного трубчатого дренажа. Ширина пластового дренажа в од-
ну сторону до трубчатой дрены не должна превышать 30 м,
при этом дну котлована необходимо придавать уклон в сто-
рону дрены не менее 0,01 (рис. 16).
При устройстве внутреннего дренажа (см. предыдущий
раздел) как единственной водоотводящей системы, например,
при ремонте или реконструкции сооружения, когда восста-
новление наружного дренажа технически неосуществимо,
дрену укладывают по внутреннему периметру подземного со-
оружения (рис. 17).
3.5.1. Сброс воды в дренажную систему
При самотечной системе отвод дренажных вод можно
осуществлять в открытые водоприемники, в существующую
ливневую сеть или в бытовую канализацию. К открытым во-
доприемникам, служащим для приема воды из дренажной си-
стемы в городских условиях, относятся реки и каналы, озера,
пруды, искусственные водохранилища и овраги. При исполь-
зовании естественных водоприемников необходимо иметь
данные об их уровне не менее чем за 1 год.
Выпуск дренажных вод в водный объект (реку, канал, озе-
ро) следует располагать в плане под острым углом к направле-
нию течения потока, а его устьевую часть снабжать бетонным
оголовком или укреплять каменной кладкой или наброской
275
a)
276
Рис. 16. Варианты устройства пластового дренажа.
а) односторонний дренаж; б) кольцевой дренаж; в) кольцевой дренаж с внутренними трубчатыми дренами.
1 - пластовый дренаж; 2 - трубчатые дрены; 3 - сброс в водосток; 4 - смотровые колодцы.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 17. Системы водоотведения для внутреннего дренажа.
1 - трубчатая дрена; 2 - водоприемное устройство; 3 - водоприемник; 4 - дренажные
трубы; 5 - стена; 6 - сточная труба; 7 - бетонный пол.
[25] . Устье трубы должно иметь обратный клапан, закрываю-
щийся при повышении уровня воды в водоприемнике выше дна
трубы. Конец устья выходной трубы необходимо накрывать
металлической сеткой. Дренажные устья обычно изготавлива-
ют из бетона, керамики или ПВХ, длиной не менее 1 м [30].
277
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Сброс дренажных вод в бытовую канализацию допуска-
ется в ограниченном количестве и лимитируется ее общим
расходом. Если канализация выбирается в качестве водопри-
емника, то для проектирования в нее сброса необходим про-
дольный профиль той части ее труб, в которую предполагает-
ся сброс дренажных вод.
Сброс дренажных вод в городские ливневые водостоки
допускается, если их пропускная способность определена с
учетом дополнительных расходов воды, поступающей из дре-
нажной системы. Для проектирования сброса в городской
ливневый водосток необходимо иметь отметки лотка и верха
трубы на протяжении осушаемого участка, сечение водосточ-
ной трубы, ее конструкцию и данные о максимальном расхо-
де данного водостока.
При принудительном сбросе воды необходимо устройст-
во водосборных резервуаров (колодцев) с насосными станци-
ями перекачки. Такой способ отведения воды целесообразен
в том случае, когда рельеф защищаемой территории имеет бо-
лее низкие отметки, чем уровень воды в ближайшем водном
объекте, куда должен отводиться поверхностный сток с защи-
щаемой территории [25].
Вода из пластового дренажа отводится трубчатой дреной
и водостоками к месту сброса или перекачным насосным
станциям.
При внутреннем дренировании помещения удаление воды
из водоприемного устройства осуществляется с помощью на-
сосов, которые перекачивают воду в систему канализации
иди другую водоотводящую систему (рис. 17,6).
3.5.2. Смотровые колодцы
При проектировании дренажных систем необходимо пре-
дусматривать устройство смотровых колодцев, которые поз-
воляют периодически проверять работу дренажной сети, а
также в случае засорения производить ее очистку.
278
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Согласно СНиП 2.06.15-85, дренажные колодцы необхо-
димо устраивать не реже чем через 50 м на прямолинейных
участках дренажа, а также в местах поворотов, пересечений и
изменения уклонов дренажных труб.
При устройстве дренажа в крупнозернистых породах,
когда нет опасения в засорении и заиливании дренажной сис-
темы, устраивается обыкновенный смотровой колодец (рис.
18,а). В илистых и мелкозернистых грунтах, которые могут
загрязнять дренаж, смотровые колодцы делают с отстойни-
ком глубиной не менее 0,5 м (рис. 18,6). При больших уклонах
местности и необходимости перехода дренажной линии с по-
вышенной отметки к пониженной делаются смотровые ко-
лодцы с перепадом (рис. 18,в).
Как правило, смотровые колодцы выполняют из железо-
бетонных колец с внутренним диаметром не менее 500 мм и
бетонированными днищами. В последние годы начали приме-
няться пластиковые колодцы с внутренним диаметром
350-ь400 мм. К преимуществам таких колодцев следует отнес-
ти стойкость к воздействию агрессивных вод, простоту мон-
тажа. Один из вариантов таких колодцев приведен на рис. 19.
3.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Дренажные системы являются неотъемлемой составной
частью гидроизоляционной защиты зданий и сооружений.
Устройство дренажей позволяет искусственно понижать уро-
вень грунтовых вод и отводить подземные и поверхностные
воды от зданий и сооружений. Это способствует предотвра-
щению подтопления заглубленных и подземных сооружений,
обеспечивает нормальный режим их эксплуатации, увеличи-
вает долговечность сооружения в целом.
В песчаных и супесчаных грунтах для отвода воды в водо-
приемные устройства достаточно применять линейные дрены
трубчатого типа.
279
а) б)
в)
280
Рис. 18. Смотровые колодцы.
а) обыкновенный смотровой колодец; б) смотровой колодец с отстойником; в) смотровой колодец с перепадом.
1 - бетон; 2 - дрена.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 19. Смотровой колодец из ПЭНД немецкой фирмы FRANKISCHE.
1 - чугунная крышка; 2 - чугунное кольцо диам. 470 мм; 3 - бетонное кольцо STRABU
диам. 630 мм; 4 - удлинитель смотрового колодца STRABU;5 - профильное уплотни-
тельное кольцо; 6 - смотровой колодец STRABU-Control; 7 - заглушка смотрового ко-
лодца; 8 - выпускное отверстие диам. 250 мм; 9 - переходник со смотрового колодца
(диам. 250 мм диам. 200 мм).
Пристенный пластовый дренаж в сочетании с горизон-
тальным трубчатым дренажом применяют при необходимос-
ти защиты от подтопления подземными водами заглубленных
и подземных сооружений, располагаемых в суглинистых и
глинистых грунтах.
Пластовые горизонтальные дрены применяют для защиты
зданий и сооружений при наличии под ними мощного водо-
носного пласта. Особенно эффективно их использование в сла-
бопроницаемых и слоистых грунтах, где линейные трубчатые
дрены не дают должного эффекта. Кроме того, устройство пла-
стовых дренажей позволяет предохранять конструкции не
только от гравитационной, но также и от капиллярной влаги.
281
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Анализ существующих в настоящее время дренажных си-
стем позволяет сделать вывод о том, что самую надежную за-
щиту зданий и сооружений обеспечивает устройство пристен-
ного и горизонтального пластового дренажа с использовани-
ем геокомпозитов в сочетании с трубчатым дренажом. Гео-
композиты различных конструкций возможно применять
при любом типе грунта и глубине заложения сооружения до
15-20 м, а также в условиях воздействия агрессивных грунто-
вых вод.
Кроме того, геокомпозиты весьма эффективны при уст-
ройстве внутреннего дренажа зданий. Это исключает возмож-
ность образования конденсата на стенах и в углах помещения,
обеспечивает надежную защиту эксплуатируемого сооруже-
ния от попадания влаги и сохраняет внутренние конструкции
сухими в процессе всего периода эксплуатации объекта.
3.7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и
городском строительстве. Изд-е 3-е, перераб. и доп.- М.:
Стройиздат, 1973. - 280 с.
2. Абрамов С.К. Пластовые дренажи в подземном и го-
родском строительстве. - М.: Стройиздат, 1964. - 280 с.
3. Абрамов С.К., Дегтярев Б.М., Коринченко И.В. Гори-
зонтальные дренажи с трубофильтрами из пористого бетона.
- М.: Стройиздат, 1976. - 80 с.
4. Батероу К. Геосинтетические строительные материалы:
основы, выпускаемые типы материалов, возможности их при-
менения// Строительные материалы XXI века. - М., 1999, №1.
-С.12.
282
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
5. Дегтярев Б.М. Дренаж в промышленном и граждан-
ском строительстве. - М.: Стройиздат, 1990. - 238 с.
6. Дренажи в инженерной подготовке и благоустройстве
территории застройки: Учебное пособие/ Клиорина Г.И. - М.:
Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2002. - 144 с.
7. Инструкция по использованию геотекстилей и геосеток
в дорожном строительстве/ Научно-исследовательское обще-
ство дорожного и транспортного строительства. - AKZO
NOBEL, 1994. - 90 с.
8. Ландер А.Ф. Плиты для пристенных и пластовых дре-
нажей// В реф. сб.: Передовой опыт в строительстве Москвы,
1983, вып.5.-С. 11.
9. Ляпидевская О.Б. Теплоизоляционно-водоперехватный
материал для подземного строительства: Дисс...канд. техн,
наук. - М., 1988. - 196 с.
10. Мелиоративные системы и сооружения. Нормы проек-
тирования. ВСН 33-2.2.03 - 86 Минводхоза СССР. - М., 1987.
- 115с.
11. Осипов А.Д., Ронкин. И.С. и др. Дренажи и фильтры
из пористого бетона. - М.: Энергия, 1972, вып. 27. - 110 с.
12. Основания, фундаменты и подземные сооружения.
Справочник проектировщика /под ред. Сорочан Е.А. - М.:
Стройиздат, 1985. - 497 с.
13. ОСТ 33-10-73. Фильтры дренажные из искусственных
волокнистых материалов. Технические требования. М.: Мин-
водхоз СССР, 1973.
283
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
14. Пивовар Н.Г. и др. Дренаж с волокнистыми фильтра-
ми. - Киев: Наукова думка, 1980. - 214 с.
15. Подтопление территорий грунтовыми водами при
строительстве и их инженерная защита// Труды ВИНИТИ. -
М., 1982, т.8. - 110 с.
16. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунто-
вых вод. - М.: Наука, 1977. - 662 с.
17. Пособие по проектированию сооружений для забора
подземных вод (к СНиП 2.04.-2 - 84)/ ВНИИ ВОДГЕО Гос-
строя СССР. - М.: Стройиздат, 1989. - 272 с.
18. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на
застраиваемых и застроенных территориях. - М.: Стройиздат,
1991.-272 с.
19. Рекомендации по применению защитно-фильтрующих
материалов в дренаже/ ВНИИ по применению полимерных
материалов в мелиорации и водном хозяйстве. - Елгава, 1977.
-38 с.
20. Синтетические текстильные материалы в транспорт-
ном строительстве/ под ред. Казарновского В.Д. - М.: Транс-
порт, 1984.-159 с.
21. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений/
Госстрой СССР. - М., 1995.
22. СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и
сооружения/ Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 128 с.
23. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и со-
оружения/ Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2001. - 72 с.
284
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
24. СНиП 2.06.14-85. Защита горных выработок от под-
земных вод/ Гос. комитет СССР по делам строительства, М.,
1985.-40 с.
25. СНиП 2.06.15 -85. Инженерная защита территории от
затопления и подтопления/ Госстрой России. - М.: ГУП
ЦПП, 2000. - 20 с.
26. Тайпар - материал для укрепления оснований под мо-
щеные покрытия и эффективного дренажа// Технический тек-
стиль. - М., 2002, №3. - С. 14.
27. Шевелев Ф.С., Шевелев С.Ф. Таблицы для гидравли-
ческого расчета водопроводных труб. - М., 1984.
28. Шилин А.А., Зайцев М.В. Система пластового дрена-
жа при стоительстве заглубленных частей зданий и сооруже-
ний в г. Москве// Подземное пространство мира. - М., 1998.,
№1 - С. 20-26.
29. Шрейдер В.А. Современные материалы для фильтров
закрытого горизонтального дренажа, применяемые за рубе-
жом: Обзорная информация. - М, 1981. - 72 с.
30. Эггельсманн Р. Руководство по дренажу/ Пер. с нем.
В.Н.Горинского. - М.: Колос, 1978. - 255 с.
31. Geotextiles.//NCE International, September 1982. - рр. 18
-26.
32. Harrison В. Filter criteria for subsurface drainage.// Civil
Engineering, 1981, № 4 . - pp. 22 - 26.
33. Hoare D.J. Geotextiles as filters.// Ground Engineering,
1984, v. 17, № 2. - pp. 29 - 44.
285
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО
ДЕФОРМАЦИОННЫХ ШВОВ СООРУЖЕНИЙ
4.1. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ПРИЧИН НА
ДЕФОРМАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Для оценки величины деформаций в сооружении прежде
всего необходимо рассмотреть основные причины их возник-
новения. Это относится и к подземным сооружениям, кото-
рые подвержены значительным нагрузкам от горных пород,
грунтов, воды и пр.
Общеизвестно, что основными причинами проявления де-
формаций в сооружении являются нагрузки и воздействия
(далее по тексту "нагрузки"), классификация которых подроб-
но изложена в нормативных документах - СНиП 2.01.07-85*
"Нагрузки и воздействия" [10].
Согласно классификации СНиП, основным критерием
подразделения нагрузок является продолжительность их дейст-
вия, в соответствии с которой различают постоянные и времен-
ные, в т.ч. длительные, кратковременные и особые нагрузки.
На наш взгляд, в дополнение к существующей классифи-
кации следует ввести еще один уточняющий критерий - крат-
ность действия нагрузок. Тогда все виды нагрузок можно
подразделить на две условные группы - нагрузки однократно-
го действия и нагрузки многократного, циклического дейст-
вия. Такая классификация применительно к конструктивным
решениям по обустройству деформационных швов имеет ряд
преимуществ:
• исходные параметры деформационного шва определя-
ются по величине и сочетанию однократных нагрузок;
• эксплуатационные параметры деформационного шва
подбираются в зависимости от интенсивности воздействия на
элементы конструкции многократных нагрузок; при этом сле-
дует учитывать возможность необратимых изменений в кон-
струкциях от однократных нагрузок.
286
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Однократные нагрузки воздействуют на сооружение
только единожды, в определенный период времени, иногда
весьма продолжительный. Многократные нагрузки непре-
рывно повторяются, причем интенсивность их действия и ин-
тервалы между ними могут изменяться.
По предлагаемой классификации к однократным нагруз-
кам, вызывающим однократные деформации, следует отнести:
• равномерную осадку сооружения в целом;
• неравномерную осадку элементов или отдельных частей
сооружения;
• усадку, вызванную процессами схватывания, твердения
и вызревания бетона;
• пластические деформации (например, прогиб конструк-
ций, изгиб стоек и т.п.), вызванные статическими воздействи-
ями;
• ползучесть в элементах сооружения, являющуюся след-
ствием длительных статических воздействий.
К многократным нагрузкам, которые приводят к возник-
новению циклических деформаций, можно отнести:
• динамические воздействия;
• набухание или высыхание материалов при изменении их
влажности;
• химические взаимодействия материала конструкции и
агрессивных сред, которые также можно отнести и к одно-
кратным причинам;
• изменения объема конструкции от колебаний температу-
ры окружающей среды.
Прежде чем перейти к детальному анализу воздействий
указанных причин на деформации сооружений и их влияние
на разрабатываемое конструктивное решение деформацион-
ных швов, следует учитывать, что при наличии различных со-
четаний воздействий и особенностей конструкций проводи-
мый анализ не может быть исчерпывающим.
В работе рассматриваются только те нагрузки и воздейст-
вия, а также их сочетания, которые следует учитывать при
287
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
разработке конструкций деформационных швов (кроме швов
мостовых сооружений).
Основное внимание следует уделять анализу причин объ-
емных деформаций сооружения, таким как:
• усадка бетона;
• изменение относительной влажности воздуха;
• химические взаимодействия, происходящие в бетоне кон-
струкций;
• колебания температуры окружающей среды;
• явление ползучести бетона.
4.1.1. Влияние усадки бетона
Одной из основных причин, вызывающих деформации
конструкции, которые не зависят от нагрузки на сооружение,
является усадка бетона - способность бетона к изменению
объема в процессе твердения, приводящая к возникновению
внутренних напряжений.
Усадка бетона - комплексное явление; существуют не од-
на, а как минимум четыре разновидности усадки [1] - пласти-
ческая, гидратационная, гидравлическая, термическая. Ино-
гда к этим разновидностям еще добавляют усадку от карбо-
низации бетона [2].
Условно деформацию усадки бетона можно разделить на:
деформацию после укладки бетонной смеси под воздействием
физических процессов (пластическая или первоначальная
усадка) и деформацию бетона под воздействием физико-хи-
мических процессов (гидратационная, гидравлическая и тер-
мическая усадки).
Пластическая или первоначальная усадка наблюдается в
бетонной смеси после ее укладки (до начала схватывания). В
течение этого периода вода затворения еще химически не свя-
зана с составляющими цемента, и в этой связи могут наблю-
даться два физических процесса - испарение воды с открытой
поверхности и седиментационное осаждение твердых частиц
288
А. А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
смеси с постепенным уплотнением. Этот вид усадки достаточ-
но хорошо изучен.
Величина пластической усадки зависит от состава бетон-
ной смеси, свойств использованных материалов и внешних
условий. Так, например, применение жестких бетонных сме-
сей с низким водоцементным отношением, использование во-
доудерживающих добавок, значительное содержание крупно-
го заполнителя, высокий процент армирования, защита по-
верхности от испарения воды могут уменьшить конечную ве-
личину пластической усадки.
Гидратационная усадка или усадка при внутреннем обез-
воживании бетона вызывается тем, что объем образовавших-
ся гидратов цементного теста меньше объема безводных ве-
ществ и воды. Иногда этот вид усадки называют контракци-
онной деформацией или контракцией.
Этот вид усадки развивается в период интенсивного про-
текания химических реакций между цементом и водой и не
столько изменяет внешние размеры изделия, сколько способ-
ствует изменениям поровой структуры материала, приводя к
образованию воздушных пор и уменьшению объема пор, за-
нимаемых водой.
Гидравлическая усадка, или, как ее еще называют, влажно-
стная усадка, проявляется после схватывания бетона и вызы-
вается испарением влаги и ее перераспределением в скелете
цементного камня. Гидравлическая усадка проявляется го-
раздо медленнее, чем пластическая, а ее величина значитель-
но меньше. Эта разновидность усадки зависит от продолжи-
тельности и условий выдерживания бетона, вида составляю-
щих бетонной смеси, их расхода, гранулометрии инертных за-
полнителей, формы конструкции, процента армирования.
Термическая усадка происходит в раннем возрасте и вы-
зывается понижением температуры бетона, когда вслед за его
разогревом в результате экзотермии при гидратации цемента
следует охлаждение, а также в результате воздействия темпе-
ратуры окружающей среды, колебания которой могут быть
289
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
значительными. Обе эти причины часто сочетаются. Эту раз-
новидность усадки зачастую игнорируют, и деформации бе-
тона, обусловленные ею, объясняют другими причинами. В
целом термическая усадка, когда она складывается с усадкой
гидравлической, превышает значение теплового расширения
бетона.
Прогнозирование усадки. Усадку нельзя ликвидировать
полностью, но ее можно ограничить и/или оценить с той или
иной достоверностью. Какова же величина окончательной
усадки, как она изменяется во времени и каким образом ее
можно вычислить?
Известно несколько достаточно простых способов опре-
деления величины усадки бетона. Так, в работе [3] приводит-
ся аналитический способ оценки относительной усадки бето-
на в возрасте 7 суток е (7) и окончательной относительной
усадки е (<*>).
Значение относительной усадки бетона £ (7) (при извест-
ных характеристиках состава бетонной смеси), твердеющего
во влажных условиях в течение ta< 7 сут., определяют по фор-
муле:
£ (7) = ky(B+v)1/2
(1)*
где: ку - безразмерный коэффициент, принимаемый равным
0,14-104* для тяжелых и 0,16-10-6 для мелкозернистых бетонов;
В и v - удельное (по объему) количество воды затворения
и содержание вовлеченного воздуха в уплотненной бетонной
смеси, л/м3.
*)Прнмечанне. Здесь и далее по тексту в основном использованы термины и опре-
деления, а также условные обозначения показателей, нормируемые ГОСТ 4.250-79
"Строительство. Бетонные и железобетонные изделия и конструкции. Номенклатура по-
казателей" [7], ГОСТ 4.212-80 "Бетоны. Номенклатура показателей" [8], СН528-80 "Пере-
чень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве [17], а также
приводимые в Физическом энциклопедическом словаре, т.т. I-V [9], ряде другой норма-
тивной и справочной литературе.
290
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Количество вовлеченного воздуха в бетонной смеси (у) в
формуле (1) принимают: для бетонов с воздухововлекающи-
ми добавками - по фактическим данным, а при отсутствии та-
ких данных равным 30 л/м3; для бетонов с пластифицирующи-
ми добавками, включая добавки суперпластификаторов, рав-
ным 10 л/м3.
Значения £ (7) для бетонов на крупном заполнителе при
отсутствии данных о характеристиках состава бетонной сме-
си принимают по табл. 1.
Таблица 1
Подвижность бетонной смеси Значение Еу (7)-106, для бетона класса
Осадка конуса, см Жесткость, с В5 - В20 В25 - В60
- 80-60 - 270
- 35-30 230 300
1 -2 15-10 290 330
5-6 - 350 400
9-10 - 380 430
Для бетонов, подвергнутых тепловлажностной обработ-
ке, значения £ (7), вычисленные по формуле (1) или принятые
по данной таблице, следует умножить на коэффициент, рав-
ный 0,9.
Например, из данных таблицы 1 следует, что для бетона
класса более В25 с осадкой конуса 5-6 см значение £ (7) со-
ставляет 400-1О'6, что соответствует величине относительной
деформации усадки бетона 0,0004 м/м или 0,4 мм/м. Таким об-
разом, бетонная конструкция длиной 1 м через 7 суток умень-
шится на 0,4 мм; длиной 10 м - на 4 мм, длиной 100 м - на 40
мм и т.д.
Предельные значения относительных деформаций усадки
бетона (окончательную деформацию усадки) £ (со), использу-
емые в расчетах, вычисляют по формуле:
(2)
291
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
где: - коэффициенты, принимаемые по таблицам 2, 3 и 4.
Модуль открытой поверхности элемента M=F/V, где: F -
площадь поверхности элемента, открытой для испарения вла-
ги, м2; V - объем элемента, м3. Для стержневых элементов мо-
дуль открытой поверхности допускается вычислять по фор-
муле М-Р/А, где Р - периметр поперечного сечения, соответ-
ствующий указанной открытой поверхности, м; А - площадь
поперечного сечения элемента, м2.
Относительную влажность среды принимают согласно за-
данию на проектирование, при отсутствии этих требований -
по отраслевым ТУ. Для конструкций, эксплуатируемых на от-
крытом воздухе, ее устанавливают в зависимости от климати-
ческого района расположения сооружения, согласно СНиП
23-01-99 [11], как среднюю относительную влажность воздуха
наиболее жаркого месяца.
Для ТУ климатического района, согласно СНиП 23-01-99,
относительную влажность воздуха рекомендуется устанавли-
вать как среднемесячную влажность, соответствующую време-
ни загружения (начала высыхания) элементов конструкции.
Для элементов типовых конструкций, климатический
район эксплуатации для которых не известен, допускается
принимать коэффициент равным 1.
Таблица 2
Возраст бетона L, сут. в момент окончания влажного хранения 7и менее 28 60 90 180 360 и более
1,0 0,95 0,93 0,92 0,91 0,9
Таблица 3
Модуль открытой поверхности элемента Мо м-1 0 5 10 20 40 60 80 и более
& 0,22 0,54 0,66 0,92 1,10 1,18 1,22
Таблица 4
Относительная влажность среды, сое, % 40 и менее 50 60 70 80 90 100
1,14 1,08 1,00 0,91 0,79 0,63 0
292
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
При необходимости можно оценить относительную де-
формацию усадки на момент времени t по формуле:
e(t)=e(«)[l-e-“'<H*’] (3)
где: £ (°о) - предельное значение относительной деформации
усадки с момента начала твердения бетона, определяемое по
формуле (2);
а - параметр, характеризующий скорость нарастания де-
формаций усадки во времени; принимается в зависимости от
модуля открытой поверхности Мо элемента конструкции по
табл. 5.
Таблица 5
Модуль открытой поверхности, Мо, м‘1 10 и менее 20 40 60 80 и более
Значение параметра av, сут.’1 0,004 0,008 0,016 0,025 0,033
Значения параметра а увеличивают на 30%, если усадка
начинается в летнее время года (июль), и уменьшают на 50%
при начале усадки в зимнее время года (январь); в промежу-
точных случаях применяют линейную интерполяцию.
Весьма простой, графоаналитический метод оценки влия-
ния различных факторов на относительную деформацию
усадки бетона изложен в работе [2].
Предельное значение относительной деформации усадки
данного бетона г можно определить из выражения:
(4)
где: Е (оо) - предельное значение деформаций усадки бетона из
смеси определенного состава в заданных исходных условиях;
- безразмерные коэффициенты, учитывающие относи-
тельное влияние: водоцементного отношения {В/Ц), содержа-
ния цементного теста (ЦТ, %), приведенных размеров образ-
ца г, см (г = А/P, где А и Р - соответственно площадь (см2) и
293
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
периметр (см) поперечного сечения) и относительной влажно-
сти воздуха ш, %.
Значения безразмерных поправочных коэффициентов £
для обычного тяжелого бетона в выражении (4) принимают
по данным рис. 1. Их изменение позволяет ориентировочно
оценить влияние различных факторов на усадку бетона.
Для определения фактического значения предельной от-
носительной деформации усадки данного бетона предлагает-
ся предварительно определить величину е (<*>). При определе-
нии е (оо) принимают В/Ц = 0,5; ЦТ = 20%; г = 2,5 см; а) = 70%.
В исходном выражении (4) отсутствует коэффициент, учиты-
вающий влияние возраста бетона к моменту начала протека-
ния усадки, поскольку продолжительность начального твер-
дения бетона во влажных условиях мало отражается на пре-
дельной усадке бетона.
К недостаткам этого метода следует отнести то, что он
позволяет проводить только сравнительную оценку возмож-
ных значений предельной относительной деформации усадки
бетона, при этом определение фактических значений требует
дополнительных исследований. Кроме того, нельзя прогнози-
ровать изменение усадки бетона во времени.
Аналогичный, графоаналитический метод прогнозирова-
ния величины усадки бетона, лишенный указанных недостат-
ков, представлен в работе [1].
Следует добавить, что это один из немногих примеров, в
которых учитываются не только характеристики используе-
мых составов бетона, условия их применения, изменение
усадки во времени, но и степень армирования бетонной кон-
струкции.
В этом случае предельную относительную усадку можно
рассчитать по формулам:
для неармированного бетона:
£(~) = fc -к -к (5)
у' 7 у1 у2 уЗ v 7
294
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 1. Значения безразмерных поправочных коэффициентов $ при определении
усадки бетона.
£, - коэффициент, учитывающий водоцементное соотношение бетона;
с 2 - коэффициент, учитывающий содержание цементного теста;
с,} - коэффициент, учитывающий приведенный размер образца;
£ - коэффициент, учитывающий относительную влажность воздуха;
В/Ц - водоцементное отношение;
ЦТ- содержание цементного теста;
г - приведенный размер образца;
<ог - относительная влажность воздуха.
295
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
для железобетона:
е(оо) = А: • к -к Д1-10Д) (6)
> х ' у1 у2 уЗ v o' ' '
где: £ (©о) - предельная относительная усадка;
ку1 - коэффициент, учитывающий климатические условия
(зависит от влажности воздуха, щ, %);
ку2 - коэффициент, учитывающий форму конструкции (за-
висит от т);
А
т„ =----;
° Р/2
А - площадь поперечного сечения;
Р/2 - половина периметра;
К 3 - коэффициент, учитывающий расход воды и цемента
(В/Ц);
До - процент конструктивного армирования.
Значения этих коэффициентов приведены на рис. 2.
Усадку на конкретный момент времени можно опреде-
лить, используя вероятностный коэффициент Р:
значения которого приведены на рис. 3. Однако, как отмечают
авторы [1], этот график все же не характеризует картину полно-
стью, так как скорость усадки зависит от размеров конструкции.
В этой же работе [1] приводятся нормируемые значения,
согласно которым окончательную относительную величину
усадки бетона можно принимать равной 150 мкм/м для влаж-
ных районов, 200 мкм/м для районов умеренного климата,
300 мкм/м для районов сухого и жаркого климата и 400 мкм/м
для районов очень сухого и жаркого климата.
Достаточно простой способ определения предельной от-
носительной деформации усадки железобетона во времени
предложен в работе [4].
296
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 2. Значения поправочных коэффициентов при расчете усадки.
Ку1 (м/м) - коэффициент, учитывающий относительную влажность воздуха;
Кг2 - безразмерный коэффициент, учитывающий форму конструкции;
К - безразмерный коэффициент, учитывающий водоцементное соотношение;
w - относительная влажность воздуха;
тв - приведенная форма конструкции;
В/Ц - водоцементное отношение.
Величина предельной относительной усадки £(°°) норми-
руется в зависимости от подвижности бетонной смеси и усло-
вий твердения бетона. Значения этих величин представлены в
табл. 6.
297
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 3. Г рафик изменения относительного значения усадки во времени.
- с (t) - деформация усадки бетона на данный момент времени t,
- £ (°°) - предельная величина деформации усадки бетона.
От момента изготовления конструкции до конкретного
рассматриваемого момента времени достигнутая величина
усадки £ (t) составляет:
Ey(t) = к Еу(°°)
(8)
где: к - безразмерный коэффициент, зависящий от толщины
конструкции.
Значения к приведены на рис. 4.
Усадка железобетонных конструкций при схватывании и
твердении вносит существенный вклад в общую деформатив-
ность сооружения, которая реализуется в элементах деформа-
ционных швов. Поэтому в данном разделе были подробно
рассмотрены достаточно простые способы оценки величины
этой усадки. Эти способы в зависимости от имеющейся ин-
формации позволят с той или иной достоверностью, уже на
стадии проектирования, учесть усадку бетона при разработке
конструкций деформационных швов.
298
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 4. Затухание усадки во времени (изменение безразмерного коэффициента к).
* Примечание: цифры над кривой означают толщину элемента конструкции в см.
Таблица 6
Значения предельной относительной деформации
усадки для железобетона по DIN 1053 и 1045
Условия твердения Предельная величина усадки £*(<»), мм/м
Подвижность исходной бетонной смеси (осадка конуса)
< 10 см > 10 см
в воде 0 0
во влажном воздухе -0,10 -0,15
в свободном состоянии -0,25 -0,37
во внутреннем помещении -0,40 -0,60
4.1.2. Влияние изменения относительной влажности
воздуха на усадку конструкций
Большинство строительных материалов, в том числе и бе-
тон, имеют сильно развитую и достаточно открытую капил-
лярно-пористую структуру, благодаря чему могут поглощать
299
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
влагу из окружающей среды (гигроскопическое увлажнение)
либо впитывать (сорбировать) воду при непосредственном
соприкосновении с ней.
Способность строительных материалов сорбировать вла-
гу и десорбировать ее при определенных условиях изучена не-
достаточно, и этому вопросу при оценке возможных объем-
ных деформаций возведенного сооружения не придается осо-
бого значения. Между тем отсутствие внимания к этим явле-
ниям достаточно часто является причиной многих поврежде-
ний в конструкциях.
Так, например, после нескольких лет пребывания на воз-
духе бетон приобретает равновесную гигроскопическую
влажность, величина которой зависит от характеристик по-
ристости материала и условий окружающей среды. Для плот-
ных тяжелых бетонов равновесная гигроскопическая влаж-
ность весьма незначительна - 2-3%, но в легких и ячеистых бе-
тонах, обладающих развитой системой пор, она может дости-
гать соответственно 7-8 и 20-25%. Максимальное водопогло-
щение (влагоемкость) тяжелого бетона достигает 4-8% по
массе (10-20% по объему).
Изменение содержания воды в материале приводит к из-
менению объема, т.е. к объемным деформациям: при высыха-
нии элемента происходит испарение воды и уменьшение объ-
ема, при увлажнении - наоборот.
Объемные деформации, наступающие вследствие измене-
ния относительной влажности, зависят от тех же факторов,
что и при температурных воздействиях [5].
В общем, длина строительного элемента изменяется в за-
висимости от коэффициента линейной деформации под влия-
нием увлажнения или высыхания. При этом следует отметить,
что величины деформаций увлажнения значительно меньше
величин деформаций высыхания материалов. Таким образом,
наиболее целесообразно при проектировании учитывать из-
менения объема, характеризующиеся перепадом минималь-
ного и максимального содержания влаги. Величины предель-
300
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И. А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ных относительных деформаций n v основных строитель-
ных материалов, соответствующих максимальному измене-
нию в л агосо держания, представлены в табл. 7 [5].
Таблица 7
Предельные относительные деформации основных строительных
материалов при изменении влагосодержания
Материал Свлтпах. ММ/М
Г ранит 0,06-0,18
Песчаник 0,30 - 0,60
Глиняный кирпич 0,12
Силикатный кирпич 0,15
Бетон 0,15-0,18
Шлакобетон 0,16
Цементный раствор 0,20
Гипс 1,2-2,0
Мягкая древесина 20
Твердая древесина 20-26
При использовании этих показателей для оценки возмож-
ных объемных деформаций конструкции следует учитывать,
что: *
• данные таблицы 7 справедливы для стабилизированных
материалов, как, например, бетон в возрасте >28 сут., высу-
шенная древесина и т.д.;
• влажность материала элемента в момент монтажа -
"монтажное увлажнение" - является исходным значением, с
которого начинаются деформации этого вида.
4.1.3. Деформации конструкций, вызванные
химическим взаимодействием материала
конструкции с окружающей средой
В процессе эксплуатации конструкция подвергается кор-
розионным повреждениям вследствие воздействия различных
агрессивных химических веществ, подробный перечень и сте-
пень агрессивности которых приводятся в СНиП 2.03.11-85
301
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
"Защита строительных конструкций от коррозии" [12]. В ос-
новном это вода, углекислый газ, различные соли, содержа-
щие ионы СГ, SO4ZZ, и т.д. Результат этого воздействия - час-
тичное изменение химической структуры материала, возник-
новение новых веществ, в большинстве случаев имеющих дру-
гой объем, нежели первоначальные материалы.
Применительно к рассматриваемому вопросу коррозион-
ные химические воздействия привлекают внимание по весьма
важной причине - из-за изменения объема элемента
конструкции. Основным элементом этих процессов является
вода, выполняющая, как минимум, две роли - или сама всту-
пает в реакцию, или является посредником, катализатором
протекания реакций.
В некоторых неорганических вяжущих материалах изме-
нение объема вызвано концентрацией, накоплением большо-
го количества воды и превращением ее в кристаллизацион-
ную воду, например у гипса или глины. Основное вещество
сохраняется неизменным. У других материалов, которые под
воздействием влаги химически преобразуются, объем изменя-
ется в результате изменения объема молекул, но не пор. Это
явление известно под названием "расширение материала" и
заключается в следующем. С веществом реагирует только во-
да, в результате чего на первой стадии процесса возникает но-
вое соединение. Затем вода выполняет вторую роль - являет-
ся катализатором, т.е. растворяет и переносит в зону реакции
другие вещества из основного материала, которые во взаимо-
действии с первоначально образованными веществами вызы-
вают новые химические процессы. К этим процессам можно
отнести, например, магнезиальное расширение.
В присутствии определенного количества воды (макси-
мально при относительной влажности воздуха порядка 50%)
активно протекает .процесс карбонизации - реакции углекис-
лого газа СО2 с гидратом окиси кальция Са(ОН)2 и образова-
ния растворимой соли кальция и дополнительного количест-
ва воды. Растворимые соли затем вымываются из основного
302
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
материала. Это явление еще называют карбонизационной
усадкой.
В некоторых случаях под действием связанной воды в бо-
лее позднее время могут возникать сульфатное и гипсовое
расширение. Эти реакции, изменяющие объем элемента, зави-
сят только от взаимно реагирующих веществ, независимо от
того, в каком объекте, элементе конструкции они находятся,
т.е. в бетонном элементе, кирпичной или каменной кладке,
штукатурном слое и т.д. Точно так же при коррозии металла
могут произойти значительные изменения объема (возможно
трехкратное увеличение) продуктов коррозии. Доказательст-
вом этому служат такие нарушения, как вздутие покрытий на
металлических конструкциях, трещинообразование в защит-
ном слое бетона около арматуры.
Процессы, возникающие при объемных деформациях, вы-
званных увлажнением, высыханием элементов конструкции, а
также химическими взаимодействиями, в данной работе де-
тально не рассматриваются. Это связано с тем, что характер
протекающих процессов, степень и величина воздействия
конкретны для каждого объекта, и дать какие-либо рекомен-
дации на стадии проектирования не представляется возмож-
ным. Они упоминаются для того, чтобы при проектировании
иметь представление об этих причинах деформаций, учесть их
последствия, а также для выяснения причин разрушения кон-
струкций.
4.1.4. Влияние колебаний температуры на изменение
объема конструкции
Как известно, тепловые объемные изменения габаритных
размеров конструкции являются основными и наиболее суще-
ственными причинами деформаций как сооружения в целом,
так и его отдельных элементов.
Всякое однородное тело изменяет свой объем пропорцио-
нально изменению воздействующей на него температуры. До-
ЗОЗ
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
статочно точно величину объемных и линейных изменений
размеров элементов можно определить из выражения:
AL = Lycm a At ( 9 )
At = t2 - tt (10 )
где: AL - относительное удлинение или сокращение элемента;
Lycm - длина элемента на момент возведения или монтажа;
а - коэффициент теплового линейного расширения;
At - изменение температуры элемента;
tj - "рабочая" температура, т.е. температура окружающей
среды во время возведения или монтажа элемента;
t2 - максимальная и минимальная температура, воздейст-
вию которой может подвергнуться элемент как в летний, так
и в зимний период.
Для корректной оценки величины тепловых деформаций,
необходимо знать и использовать точные величины, подстав-
ляемые в уравнение (9).
Прежде всего это длина строительного элемента. Она ха-
рактеризуется протяженностью деформирующихся участков
конструкции, разделенных деформационными швами и не
имеющих между собой "силового" замыкания. Эта длина ус-
танавливается в зависимости от величины возможного пере-
мещения элемента, характера ожидаемой деформации, вели-
чины воспринимаемых напряжений и возможного конструк-
тивного решения обустраиваемого шва.
Проектная длина деформирующегося участка конструк-
ции должна уменьшаться, если элемент подвержен значитель-
ным тепловым воздействиям. Ограничение длины деформи-
рующихся участков зависит также от величины коэффициен-
та теплового линейного расширения строительного материа-
ла. Помимо величины градиента температур и значения коэф-
фициента теплового линейного расширения длину деформи-
рующегося участка определяет величина его нагружения, т.е.
304
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
степень свободы деформации, взаимосвязь и взаимозависи-
мость сопрягаемых элементов как между собой, так и с окру-
жающей средой. Нормируемые значения длины деформирую-
щихся участков - расстояния между деформационными шва-
ми при тепловом воздействии представлены ниже.
Коэффициент теплового линейного расширения - извест-
ная, хорошо исследованная величина, характеризующая кон-
кретный, совершенно определенный материал. Значения этих
коэффициентов для основных строительных материалов
представлены в табл. 8.
Приведенные величины коэффициентов теплового линей-
ного расширения (а) соответствуют нормируемому диапазо-
ну рабочих температур для данного материала.
Таблица 8
Коэффициенты теплового линейного расширения основных строительных материалов
Материал Коэффициент теплового линейного расширения а, град'1 (мм/м °С)
Кирпичная кладка 0,000005
Каменная кладка 0,000008
Мрамор 0,000005 - 0,000007
Песчаник 0,000008
Г ранит 0,0000053 - 0,0000077
Стекло 0,000008
Известковый раствор 0,000009
Цементный раствор 0,000010
Неармированный бетон 0,000010
Железобетон 0,000012
Высококачественный железобетон 0,000015
Чугун 0,000010
Сталь 0,000012
Медь 0,000017
Латунь 0,000019
Алюминий 0,000029
Эпоксидные смолы 0,000020
Эпоксидные смолы с наполнителем до 0,000010
Битум 0,000030
Поливинилхлорид 0,00005 - 0,00008
Полистирол 0,00008
Полиуретан 0,00012
Полиэтилен 0,00022
305
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Для вычисления величины теплового удлинения необхо-
димо определить еще одну, переменную величину - перепад
температур At, действию которого подвергается элемент (10).
Значение t{ - температуры укладки или монтажа элемента -
задается и/или определяется весьма просто. Для более точного
определения температуры t2 необходимо выяснить тепловое
состояние сооружения или элемента в конкретный период экс-
плуатации при различных внешних условиях. Достаточно лег-
ко эту температуру можно определить с помощью диаграммы
R -1 (рис. 5). Точное определение температурных колебаний в
ограждающих конструкциях сооружений следует проводить в
Рис. 5. Определение температур слоев конструкции по диаграмме R-t.
- температура наружной поверхности конструкции летом;
tH - температура наружного воздуха зимой;
- температура внутри помещения;
R - термическое сопротивление конструкции;
ан - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности;
авн" коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности;
d. - толщина i-ro слоя;
Л - коэффициент теплопроводности /-го слоя.
306
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
4.1.5. Влияние эффекта ползучести бетона
Существует еще один вид усадки бетона, который сочета-
ется и может происходить одновременно с другими видами
усадки, - это пластическая усадка под нагрузкой или ползу-
честь.
Под ползучестью бетона конструкций понимают его спо-
собность деформироваться во времени при длительном дейст-
вии постоянной нагрузки, в том числе и от собственного веса.
Физическая природа явления ползучести недостаточно изуче-
на, но считают [2], что пластические деформации ползучести
обуславливаются пластическими свойствами цементного
камня и изменением состояния основной составляющей бето-
на. Деформации ползучести наиболее заметно развиваются в
начальный период после приложения нагрузки и постепенно
затухают. Однако они наблюдаются у бетонов и в возрасте 5-
6 и более лет.
Полная деформация ползучести может значительно пре-
восходить деформации, получаемые бетоном в момент нагру-
жения, иногда превышая их вдвое [1].
Ползучесть бетона зависит от еще большего числа факто-
ров, чем усадка, причем большинство факторов действует на
деформации ползучести подобно их влиянию на деформации
усадки. На ползучесть бетона влияют:
• расход и вид цемента;
• водоцементное отношение;
• вид и крупность заполнителя;
• степень уплотнения бетона;
• степень гидратации цемента к моменту приложения на-
грузки;
• температура и влажность окружающей среды и бетона;
• размеры конструкции;
• величина напряжений в бетоне.
Хотя явление ползучести исследовано недостаточно пол-
но, существует множество эмпирических зависимостей для
307
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
расчета мгновенных деформаций и ползучести. Так, согласно
рекомендациям [3], можно определить величину ползучести
бетона на любой момент времени, а также рассчитать харак-
теристику ползучести, которые в последствии используются
при определении напряжений, возникающих в бетонных и же-
лезобетонных конструкциях.
В работах [1,2] вводится понятие удельной ползучести,
выраженной в относительных единицах длины в расчете на
единицу нагрузки. Другими словами, речь идет об отношении
ползучести к возникшему напряжению. При этом ползучесть
бетона оценивается характеристикой ползучести ср, определя-
емой при приложении единичной нагрузки ст [2]:
ф=£(оо)о- (11)
где: £ (°°) - полная деформация ползучести.
Достаточно точно характеристика ползучести элемента
конструкции фк определяется по выражению:
ср =Ф (12)
ТК 't'o Ъп1 Ъпг Ъпз ЪП4 ^П5 V 7
где: <ро - исходная характеристика ползучести, принимаемая
равной для бетона на обычном портландцементе без ускори-
телей твердения 15,2-10‘7 и для бетона на высокопрочном це-
менте 10,2-107 см2/Н;
£я. - безразмерные поправочные коэффициенты, учитыва-
ющие соответственно влияние времени приложения нагрузки,
В/Ц, расход цемента, размеры сечения образца, фактическую
влажность воздуха.
Приводимые на рис. 6 графики изменения коэффициентов
Е>п. наглядно показывают влияние различных факторов на де-
формации ползучести обычного тяжелого бетона.
Аналогичный графоаналитический метод определения
фактической величины ползучести приведен в работе [1].
При ускоренных расчетах в качестве гипотезы принима-
308
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 6. Значения безразмерных поправочных коэффициентов при определении
ползучести бетона.
£л/ - коэффициент, учитывающий время приложения нагрузки;
- коэффициент, учитывающий водоцементное соотношение;
- коэффициент, учитывающий содержание цементного теста;
£л, - коэффициент, учитывающий приведенный размер образца;
- коэффициент, учитывающий относительную влажность воздуха;
t - время приложения нагрузки;
В/Ц- водоцементное отношение;
ЦТ - содержание цементного теста;
г - приведенный размер образца;
сос - относительная влажность воздуха
309
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ют, что мгновенная деформация бетона £ь пропорциональна
приложенной нагрузке су, а ползучесть вдвое превышает зна-
чение мгновенной деформации. При этом мгновенный мо-
дуль упругости вычисляется по формуле:
Еь = 21000^ (13)
где: <уь - проектная прочность бетона на сжатие (кгс/см2).
Соответственно, относительная мгновенная деформация
равна:
(14)
Еь
тогда относительная ползучесть будет равняться:
е =2 г (15)
л Ь v '
Для более точной оценки величины относительной ползу-
чести следует воспользоваться выражениями:
£ = Еь • кп ♦ £
причем
к - к -к -к ,,
п пи nl п2 7
т.е.
£=£ккк% (16)
где: £п - конечная относительная ползучесть;
£ь - мгновенная упругая относительная деформация [см.
(14)];
км - коэффициент, учитывающий климатические условия;
кп1 - коэффициент, учитывающий размеры конструкции
[как и при явлении усадки (6 )];
кп2 - коэффициент, учитывающий расход цемента и воды;
£ - коэффициент возраста нагружения.
Указанные коэффициенты принимаются по графикам на
рис. 7.
310
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 7. Величины безразмерных коэффициентов при определении ползучести
бетонных конструкций.
к* - коэффициент, учитывающий относительную влажность воздуха;
кп1 - коэффициент, учитывающий размеры конструкции;
кп2 - коэффициент, учитывающий водоцементное соотношение бетона;
£ - коэффициент, учитывающий время нагружения конструкции;
со - относительная влажность воздуха;
то - условная толщина конструкции;
В/Ц - водоцементное соотношение;
t - время нагружения конструкции.
Ползучесть бетона является убывающей во времени вели-
чиной. После быстрой деформации в первые часы после на-
гружения, она затем замедляется. Например, по данным рабо-
ты [15], уже через 100 дней (около 3 месяцев) реализуется око-
311
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ло 50% ожидаемых деформаций ползучести. Поэтому при
расчетах учитывают два периода реализаций ползучести бе-
тона. В первом приближении можно считать, что за период от
3 суток до 2 лет она изменяется как натуральный логарифм
времени (сут.). Эта зависимость имеет место лишь при усло-
вии, что приложенная нагрузка значительно меньше (пример-
но на 50%) предельного разрушающего значения.
Ползучесть бетона реализуется чрезвычайно долго, и не-
известно еще, имеет ли она предел, хотя утверждается [1], что
предел ползучести наступает примерно через 5-6 лет. Если
принять, что по прошествии 5-6 лет, т.е. примерно 2000 дней,
ползучесть реализуется полностью, то отношение ползучести
в данный момент времени en(t) к конечной величине ЕП(°°)
можно представить в виде графика, приведенного на рис. 8.
В заключение следует отметить, что относительная де-
формация ползучести имеет векторный характер, т.е. зависит
от направления приложенной нагрузки. Ползучесть наблюда-
ется не только при одноосном сжатии, но и при любых других
воздействиях - изгибе, растяжении, кручении и т.д. Наблюда-
Рис. 8. График изменения относительного значения ползучести во времени.
с (t) - деформация ползучести бетона на данный момент времени;
£ (°°) - предельная величина деформации ползучести бетона.
312
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ется также ползучесть и в двух- и трехосном напряженном со-
стоянии конструкции, но ее оценка при таких условиях прак-
тически не изучена. Однако знать и учитывать величины этих
деформаций ползучести при проектировании деформацион-
ных швов бывает необходимо.
Для объективной оценки значения ползучести необходи-
мы точные данные по значениям коэффициента Пуассона (д),
выражающего отношение поперечной деформации к про-
дольной. Например, в случае нагружения бетонной конструк-
ции при одноосном сжатии это отношение достигает величи-
ны д = 0,15, но фактически этот коэффициент может изме-
няться в зависимости от множества параметров. При оценоч-
ных расчетах можно пользоваться приведенным значением.
4.2. ОБЩАЯ ДЕФОРМАТИВНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ НАГРУЗОК
Как было показано, причины, определяющие деформиру-
емость конструкции и, как следствие, деформации отдельно-
го элемента, можно разделить на кратковременные и цикли-
ческие. Основными причинами кратковременных деформа-
ций являются деформации усадки и ползучести бетона. Ос-
новными причинами циклических деформаций являются теп-
ловые изменения объема конструкции. Под воздействием
этих причин в конструкциях могут возникать трещины, ско-
лы, прогибы и т.д. Для восприятия возникающих в конструк-
циях усилий формируются деформационные швы. В деформа-
ционных швах реализуются деформации элементов. Их мож-
но разделить на искусственно сформированные или образо-
вавшиеся произвольно.
Искусственно сформированные швы являются соединени-
ями (жесткими или податливыми), препятствующими возник-
новению повреждений в данной конструкции или структуре
элементов.
313
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
В настоящей работе предметом анализа являются швы,
способные воспринимать, уравновешивать и компенсировать
деформации и не допускать повреждений в сооружении или в
его элементах. Такие температурные деформационные швы,
сформированные искусственно, должны воспринимать как
начальные изменения объема конструкции, так и долговре-
менные циклические воздействия.
Для определения места расположения швов, их количест-
ва, размеров и конструктивных особенностей необходимо
учесть влияние основных причин деформации на поведение
сооружения в процессе его эксплуатации.
4.2.1. Взаимосвязь основных причин объемных
деформаций конструкций
Деформации конструкции, как уже отмечалось выше, до-
статочно серьезны и могут привести к повреждениям. Они
могут быть разделены на зависимые от нагрузки, вызванные
нагружением сооружения или его элементов, и независимые,
возникающие без воздействия нагрузки. В любом случае в ре-
зультате этих воздействий изменяется первоначальный строи-
тельный объем конструкции сооружения, причем во всех из-
мерениях. В большинстве случаев достаточно рассмотреть и
определить деформации только в одном или двух направле-
ниях, но в общем случае следует рассматривать деформатив-
ность конструкции во всех трех измерениях.
Мерой деформации является относительное удлинение:
АЛ
(17)
где: ЛЬ - изменение длины рассчитываемой конструкции;
Lуст - первоначальная длина конструкции или элемента.
Понятие "удлинение" включает в себя как собственно уд-
линение, так и укорочение конструкции, поэтому употребля-
ется с соответствующим знаком, причем "+" обозначает удли-
314
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
нение, а - укорочение. Так как AL « £, то для количест-
венной оценки удлинения обычно используется размерность -
мм/м, т.е. степень изменения длины конструкции в мм на один
метр длины.
Как уже показано ранее, встречающиеся удлинения в же-
лезобетонных конструкциях можно подразделить на собст-
венно упругие удлинения - Eyj удлинения, связанные с ползу-
честью - Е; тепловые удлинения - Ег; удлинения от усадки - е;
удлинения, зависящие от влажностного состояния конструк-
ции - Ев? и удлинения, связанные с химическими превращени-
ями в материале конструкции - Ед.
Общее удлинение конструкции Еоб можно получить, если
сложить отдельные составляющие удлинения конструкции
(мм/м):
Е=Е + Е + Е. + Е + Е + Ev
об уп п Т у вл X
(18)
Тогда общее абсолютное удлинение AL (м) можно вычис-
лить по формуле:
4£ = е •£ (19)
об v '
При этом следует обратить внимание на следующее. Во-
первых, общее удлинение Еоб и абсолютное удлинение Л£ конст-
рукции не является однажды достигнутой и тем самым постоян-
ной величиной. За исключением упругого удлинения е , все
другие составляющие общего удлинения зависят от времени.
Во-вторых, при оценке вклада каждой из составляющих
общего удлинения нужно учитывать в требуемых случаях век-
торный характер этого удлинения.
Далее речь пойдет в основном о тепловом ег, усадочном
Е, удлинениях от ползучести еп и их сочетании. Это допуще-
ние основано на том, что упругие удлинения Еуп достаточно
хорошо изучены и учтены в соответствующих нормативных
документах. Удлинения от воздействия физико-химических
процессов и явлений практически не поддаются прогнозной
315
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
оценке, и их надо учитывать при проектировании конструк-
ции за счет вводимых коэффициентов запаса надежности де-
формационного шва. Под термином "коэффициент запаса на-
дежности деформационного шва" - Кздш следует понимать зна-
чение отношения максимально возможной величины переме-
щений, ALmax, воспринимаемых без повреждений элементами
конструкции деформационного шва к расчетной величине де-
формаций ALp:
Исходной во времени точкой для всех оценочных расче-
тов служит время возведения сооружения и его конструкций
или время, с которого два элемента сооружения замыкают де-
формационным швом.
В общем виде изменение длины конструкции вследствие
теплового растяжения при нагревании или теплового сжатия
при охлаждении, начиная с этого момента времени, может
быть описано графически, как показано на рис. 9 (кривые 1).
На рисунке представлены четыре различных варианта ожида-
емой деформируемости конструкции в зависимости от време-
ни года, когда она возведена или установлена.
Уменьшение размеров конструкции вследствие собствен-
но усадки бетона иллюстрируют кривые 2. Суммарная дефор-
мация конструкции (изменение ее длины) представлена кри-
выми 3. Анализируя приведенные зависимости, нетрудно за-
метить, что в процессе эксплуатации конструкция будет ис-
пытывать циклические изменения длины (сжатие и растяже-
ние), накладывающиеся на общую уменьшающуюся длину
конструкции, вследствие усадки железобетона.
Вместе с тем ось симметрии циклических тепловых дефор-
маций при эксплуатации значительно смещается относитель-
но установочного размера деформационного шва в конструк-
ции в зависимости от времени года, когда она возведена. Кро-
ме того, при расчете амплитуды тепловых деформаций по вы-
316
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ражениям (9) и (10) приходится каждый раз учитывать исход-
ную температуру. Это положение вносит в процесс проекти-
рования и оценки состояния конструкции ряд неудобств.
Практически любая сложная конструкция имеет не один
деформационный шов, причем швы обустраиваются в разное
время и при разной температуре установки. Для оценки об-
щей деформативности конструкции при эксплуатации прихо-
дится каждый раз проводить соответствующую корректиров-
зима лето зима лето зима лето
лето зима лето зима лето
Рис. 9. Взаимодействие тепловой еТ и усадочной еус деформаций бетонной
конструкции при эксплуатации.
с - относительная деформация конструкции;
1 - тепловая деформация;
2 - деформация усадки;
3 - суммарная деформация;
- длина элемента бетонной конструкции при возведении или установке;
Lo - длина элемента бетонной конструкции при 0°С;
1_ф - длина элемента бетонной конструкции после полной реализации деформаций
усадки бетона.
317
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ку. Кроме того, как видно из графиков рис. 9, средняя длина
элемента конструкции, на которую "накладываются" тепло-
вые деформации, не соответствует размеру конструкции при
установке или возведении.
Для того чтобы учесть это, следует вновь обратиться к
выражениям (9) и (10), только ввести дополнительное усло-
вие, что в качестве основной расчетной длины элемента кон-
струкции принимается средняя длина элемента при 0°С - £о,
на которую фактически "накладываются" тепловые деформа-
ции.
При этом установочная длина элемента Lуст соответствует
средней длине Lo и "заложенному" изменению длины ДЬо, за-
висящему от температуры установки:
L = L + AL (20)
уст о о х 7
откуда
L -L -AL (21 )
о уст о х 7
Согласно выражениям (9) и (10):
ЛЬ = Lyст • а At ( 22)
причем At = tf = tycm, т.к. to = 0°С.
В результате, используя выражение (21) и учитывая (22),
получим:
L - L - L at
о уст уст уст
или
L =L (1-a t ) (23)
о уст ' уст7 х 7
где: Lycm - длина элемента конструкции при возведении или ус-
тановке;
Lo - средняя длина элемента при 0°С;
t - температура возведения или установки элемента;
а - коэффициент теплового линейного расширения.
Тогда фактическая длина элемента конструкции после
318
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
полной реализации деформаций усадки будет определяться
как разница между средней длиной и удлинением от усадки
Ьф- Lo- AL
где: согласно выражению (17):
AL = L Е
у уст у
тогда с учетом выражения (23)
L=L (1-at -с)
ф уст ' уст у7
(24)
(25)
где: кф - фактическая длина элемента конструкции после пол-
ной реализации деформации усадки.
Выражение (25) включает величину е, которая, как пока-
зано в предыдущем разделе, зависит от времени, т.е. продол-
жительности эксплуатации, поэтому в общем виде:
L.-L [1 - at - е (t) ]
ф уст L уст у' 7 J
(26)
Величину Ey(t) для любого момента времени можно опре-
делить из выражения (3) или по зависимостям (7) и (8) и гра-
фикам на рис. 3 и 4.
На рис. 9 представлена графическая иллюстрация этих из-
менений в конструкции при разном времени начала эксплуа-
тации, причем для наглядности за tycm при начале строительст-
ва весной и осенью принят 0°С.
Помимо внешних и внутренних воздействий без нагрузки
любая конструкция, а подземная особенно, подвергается дей-
ствию длительных статических нагрузок.
Как уже было отмечено, через некоторое время после на-
гружения, например после обратной засыпки подземного со-
оружения, возводимого открытым способом, реализуется по-
стоянная упругая деформация, не изменяющаяся во времени.
319
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Значение этой деформации зависит только от величины при-
ложенной нагрузки. К этой упругой деформации добавляется
постепенно возрастающая деформация ползучести. В процес-
се эксплуатации эти виды деформаций суммируются с дефор-
мациями собственно усадки, причем они складываются при
сжатии, и напротив, компенсируются при растяжении конст-
рукции. Пример такого совместного воздействия на конструк-
цию, для случая одноосного сжатия, приведен на рис. 10. В
приведенном примере предполагается, что приложенная на-
грузка не превышает половины разрушающей нагрузки.
Рис. 10. Схема деформаций конструкции при одноосном сжатии.
с - относительная деформация конструкции;
1 - нагружение;
2 - снятие нагружения;
£ в - мгновенная деформация усадки при нагружении;
£ - деформация усадки бетона;
£л - деформация ползучести;
3 - кривая суммарной деформации конструкции;
L^m - длина элемента бетонной конструкции при возведении;
Lo - длина элемента бетонной конструкции при 0°С.
320
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Схемы, приведенные на рис. 9 и 10, дают наглядную каче-
ственную оценку выражения (18) при совместном попарном
воздействии двух рассматриваемых причин объемных дефор-
маций конструкции. Совместное воздействие всех трех рас-
сматриваемых причин объемных деформаций с учетом мгно-
венной упругой деформации представлено на рис. 11. В при-
водимых примерах предполагается, что приложенная нагруз-
ка осесимметрична и действует постоянно.
Анализируя представленные данные, нетрудно заметить,
что рассматриваемые деформации конструкции только изме-
няют ее фактическую длину, не оказывая какого-либо влия-
ния на характер и величину тепловых деформаций.
С учетом векторного характера приложения статической
нагрузки, а также зависимостей (17), (18) и (26) в общем виде
получаем действительную среднюю длину конструкции:
L =L [1-at -e(t)] + L е +L -£(t) (27)
о уст L уст у' 7 J уст уп уст п 7 v 7
а с учетом несоосности осей нагружения и рассматриваемой
длины конструкции:
Ld = L^[1-at^-£,(t) +ne.+ne,(t)J <28>
где: Ld - действительная средняя длина конструкции при экс-
плуатации после полной реализации процессов усадки и на-
гружения;
|1 - коэффициент Пуассона для железобетона (ц ~ 0,15).
Выражение (28) описывает деформативность конструк-
ции при однократных или одноразовых воздействиях с уче-
том условий ее возведения.
Используя в качестве исходной информации характерис-
тики применяемого бетона, температуру возведения конст-
рукции и ожидаемую нагрузку, еще на стадии проектирова-
ния по выражению (28) можно оценить действительную дли-
ну рассчитываемого элемента конструкции.
321
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Полученные данные должны в дальнейшем использовать-
ся при проектировании деформационных швов.
Рис. 11. Общая деформативность элемента сооружения при эксплуатации.
с - относительная деформация конструкции;
1 - нагружение конструкции;
- мгновенная деформация усадки при нагружении;
е - деформация усадки бетона;
£п - деформация ползучести;
£г - тепловая деформация;
е* - общая деформация конструкции при эксплуатации;
- длина элемента бетонной конструкции при возведении;
Lo - длина элемента бетонной конструкции при О °C;
Lo - длина элемента бетонной конструкции после полной реализации деформаций
усадки и ползучести бетона.
322
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
4.2.2. Основные элементы конструкции деформационного шва
В общем виде деформационный шов представляет собой
специально сформированный зазор между двумя или более со-
прягаемыми элементами конструкции, который загерметизиро-
ван в соответствии с требованиями эксплуатации. Схема дефор-
мационного шва представлена на рис. 12. Основной элемент лю-
бого деформационного шва - рабочий зазор деформационного
шва величиной W, далее по тексту - зазор шва, в котором при
эксплуатации реализуются деформации сопрягаемых элементов
конструкции длиной Lp/ и Lp2. Кроме того, в конструкции дефор-
мационного шва различают его протяженность и форму, а так-
же внутренние боковые поверхности шва и кромки шва. Уплот-
нительный элемент деформационного шва характеризуется та-
ким параметром, как глубина заполнения d, значение которого
играет важную роль при использовании мастик и герметиков.
Рис. 12. Основные элементы конструкции деформационного шва.
IV- величина зазора деформационного шва;
d - толщина уплотнительного элемента;
Lpv Lp2 - длина сопрягаемых элементов конструкции;
1 - зазор деформационного шва;
2 - уплотнительный элемент деформационного шва;
3 - сопрягаемые элементы конструкции;
4 - внутренние боковые поверхности шва;
5 - кромки шва.
323
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Помимо длины сопрягаемые элементы имеют соответст-
вующую толщину, иногда весьма значительную, и за счет раз-
ности температур на наружной и внутренней поверхностях
могут испытывать деформации изгиба и кручения, которые
реализуются в зазоре шва и т.д.
Для того чтобы подробно охарактеризовать все виды де-
формаций, которые реализуются в зазоре деформационного
шва, необходимо рассмотреть и учесть три вида поступатель-
ного движения и три вида вращательного движения, как по-
казано на рис. 13.
Рис. 13. Возможные смещения (деформации) в зазоре деформационного шва.
X, Y, Z - оси возможных деформаций конструкции.
В то же время, как показывает практика строительства и
эксплуатации сооружений, в конструкции деформационных
швов часто можно рассматривать и учитывать только посту-
пательные движения. Тогда в сечении конструкцию деформа-
ционного шва и его перемещения при эксплуатации можно
представить в виде, представленном на рис. 14.
Анализируя приведенную схему, можно отметить, что на
абсолютную величину деформаций, реализующихся в зазоре
шва, в основном влияет длина сопрягаемых элементов или
расстояние между деформационными швами.
324
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 14. Основные нагрузки и деформации в зазоре шва.
W - величина зазора деформационного шва;
Lp,, Lp2 - длина сопрягаемых элементов конструкции;
±Nt, ±N2 - нагрузки на сопрягаемые элементы конструкции;
~*~Р2 - деформации сжатия и растяжения сопрягаемых элементов конструкии.
С целью уменьшения этого влияния и предотвращения
повреждений конструкции специально расчленяют на от-
дельные участки, разделенные деформационными швами.
Максимальная длина этих участков или максимальное рас-
стояние между деформационными швами регламентировано
и приводится в соответствующей нормативно-технической
документации. Эти расстояния в зависимости от типа приме-
няемого строительного материала, вида сопрягаемых строи-
тельных элементов, условий эксплуатации и т.п. приведены в
табл. 9 [5].
Указанные в табл. 9 величины являются максимально до-
пустимыми для расстояний между деформационными швами,
воспринимающими в основном циклические воздействия от
изменения температуры. В случае, когда конструкция подвер-
жена иным нежелательным воздействиям, указанные расстоя-
ния должны быть уменьшены, а возможные деформации учте-
ны при расчете шва.
325
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Таблица 9
Максимальные расстояния между температурно-деформационными швами
Вид сооружения или конструкции Расстояние между деформационными швами (м) в конструкциях
подвергаю- щихся атмо- сферному воздействию не подвергающихся атмосферному воздействию или подземных
1. Сборные конструкции из бетона 30 40
2. Сборные железобетонные каркасные конструкции и предварительно напряженные панельные конструкции 40 60
3. Сборные железобетонные плоские конст- рукции, сборные и монолитные каркасные конструкции с предварительным напряжением 30 50
4. Монолитные конструкции из неармированного бетона 10 20
5. Монолитные конструкции из железобетона 20 30
6. Монолитные железобетонные плоские конструкции и предварительно напряженные объемные конструкции из плоских элементов 25 40
7. Подпорные стенки, стены, водяные и отстойные резервуары, бассейны, градирни: • неармированные; • армированные 9 18 12 24
8. Парапетные стенки: • неармированные; • армированные 3 6
9. Бетонная подготовка* • неармированная; • армированная от 1,5 до 6 от 3 до 9
10. Плиточная кладка 3
11 .Кладка из сплошного или пустотелого кирпича в отапливаемых/ неотапливаемых конструкциях 80/40
12.Кладка из кирпичных блоков или облегченных бетонов в отапливаемых/ неотапливаемых конструкциях 80/40
13. Кладка из облегченных бетонных блоков и пустотелых блоков в отапливаемых/неотапливаемых конструкциях 36/18
Аналогично максимально допустимым расстояниям между
деформационными швами регламентируется и величина основ-
ного элемента деформационного шва - зазора шва FF(pHc. 12).
326
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Необходимая величина рабочего зазора шва при эксплуа-
тации напрямую зависит от расстояния между деформацион-
ными швами, поэтому величину зазора шва выражают в виде
отношения между ними, как указано в табл. 10 [5].
Таблица 10
Ширина деформационных швов в железобетонных,
бетонных и каменных конструкциях
Тип конструкции Элементы конструкции Минимальная величина зазора шва по отношению к расстоянию между ними
Железобетонные и бетонные Наружные стены, конструкция покрытия с теплоизоляцией 1/1500
Конструкция покрытия без теплоизоляции 1/1000
Резервуары для воды, отстойники 1/300
Парапеты и ограждения 1/300
Подземные сооружения 1/1000
Бетонная подго- товка покрытия Бетон лотков, покрытия 1/300
Бетонная подготовка внутри здания 1/250
Кладка при атмос- ферном воздействии/ без атмосферного воздействия Кирпичная 1/2500/1/5000
Блочная 1/1500/1/3000
Однако такой весьма удобный и простой подход для оп-
ределения величины зазора швов не позволяет с необходимой
точностью оценить рассматриваемую ситуацию.
Теоретически величина зазора деформационных швов
обусловлена свободным движением обеих разделенных час-
тей конструкции. Для более точного и достоверного расчета
величины зазора деформационных швов необходимо знать и
учитывать максимальный перепад температур в оцениваемом
годовом цикле со дня возведения конструкции, ее тип (отап-
ливаемая или неотапливаемая), возможность возникновения
экстремальных ситуаций (например, пожар), коэффициенты
теплового линейного расширения применяемых строитель-
327
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ных материалов, степень усадки бетона или кирпичной клад-
ки в процессе твердения, проектное расстояние между дефор-
мационными швами, ожидаемую статическую нагрузку, сте-
пень эластичности уплотнительного элемента и многие дру-
гие факторы. Все эти факторы необходимо учитывать при
проектировании, особенно у конструкций, чувствительных к
деформации.
Кроме того, обустраиваемый, устанавливаемый при воз-
ведении конструкции зазор деформационного шва W в пер-
вые годы эксплуатации претерпевает существенные измене-
ния в соответствии с изменениями установочной, т.е. выпол-
няемой при возведении конструкции, длины сопрягаемых
элементов Lуст.
При этом по аналогии с выражениями (20) и (21) устано-
вочная, т.е. выполняемая при обустройстве шва, величина за-
зора деформационного шва Wyст будет соответствовать дейст-
вительной (эксплуатационной) величине зазора шва \УД и из-
менению величины зазора шва AW^ зависящему от рассмат-
риваемых факторов и однократных воздействий:
и соответственно:
W = W+AWn
уст Д Д
W = W - AW
Д уст Д
(29)
(30)
В выражении (30) параметр Wycm не что иное, как указан-
ная в конструкторской документации при проектировании и
выполняемая при строительстве величина зазора деформаци-
онного шва. В результате, чтобы определить W, требуется
вычислить А Для этого можно воспользоваться выраже-
нием (28):
L =L [1-at - £ (t) ± /i-Е ± (t)]
Д уст L уст У 7 Г У г п' 7 J
Проведем преобразования и представим его в виде:
Ln-L +L [-at - £ (t) ± це ±ЦЕ (t)]
Д уст уст L уст У' 7 ‘ У * п' 7 Л
(28')
328
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Анализируя выражение (28'), нетрудно заметить, что вто-
рое слагаемое в правой части - изменение установочной, т.е.
выполняемой при возведении, длины конструкции по отно-
шению к действительной (эксплуатационной) длине элемента
конструкции АЬД, т.е.:
AL=L [-a-t - е (t) +/l-е +/i-Е (t)] (31)
Д уст L уст у' 7 ' У ’ п' 7 J ' 7
Для упрощения анализа предположим, что сопрягаемые
элементы имеют одинаковые характеристики, установлены
при одной температуре, а внешние воздействия на них одина-
ковы. При таких условиях изменение установочной, т.е. вы-
полняемой при возведении, длины полностью реализуется в
зазоре деформационного шва, т.е.:
= (32)
тогда выражение (30) можно представить в виде:
W = W + L [a t + Е (t) ±/i-Е ±/i-Е (t)] (33)
Д уст уст L уст Ух 7 г У г п' ' J х z
Для оценки влияния второго слагаемого в правой части
выражения (33) на величину обустраиваемого зазора дефор-
мационного шва W проведем поверочный расчет.
ПРИМЕР РАСЧЕТА
Исходные данные:
• условный элемент подземной конструкции (стеновой блок из монолит-
ного железобетона);
• длина сопрягаемых элементов конструкции Ьуст = 25 м;
• сечение сопрягаемых элементов - 3,0 х 0,25 м;
• процент армирования бетона - 0,5%;
• расход цемента - 400 кг/м3;
• В/Ц бетонной смеси - 0,5;
• величина обустраиваемого зазора шва WycT = 25 мм;
• температура возведения конструкции tycT = +15°С;
329
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
• относительная влажность воздуха при проведении работ со = 70%;
• коэффициент теплового линейного расширения железобетона а = 12-106
град';
• проектная прочность бетона на сжатие R = 400 кг/см2;
• сжимающая вертикальная статическая нагрузка о = 50 кг/см2;
• "возраст" конструкции при нагружении t = 90 дней (3 мес.);
• коэффициент Пуассона ц = 0,15.
Постановка задачи:
• определить действительную величину зазора деформационного шва
через 1, 3 и 5 лет после начала эксплуатации.
Проведение расчета:
• вначале определим значение слагаемого а • t ст:
а tycT = 12 • 10^ град'1 • 15°С = 1,8 - 10л (м/м) = 0,18 мм/м
• величину е (t) рассчитаем по выражению (6) и данным графиков на рис.
2 и 3:
ку| (70%) = 24,0 • 10 s = 2,4 10л (м/м)
и по графику ку2 = 0,65;
ку3 для В/Ц - 0,5 и расходе цемента 400 кг/м3 равно ку3 = 1,2.
Тогда максимальная усадка е («>) равна:
с (оо) = 2,4- 10л-0,65-1,2 0,95 = 1,8Л (м/м) = 0,18 мм/м
Через 1 год - Еу(1) = 0,18 0,83 = 0,15 мм/м
Через 3 года - Еу(3) = 0,18 0,95 = 0,17 мм/м
Через 5 лет - Еу(5) = 0,18-1,0 = 0,18 мм/м
Величину Еуп вычислим, используя выражения (13) и (14):
=----5—= 1,2 1 (Г4 м/м или
21000V400
Е = 0,12 мм/м
Значения En(t) с учетом рассчитанной величины е определим по выраже-
нию (16) и графикам на рис. 7 и 8:
кпО(70%) = 2,05 ;
к, (23) = 0,85;
к" (0,5) = 1,25;
U90) =0,75,
330
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
тогда еп(°°) равно:
еп(~) = 0,12 • 2,05 0,85 • 1,25 0,75 = 0,20 мм/м.
С учетом продолжительности эксплуатации En(t) равно:
через 1 год - еп (1) = 0,20 • 0,73 = 0,15 мм/м
через 3 года - еп (3) = 0,20 0,90 = 0,18 мм/м
через 5 лет - еп (5) = 0,20 • 0,95 = 0,19 мм/м
Если принять, что в данном случае усадка ползучести при сжатии склады-
вается с собственно усадкой бетона и для учета направления ее воздействия
можно использовать коэффициент Пуассона, тогда, поставив вычисленные
значения в выражение (33), получим:
\Уд(1) = 25 + 25 [0,18 + 0,15 + 0,15-0,12 + 0,15 0,15] = 34,3 мм
\Уд(3) = 25 + 25 [0,18 + 0,17 + 0,15-0,12 + 0,15-0,18] = 34,9 мм
Х¥д(5) = 25 + 25 [0,18 + 0,18 + 0,15-0,12 + 0,15-0,19] = 35,2 мм.
Вывод
Результаты расчета показывают, что действительная величина зазора де-
формационного шва уже через год эксплуатации увеличится на 40% по от-
ношению к установочному, т.е. выполненному при возведении конструкции,
размеру WycT.
Такое столь существенное изменение зазора деформаци-
онного шва определяет необходимость еще на стадии проек-
тирования выполнять аналогичные расчеты и вычислять дей-
ствительную величину зазора шва при эксплуатации. Кроме
того, решение по уплотнению деформационного шва должно
приниматься с учетом изменившейся величины зазора шва, в
котором будут компенсироваться циклические тепловые де-
формации.
При рассмотрении возможной деформативности сопряга-
емых элементов конструкции предполагалось, что оба сопря-
гаемых элемента имеют одинаковую длину и выполнены из
одного и того же материала. Однако в реальных условиях мо-
гут сопрягаться элементы из разных материалов и различной
длины. Возможны четыре основных случая такого сопряже-
ния:
331
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
• соединяемые элементы выполнены из разных материа-
лов (а^ а2) разной длины (Lpl* Lp2);
• соединяемые элементы выполнены из одинаковых мате-
риалов (а = а2) разной длины (Lp/* Lp2);
• соединяемые элементы выполнены из разных материа-
лов (а^ а2) одинаковой длины (Lp= Lp2);
• соединяемые элементы выполнены из одинаковых мате-
риалов (а = а2) одинаковой длины (LpJ= Lp2).
При таких условиях относительную деформативность
шва AW (рис. 14) можно определить по следующим выраже-
ниям:
• а, , тогда AW = (a-L , + a -L J At (34)
pl р2 7 1 2 ’ ' 1 pl 2 р2' р х 7
2. L *L • а = а = а, тогда AW = (L , + L J • а • At (35)
pl р2 7 1 2 > 1 pl р2' р v 7
3. L = L = L ; а, * от , тогда AW = (а+ а7) • L At ( 36 )
4. L = L = L ; а = а = а, тогда AW = 2а L • At (37)
pl р2 р 7 1 2 7 р р ' 7
Эти выражения действительны для оценки относитель-
ных деформаций, воспринимаемых уплотнительным элемен-
том деформационного шва в процессе эксплуатации при уста-
новленном значении тепловой нагрузки Atp.
4.2.3. Тепловая нагрузка и деформируемость
элементов конструкции
Если при расчете тепловых деформаций исходить из ос-
новного уравнения (9), то относительное растяжение или сжа-
тие элемента конструкции зависит прежде всего от перемен-
ной величины тепловой нагрузки Atp, т.е. от перепада темпе-
ратур: от температуры воздуха в момент укладки бетона или
установки элемента, температуры t; или приведенной средней
температуры to до температуры /2., действию которой подвер-
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
жен элемент конструкции в процессе нагрева или охлаждения.
Для точного определения в конкретных случаях величины At
необходимо определить тепловое состояние конструкции и
элемента как в летний, так и в зимний периоды при различ-
ных внешних условиях.
Правильное решение позволит определить максималь-
ные и минимальные величины Atp с учетом производствен-
ной температуры внутри сооружения в течение годового
цикла.
Как уже отмечалось, сооружения и их элементы подвер-
жены воздействию тепловой нагрузки в течение годового
цикла. При этом тепловая нагрузка равна разности макси-
мальных положительных температур конструкции в летний
период или минимальных отрицательных температур в зим-
ний период и температуры на момент возведения конструк-
ции, т.н. "рабочей" температуры. При определении макси-
мальных и минимальных температур, воздействующих на
конструкции, прежде всего следует исходить из величин, нор-
мируемых СНиП 23-01-99 "Строительная климатология" [11]
для климатических условий рассматриваемого района. В
дальнейшем, с учетом места расположения и типа сооружения
(наземное, подземное, заглубленное), возможных внешних
климатических воздействий (солнечная радиация, скорость
движения воздуха и т.д.) следует определить максимальные
фактические температуры на наружной стороне ее элементов
в рассматриваемом цикле и выполнить аналогичные расчеты
для внутренней стороны с учетом температуры внутри соору-
жения.
Определенные таким образом максимальные значения
температур используются для проведения анализа теплотех-
нического состояния по номограмме на рис. 5. Эти данные и
являются исходными предельными значениями температуры
эксплуатации конструкции t2i для зоны расположения шва.
Разность между этими величинами и средней температу-
рой возведения конструкции, т.е. температурой, при которой
333
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
длина конструкции соответствует L(23), определяет искомую
тепловую нагрузку.
Значение "рабочей" температуры, т.е. температуры на мо-
мент возведения конструкции, не влияет на общий перепад
температур, однако имеет важное значение для определения
величины зазора деформационного шва и оценки величины
растяжения и сжатия, реализующихся в зазоре шва при экс-
плуатации.
Выполненный таким образом теплотехнический расчет
позволяет получить исходную информацию для последующе-
го определения деформативности конструкции. Однако, по-
скольку ход изменения температур объема конструкций со-
оружения обусловлен не только структурой рассматриваемо-
го сооружения, но и его внутренним и внешним тепловыми
режимами эксплуатации, самостоятельный теплотехнический
анализ необходимо выполнять для каждого сооружения.
Проведенный ранее детальный анализ воздействий, вызы-
вающих изменения объема элементов, включал общий анализ
деформаций в зависимости от хода изменения температуры.
Однако все приведенные рассуждения справедливы для одно-
слойных и многослойных изотропных, идеально упругих тел.
Также подразумевалось, что собственная масса тела не учи-
тывается и напряжений в элементе не вызывает. Оценка теп-
ловых деформаций в этом случае выполняется по выражени-
ям (9) и (10).
Если для свободной деформации элемента под воздейст-
вием тепловой нагрузки имеется препятствие, то действитель-
ны следующие отношения:
AL_ а
~Т = ~Ё
а = Ыр-Е- а
(38)
(39)
334
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
N = oA = AtpEaA (40)
где: Е - модуль упругости элемента;
о - напряжение, вызванное перепадом температур;
Atp - тепловая нагрузка;
N - величина действующих усилий от тепловой нагрузки;
AL
— - относительная деформация;
А - площадь сечения элемента.
Если рассматривать горизонтальный элемент, свободно
лежащий на опорах, и учитывать влияние его собственного
веса (Л/)> то в элементе возникает напряжение, пропорцио-
нальное силе N':
N’ = M-f (41)
где: f - коэффициент трения; М - вес элемента конструкции.
При определении величины N' для конструкций любого
подземного сооружения помимо их собственного веса М по
выражению (41), следует учитывать вес грунта, который на-
ходится над ним, и соответствующие коэффициенты трения /.
Эффект от трения между деформирующимися элементами
конструкции и окружающим массивом грунтов и пород обу-
славливает еще одно явление, реализующееся в зазоре дефор-
мационного шва. Это так называемый температурный "удар",
который характеризуется резким скачком перемещений эле-
ментов конструкции.
Поясним это положение простейшим примером. Рассмот-
рим протяженное подземное сооружение, разделенное дефор-
мационными швами. Совершенно естественно, что такую
конструкцию следует рассматривать как "защемленную", где
действуют приведенные выше зависимости. Величину возник-
ших горизонтальных сил N от тепловой нагрузки можно оце-
нить по выражению (40). В то же время в рассматриваемой си-
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
стеме существуют горизонтальные силы 2V', связанные с тре-
нием покоя между конструкцией и окружающим массивом,
которые можно оценить по выражению (41).
Для того чтобы конструкция могла деформироваться, не-
обходимо выполнение условия: N > N'
То есть до тех пор, пока величина возникших усилий от
тепловой нагрузки не превысит сил трения, конструкция
будет находиться в покое. В том случае, когда будет реали-
зовано это условие, элементы конструкции придут в движе-
ние и конструкция будет деформироваться. Реализация де-
формаций будет происходить очень резко, практически
мгновенно - величина зазора шва резко уменьшается при
нагревании конструкции и резко расширяется при ее ох-
лаждении. Такая ситуация требует прежде всего разработ-
ки специальных конструкций деформационных швов, а
также подбора специальных материалов для уплотнитель-
ного элемента зазора деформационного шва, эластомерные
характеристики которых могут реализовываться без воз-
никновения дефектов за очень короткий период времени.
Эти требования особенно актуальны для протяженных
подземных сооружений, например подземных транспорт-
ных тоннелей, переходов и т.п., где отдельные участки со-
оружения объединены в общую конструкцию деформаци-
онными швами.
Конечно, в реальных условиях могут встречаться самые
различные варианты "защемления" деформируемых элемен-
тов, различные условия нагревания и охлаждения. Однако в
том случае, когда рассматриваются элементы конструкции
деформационных швов, имеющие весьма малые геометричес-
кие размеры по отношению к размерам сооружения, для вы-
полнения проектной, прогнозной оценки можно ограничить-
ся и упрощенными расчетами.
В этом случае профиль составного элемента конструкции
деформационного шва можно представить в виде, изобра-
женном на рис. 15. Если физико-механические характеристи-
336
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ки, в том числе модули упругости, коэффициенты теплового
расширения и т.д., элементов деформационного шва неоди-
наковы, возникает сопряжение элементов, которое до опреде-
ленного момента работает как один однородный элемент, а
затем образуется структура самостоятельно деформирую-
щихся комплексов.
Для такой конструкции относительные деформации эле-
мента можно определить по выражению:
8
АЕ
(42)
Рис. 15. Профиль составных элементов деформационного шва.
W - величина зазора деформационного шва;
AW - деформации в зазоре деформационного шва;
Lpf, Lp2 - длина сопрягаемых элементов конструкции;
ALp1, ALp2 - деформации сопрягаемых элементов конструкции;
±N - нагрузки на сопрягаемые элементы конструкции;
1 - сопрягаемые элементы конструкции;
2 - зазор деформационного шва;
3 - уплотнительный элемент.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
а относительные деформации в уплотнительном элементе де-
формационного шва е^, как
+ N
£w=-^—±aw-Mp (43)
где использованные величины аналогичны проведенным в
выражении (40), при этом А Ew, onw характеризуют размеры
и свойства уплотнительного элемента конструкции шва.
В данном случае рассматривается нагружение уплотни-
тельного элемента шва, как конструкции, которая должна
воспринимать все деформации, вызванные тепловой дефор-
мацией сопряженных с ней элементов. Из-за малой длины уп-
лотнительного элемента шва W по отношению к длине эле-
мента Lp его собственные тепловые деформации
Д Wt можно не учитывать.
Чтобы провести общий анализ нагрузок, возникающих в
уплотнительном элементе шва, его вследствие малых разме-
ров можно рассматривать как центрально нагруженный эле-
мент и в расчетах использовать выражение (38):
AL_ а
~Ь~~Ё
Тогда, для условий деформаций в шве, согласно рис. 14,
получим:
(44)
Для уплотнительного элемента шва справедлива зависи-
мость: А Т
(45)
Ер
так как все деформации конструкции реализуются в зазоре
шва. Так как:
AW = AL (46)
р '
338
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О Б. Ляпидевская
то следует, что должно выполняться условие Ew « Е, т.к.
W«Lp
Из анализа выражений (44) - (46) видно, что с увеличени-
ем величины зазора шва W возрастает и допускаемая величи-
на Ew, модуль упругости материала - уплотнителя шва. Сни-
жение общей нагрузки соединения можно достичь уменьше-
нием Lp или снижением Atp, при Ow = ст = const.
При проектировании уплотнения зазора шва его следует
рассматривать как элемент, где реализуются все деформации
сопрягаемых элементов, хотя на выбор материала для его из-
готовления влияет еще целый ряд факторов. Исходя из этого,
можно определить основные принципы выбора конструктив-
ного решения для уплотнения зазора шва и сформулировать
основные требования к материалу и технологии обустройст-
ва этого элемента.
Швы должны быть надежно уплотнены во избежание по-
ступления через зазор любых видов внешних агрессивных
сред. Уплотнение швов должно обеспечивать длительную и
безотказную эксплуатацию, т.е. физические и механические
свойства материала уплотнительного элемента (прочность на
растяжение, модуль упругости, относительное удлинение,
стойкость к агрессивным факторам и т.п.), должны отвечать
всем требованиям эксплуатации сооружения. Конструкция
шва, способ и технология крепления уплотнительного элемен-
та к сопрягаемым элементам должны обеспечить надежное
сцепление между основанием и уплотняющим материалом.
Некоторые из характеристик уплотнительного материала
следует определять еще на стадии проектирования деформа-
ционных швов.
Например, выбрав при расчете конструкции определен-
ную длину сопрягаемых элементов Lp, зная характеристики
материалов, применяемых для сопрягаемых элементов, и ус-
ловия эксплуатации, по выражениям (39) - (42) можно вычис-
лить е = ALp/Lp и <7. Принимая а = а, получаем, что адгези-
онные и когезионные характеристики соединений в деформа-
339
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ционном шве должны превышать указанную величину. Затем,
используя aw как минимально необходимое значение, можно,
подставив его в выражение (45), оценить одну из основных ха-
рактеристик материала уплотнительного элемента - его мо-
дуль упругости Ew.
4.3. ОБУСТРОЙСТВО УПЛОТНЕНИЯ
ДЕФОРМАЦИОННЫХ ШВОВ
При эксплуатации можно выделить три основные группы
бетонных и железобетонных сооружений, в которых форми-
руют различные типы деформационных швов:
• сооружения, не подвергающиеся давлению жидкости -
большинство наземных зданий;
• сооружения, испытывающие на себе давление жидкости,
- плотины, емкости, береговые конструкции, обделка тонне-
лей и каналов, трубопроводы и т.п.;
• плиты из бетона и железобетона - автодороги, аэродро-
мы, автостоянки и пр.
В каждой из этих групп сооружений имеются деформаци-
онные швы, которые не имеют принципиальных конструк-
тивных отличий, и такие швы, которые существенно отлича-
ются друг от друга.
Как с конструктивной точки зрения, так и с точки зре-
ния используемых материалов все швы в сооружениях вне
зависимости от деталей их устройства и использования
можно подразделить на типы в соответствии с их основной
функцией и конфигурацией - конструктивным оформлени-
ем.
Основная функция рассматриваемых швов состоит в том,
что они должны воспринимать все возможные деформации
конструкции, в том числе тепловые, осадочные и т.п.
Придерживаясь с некоторой корректировкой примени-
тельно к подземным и заглубленным сооружениям, классифи-
340
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
кации С.Н. Попченко [13], конструктивно в деформационном
шве различают:
• зазор шва соответствующей величины;
• заполнитель полости шва;
• противофильтрационные или гидроизоляционные уп-
лотнения (далее - уплотнения).
О функциональном назначении зазора деформационного
шва и его величины достаточно подробно изложено в преды-
дущих разделах. Следует только добавить, что по конфигура-
ции зазоры деформационного шва могут быть плоскими,
штрабовидными, уступчатыми, возможно сочетание этих
конфигураций.
По заполненности зазора деформационного шва различают:
• полые швы;
• частично заполненные швы;
• заполненные швы.
Поскольку к заполнителю полости шва не предъявляют
требований по водонепроницаемости, в последнее время ма-
териалом заполнения служит листовой пенополистирол, ко-
торый вкладывают в шов при его формировании. Такое за-
полнение допускает свободное сжатие или раскрытие шва
практически без напряжений сопрягаемых элементов.
Вместе с тем в качестве заполнителей полости шва ис-
пользуют битумно-полимерные составы (мастика, термопла-
сты горячего или холодного отверждения), оклейку рулонны-
ми материалами, установку деревянных досок, применяемых
в качестве торцевой опалубки блоков бетонирования.
По величине зазора деформационные швы подразделяют на:
• узкие, до 30 мм;
• средние, до 60 мм;
• широкие, более 60 мм.
Следует отметить, что при назначении величины зазора
деформационного шва желательно придерживаться требова-
ния, что он должен как минимум в четыре раза превышать
прогнозируемую деформацию, т.е. А“адш=4.
341
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Естественно, что это соотношение не всегда выполняется,
поэтому дополнительно различают деформационные швы
малых перемещений - до 25% и больших перемещений > 25%.
Уплотнения деформационных швов выполняют и для при-
дания им свойств водонепроницаемости. В зависимости от ме-
ста расположения в плоскости шва уплотнения подразделяют
на контурные (внутренние и наружные) и мидельные - распо-
ложенные в средней части шва по толщине конструкции.
Основными материалами уплотнения деформационных
швов малых перемещений - до 25% величины зазора шва
(контурное уплотнение) - служат герметики.
В деформационных швах больших перемещений (более
25%) в качестве контурных и мидельных уплотнений исполь-
зуют специальные профили, шпонки, компрессионные уплот-
нители. Материалом таких уплотнителей являются синтети-
ческие каучуки (резины), пластифицированный поливинилх-
лорид, полиэтилен высокой или низкой плотности и т.п.
Очень часто для контурного уплотнения всех типов швов
используют гидроизоляционные ленты, как правило, на по-
лимерной основе.
При таком разнообразии возможных способов и матери-
алов для уплотнения швов без подробной информации труд-
но принять правильное проектное решение. Поэтому далее в
этом разделе приводится обзор различных видов уплотнения
зазоров деформационных швов в конструкциях преимущест-
венно подземных и заглубленных сооружений. При рассмот-
рении возможных способов уплотнения швов основное вни-
мание уделяется современным уплотнительным материалам и
изделиям, особенностям их применения.
4.3.1. Влияние температуры на деформационные
характеристики материалов-уплотнителей зазора шва
Существенное влияние на физико-механические характе-
ристики эластомерных материалов-уплотнителей деформаци-
342
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
онных швов оказывает температура окружающей среды. По
мере снижения температуры зазор деформационного шва уве-
личивается, и в материале-уплотнителе возникают растягива-
ющие напряжения. При этом возрастает жесткость материала
и значительно уменьшается возможность его удлинения. В за-
висимости от вида эластомерные материалы имеют различ-
ную температуру, при которой они теряют свои эластичные
свойства и переходят в стеклообразное состояние. Кроме то-
го, как указано ранее (см. раздел 4.2), расширение и сжатие
шва при понижении или повышении температуры происхо-
дит скачкообразно после преодоления сил трения по основа-
нию конструкции.
В этой связи при выборе материала уплотнителя и конст-
рукции деформационного шва должны учитываться такие
особенности, как динамика изменения зазора и эластичных
свойств материала уплотнителя.
Как известно, основными деформационными характерис-
тиками уплотнителя зазора деформационного шва является
модуль упругости материла, из которого он выполнен, вели-
чина напряжений и разрушающих удлинений. Для эластомер-
ных материалов в зависимости от их состояния различают
следующие виды модулей:
• разновесный модуль высокоэластичности - для высоко-
эластичного состояния, который подразделяют на "началь-
ный модуль", соответствующий начальному, прямолинейно-
му участку кривой зависимости а(е), и "секущий модуль", со-
ответствующий любой точке на кривой и определяемый как
отношение а/е в этой точке (рис. 16 [18]). Значения начально-
го модуля определяется порядком 10' МПа, а величину секу-
щего модуля часто приводят при £=100 или 300%;
• мгновенный модуль упругости - для стеклообразного со-
стояния, когда релаксация практически исключена. Значения
мгновенного модуля определяются порядком 103 МПа.
Учитывая особенности динамики работы деформацион-
ного шва, в первую очередь следует учитывать значения вели-
343
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Рис. 16. Зависимость напряжения 8 от деформации ев равновесном режиме нагру-
жения высокоэластичного материала.
Тангенсы углов а и (3 соответствуют значениям начального и секущего (для величины
деформации е) модулей.
чины начального модуля высокоэластичности и мгновенного
модуля упругости эластомерных материалов и их изменение в
зависимости от температуры (особенно в области отрица-
тельных температур).
В научно-технической литературе весьма слабо отражены
исследования поведения материалов для уплотнения швов в
указанной области, в лучшем случае по приводимым техниче-
ским характеристикам материала можно рассчитать секущий
модуль высокоэластичности при температуре « 20°С.
Имеются лишь отдельные публикации, посвященные ис-
следованиям анализируемых характеристик материалов. В ра-
боте [6] приведены результаты определения упругодеформаци-
онных и прочностных свойств материалов (битум БН-IV и пла-
стифицированный битум - пластбит) в интервале температур
+20...-30°С. Зависимость о(е) определяли в равновесных усло-
виях при постоянном напряжении растяжения: для битума -
0,08 МПа, для пластбита - 0,007 МПа. Рассчитанные значения
начального модуля высокоэластичности сведены в табл. 11.
344
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Таблица 11
Влияние температуры на изменение начального модуля эластичности
Температура, °C Начальный модуль высокоэластичности, Е, МПа
Битум БН IV Пластбит
+20 40 5
+10 800 -
0 700 52
-10 1500 -
-20 2000 128
-30 2400 250
Прочностные характеристики материалов определяли
при постоянной скорости растяжения - 60 мм/мин. Результа-
ты этого определения сведены в табл. 12.
Таблица 12
Влияние температуры на характеристики материалов
Температура, °C Битум БН IV Пластбит
Разрушающие напряжения, а, МПа Разрушающие удлинения, % Разрушающие напряжения, а, МПа Разрушающие удлинения, %
+20 0,5 150 0,03 110
+10 0,8 52 0,06 80
0 1,3 38 0,12 30
-10 - хрупкое разрушение - -
-20 - - 0,27 10
-30 - - - хрупкое разрушение
Как видно из табл. 11 и 12, при снижении температуры
имеет место существенное увеличение модуля и снижение раз-
рушающего удлинения, при этом хрупкое разрушение насту-
пает при температуре стеклования.
345
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Испытания пластифицированного поливинилхлорида
(PVC), предназначенного для изготовления гидроизоляцион-
ных шпонок, проводила фирма Master Builders Technologies
(Швейцария). Определялся модуль сдвига материала при кру-
чении в зависимости от температуры: + 2, -14 и -37°С; значения
модуля соответственно составили 4, 23 и 310 МПа. Аналогич-
ный материал испытывали при температуре 20°С на осевое
растяжение со скоростью приложения нагрузки 200 мм/мин и
рассчитывали значения напряжений (а) при относительной де-
формации (е) 50, 100, 200 и 360%; напряжения при растяжении
соответственно составили: 5,2; 8,1; 12 и 14 МПа. Характер кри-
вых а (е) позволяет определить равновесные модули высоко-
эластичности: начальный -10,3 МПа, а также секущие 8,1 МПа
(£ = 100%); 6,0 МПа (е = 200%) и 3,9 МПа (е = 360%).
Приведенные примеры показывают, что влияние темпера-
туры при работе материала уплотнителя деформационного
шва, даже при отсутствии исчерпывающей информации по
эластомерным характеристикам уплотнителя, можно оценить
и следовательно учесть при проектировании конструкции шва.
Вместе с тем приведенные примеры показывают, что если
температура окружающей среды может опуститься до -30°С,
то начальный модуль высокоэластичности материала-уплот-
нителя шва повысится примерно в 50-60 раз и, очевидно, де-
формационные свойства этого материала уменьшатся во
столько же раз. Следует иметь в виду, что указанное отноше-
ние для деформаций по большей части справедливо для мате-
риалов, которые еще не пришли в стеклообразное состояние.
Приведенные подсчеты соответствуют практическому
опыту, обобщенному в [16], где для различного рода матери-
алов-герметиков приведены их допустимые диапазоны растя-
жения-сжатия в зазоре деформационного шва при многократ-
ных знакопеременных тепловых нагрузках. Эти диапазоны в
процентах от ширины шва установлены по результатам при-
менения герметиков на строительной площадке с тем услови-
ем, чтобы материал герметика работал только в области уп-
346
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ругих деформаций, сохраняя возможность восстановления
своей формы. Количественно эти значения для некоторых
классов герметиков приведены в табл. 13.
Таблица 13
Допустимые значения растяжения/сжатия для некоторых видов
герметиков для заполнения швов
Вид герметика для заполнения швов Допустимые значения растяжения/сжатия, % от ширины шва Примечание
1. Мастики (полибутилены, полиизобутилены) 3% Неотвержаемые в своей массе
2. Термопласты: • горячего отвержения (битумы) • холодного отвержения (резино-битумы, бутил-каучук) 5% 7% Отвержение при охлажении Отвержение при испарении растворителя или разрушении эмульсий под воздействием воздуха
3. Термореактопласты (винилацетаты, полисульфиды, эпоксиды, полиуретаны) 25% Химическое отвержение
4. Силиконы 25-50% * Вулканизация на воздухе
*) - в зависимости от коэффициента формы
Как видно из табл. 13, существенное влияние на допусти-
мые деформации герметика оказывают его природа и соот-
ветствующие технические характеристики. Так, регламенти-
рованные отечественными нормами материалы, относящиеся
к классу мастик и термопластов, имеют весьма ограниченный
диапазон допустимых перемещений. Это обстоятельство, ве-
роятно, и определяет наличие отказов при деформациях
швов, превышающих указанные значения. Например, шов,
выполненный с типичным зазором 20-25 мм и заполненный
герметиком на битумном вяжущем, сохраняет герметичность
при многократных деформациях в пределах только 1,25-1,5
мм (max 2,0 мм).
347
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Следует отметить, что приведенные в табл. 13 значения
определяют работоспособность герметиков в шве независимо
от конструктивных особенностей последнего. Между тем су-
щественное влияние на целостность герметика в шве оказыва-
ет отношение глубины заполнения шва (d) к ширине шва (W),
которое определяют как коэффициент формы (К), K-d/W ,
характеризующий напряженно-деформированное состояние
герметика при изменении величины зазора шва. Эта взаимо-
связь приведена на рис. 17 [14, 16].
Так, например, увеличение зазора шва на 50% при /С=1
могут обеспечить герметики, обладающие относительным уд-
линением на разрыв не менее 65%; при К=2 - соответственно,
не менее 85%; при К=3 - 125%, и наоборот, герметик, облада-
ющий относительным удлинением на разрыв 100%, может со-
хранить свою целостность при увеличении зазора шва на 40%
при К=3; на 60% при К=2 и на 80% при Я=1.
Таким образом, чем больше значение коэффициента фор-
мы (К), тем меньшую величину увеличения зазора шва может
обеспечить данный герметик.
Для практического использования данных, приведенных
на графиках рис. 17, на величину предельной деформативно-
сти материала герметиков следует вводить понижающие ко-
эффициенты, обеспечивающие его работу в упругой стадии.
Эти коэффициенты индивидуальны для каждого материала и
указываются в их технических описаниях. Минимально этот
коэффициент принимается равным 4, а в отдельных случаях
для некоторых герметиков, в том числе и на основе силиконо-
вых материалов, он может достигать и 50.
Конечно, рассмотренные закономерности не в полной ме-
ре отражают условия эксплуатации швов и требуют дальней-
шего детального анализа.
Вместе с тем в деформационных швах с малыми переме-
щениями (до 25%) применение герметиков может быть реали-
зовано при тщательном подборе материала и создании необ-
ходимого коэффициента формы.
348
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Изменение ширины раскрытия шва, %
Рис. 17. Влияние коэффициента формы на деформативность уплотнительных
материалов.
4.3.2. Применение мастик и герметиков для уплотнения швов
В данном разделе речь идет об эксплуатационных харак-
теристиках герметиков и вспомогательных материалов.
Вследствие ограниченности своих возможностей подобные
материалы могут эффективно выполнять функции уплотните-
ля только в узких швах с небольшой величиной зазора шва
349
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
(до 25 мм) и небольшой величиной последующих деформаций
(до ± 25%). Форма и конфигурация шва, способ, с помощью
которого выполняется его замыкание, возможность укладки
герметика также налагают ограничения на типы материалов,
которые могут считаться пригодными в том или ином кон-
кретном случае.
В процессе эксплуатации условия окружающей среды ча-
сто делают необходимым принятие дополнительных требова-
ний к заполнению швов, не ограничивающихся только требо-
ваниями, относящимися к восприятию деформаций.
Подбор наиболее подходящих материалов в конкретном
случае является сложным процессом вследствие большого ко-
личества связанных с этим переменных. Однако можно прове-
сти классификацию основных свойств, которые должны
иметь эти материалы, в зависимости от того, насколько они
подходят для заполнения различных типов швов.
В основном в разделе рассматриваются герметики, фор-
мование которых производится в построечных условиях и
которые применяются в тех случаях, когда одна поверхность
готового шва открыта для проведения работ по герметиза-
ции. Герметики, используемые для таких целей, представле-
ны в таблице 13. Кроме того, конструкция шва в случае вос-
приятия температурных деформаций может предусматри-
вать установку ленточных прокладок под тем участком, на
котором будет произведена укладка герметика, "листа-
скольжения" - материала, препятствующего сцеплению, с це-
лью разделения герметика и прилегающего к нему субстрата;
подкладочных материалов, обеспечивающих опору гермети-
ка для предотвращения провисания, т.е. заполнителя шва.
Такое конструктивное оформление деформационных швов
при использовании в качестве уплотнителя герметиков пред-
ставлено на рис. 18.
Для эффективного выполнения своих функций герметик
или уплотнитель шва должен:
1. Представлять собой непроницаемый материал.
350
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
W + AW
При малом d
- низкие напряжения
При большом d
- сильные напряжения
Рис. 18. Использование герметиков для уплотнения деформационных швов.
а - сечение шва;
б - напряжения в герметике;
в - улучшение условий работы при Т-образном сечении шва.
W- величина зазора деформационного шва;
d - толщина уплотнительного элемента;
AW - деформация в зазоре шва при растяжении;
1 - уплотнительный элемент - герметик;
2 - заполнитель шва;
3 - подкладочный элемент - "лист скольжения".
351
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
2. Изменять свою форму и размеры с целью восприятия
скорости и величины деформации, происходящей в шве.
3. Восстанавливать свои исходные свойства и форму в
случае воздействия на него циклических деформаций.
4. Обладать сцеплением с субстратом. Это означает, что
все герметики и уплотнители, за исключением готовых уплот-
няющих прокладок, в которых возникают внутренние напря-
жения и которые оказывают давление на поверхности субст-
рата или имеют механическое крепление с ним с помощью ан-
керовки, должны сцепляться с бетонными поверхностями и не
допускать адгезионного разрушения, а также отслаивания на
углах или на других участках, подвергающихся воздействию
нагрузок.
5. Не подвергаться внутреннему разрушению или разрыву
(т.е. когезионному разрушению).
6. Обладать стойкостью к текучести под воздействием си-
лы тяжести (или гидростатического давления жидкости) или к
значительному размягчению при высокой температуре экс-
плуатации.
7. Не затвердевать и не приобретать недопустимую хруп-
кость при низкой температуре эксплуатации.
8. Не обнаруживать отрицательных симптомов старения
под воздействием атмосферных влияний и других эксплуата-
ционных факторов в течение проектного срока эксплуата-
ции.
В зависимости от конкретных условий эксплуатации от
герметика или уплотнителя может потребоваться стойкость к
воздействию одного или нескольких из следующих факторов:
интрузии (включению или попаданию внутрь) постороннего
вещества; износа; образованию вмятин; захвата транспортом;
воздействия огня или агрессивных химических веществ. Кро-
ме того, могут также предъявляться требования относительно
того, чтобы герметик или уплотнитель шва имел тот или иной
определенный цвет, обладал цветопрочностью и не оставлял
пятен на субстрате.
352
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Кроме того, качество герметика не должно ухудшаться
при хранении его перед использованием в течение определен-
ного срока, работа с этим материалом и его укладка не долж-
ны отличаться сложностью, и в нем не должно содержаться
веществ, вредных для пользователя, субстрата и других мате-
риалов шва, с которым он может соседствовать.
Ни один материал не обладает идеальными свойствами,
необходимыми для того, чтобы полностью удовлетворять
всем требованиям в каждом отдельно взятом случае. Поэтому
вопрос сводится в подбору материала, который по показате-
лям экономичности и по своему качеству оказывается прием-
лемым для данного конкретного случая.
В течение многих лет единственно возможными гермети-
зирующими материалами были мастики на основе нефтяных
битумов и металлические изделия. В последние годы активно
разрабатываются многие типы "эластомерных" (высокоэлас-
тичных) герметизирующих составов, которые после отверж-
дения становятся упругими и гибкими. Формование высоко-
эластичных составов проводят в построечных условиях.
Рассмотрим основные свойства и возможность примене-
ния герметиков, представленных в табл. 13.
Мастики - вязкие жидкости, реологические свойства ко-
торых обеспечиваются введением синтетических волокон и
других наполнителей. После нанесения они по большей части
не отверждаются, но образуют на своей поверхности атмо-
сферостойкую пленку. К мастикам относятся высыхающие
или невысыхающие масляно-смолистые соединения, битумы с
низкой температурой плавления, полибутены (полибутиле-
ны), полиизобутилены или сочетания этих материалов. Допу-
стимый диапазон расширения-сжатия мастик в условиях экс-
плуатации составляет приблизительно ±3%.
Мастики применяются в тех случаях, когда прогнозирует-
ся лишь небольшая деформативность швов, а их стоимость
оказывается более важной, чем последующие расходы на те-
кущий ремонт. При старении большинство мастик отвердева-
353
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ют на все большую глубину по мере их окисления и выделе-
ния летучих веществ. Это снижает их эксплуатационную на-
дежность. Полибутеновые (полибутиленовые) и полиизобу-
тиленовые мастики имеют несколько более длительный срок
эксплуатации, чем битумные.
Термопласты, наносимые горячим способом, - это материа-
лы, которые размягчаются при нагревании и приобретают же-
сткость или даже отвердевают при охлаждении, что обычно не
сопровождается химическими изменениями. К этим материа-
лам относятся битум и каменноугольный деготь, в т.ч. с добав-
кой каучука, пека (каменноугольные смолы). Допустимый ди-
апазон расширения-сжатия составляет ±5%. На это предельное
значение деформативности оказывают непосредственное влия-
ние температура эксплуатации и особенности старения мате-
риалов. С возрастом эти материалы утрачивают эластичность,
начинают захватывать посторонние вещества и выдавливаться
из швов. На физические свойства может оказать отрицатель-
ное влияние их чрезмерное нагревание при нанесении.
Материалы этой группы, имеющие битумную основу,
можно размягчить с помощью углеводородов. Материалы на
основе дегтя обладают стойкостью к воздействию нефтяных
продуктов.
Использование этого типа термопластов ограничивается
горизонтальными швами, потому что из вертикальных швов
они вытекают.
Материалы на основе каменноугольного дегтя с добавкой
поливинилхлорида обладают улучшенными характеристика-
ми и свойствами:
• не текут при повышенной температуре эксплуатации;
• упруги и эластичны;
• стойки к атмосферным воздействиям и к старению;
• противостоят воздействию топлива и других химичес-
ких веществ той же степени агрессивности;
• при определенных условиях допускают растяжение-сжа-
тие до ±25%.
354
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Такие герметики на основе каменноугольного дегтя с по-
ливинилхлоридом используются в швах дорожной одежды и
облицовки каналов.
Термопласты, наносимые холодным способом, - материа-
лы, отверждение которых происходит за счет выделения рас-
творителей или разрушения эмульсий на воздухе. Иногда, для
того чтобы облегчить процесс нанесения, их нагревают до
температуры 50°С, но обычно работу с ними производят при
температуре окружающей среды. Выделение растворителя
или воды может вызвать усадку и повысить жесткость мате-
риала, что приводит к уменьшению величины воспринимае-
мых деформаций и снижению эксплуатационной надежности.
В основном это материалы типа битумов с резиной, винила,
акрилов и бутилкаучуков с добавками. Допустимый диапазон
растяжения-сжатия у них составляет ±7%. Однако эта цифра
может снизиться в результате размягчения при нагревании и
твердения при охлаждении. Применение этих материалов ог-
раничено швами с небольшим значением деформаций, а так-
же в качестве уплотняющих материалов для трещин.
Термо реактивные пластики, отверждение которых проис-
ходит химическим способом. Материалы, относящиеся к этой
группе, представляют собой одно-, двухкомпонентные систе-
мы, которые отверждаются в ходе химической реакции, пере-
ходя в твердое состояние. К таким материалам относятся: по-
лисульфид, каменноугольный деготь с полисульфидом, поли-
уретан, каменноугольный деготь с полиуретаном, силикон,
уретан и материалы на основе эпоксидов. К свойствам, кото-
рые делают их пригодными для использования в качестве гер-
метиков и уплотнителей в разнообразных областях примене-
ния, относятся стойкость к атмосферным воздействиям и воз-
действию озона, эластичность и упругость как при положи-
тельной, так и отрицательной температуре; стойкость к воз-
действию различных химических веществ. Кроме того, у уре-
тановых герметиков абразивостойкость и сопротивление
вдавливанию оказываются выше средних значений. Терморе-
355
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
активные герметики и уплотнители, отверждение которых
происходит химическим способом, обладают диапазоном
расширения-сжатия, доходящим для силиконов - +100/-50%;
полиуретанов - 25%; полисульфидов - 25%; для материалов
на эпоксидной основе - менее 25%.
Дополнительно следует отметить, что силиконовые гер-
метики сохраняют большую эластичность в более широком
диапазоне температур, чем другие жидкие герметики и уплот-
нители, формование которых производится в построечных
условиях. Полисульфиды используются для сооружений, по-
стоянно испытывающих воздействие воды.
Если внутренние боковые поверхности шва находятся в
чистом состоянии и при укладке удовлетворяют всем осталь-
ным требованиям, то в этом случае термореактивные герме-
тики способны воспринять без повреждений большую вели-
чину деформаций, чем другие герметики, формование кото-
рых производится в построечных условиях, и обычно имеют
гораздо более длительный срок эксплуатации.
Термо реактивные пластики, отверждение которых про-
исходит химическим способом с выделением растворителей.
Эта группа материалов представлена хлорсульфированным
полиэтиленом, бутадиен-стиролом, силиконами. Их эксплу-
атационные характеристики в целом сходны со свойствами
термопластичных материалов, наносимых холодным спосо-
бом. Однако после отверждения они обладают меньшей чув-
ствительностью к температурным колебаниям. Использова-
ние этой группы материалов ограничивается небольшими
величинами деформаций. Их стоимость ниже, чем у других
эластомерных герметиков, а срок службы вполне удовлетво-
рителен.
С 1993 года классификация герметиков, используемых
при выполнении строительных работ, производится в соот-
ветствии со стандартом Международной организации по
стандартизации ISO 11600 [19]. Приложением к стандарту
приняты соответствующие методики их испытаний.
356
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
В отличие от ранее принятых классификаций, в основе по-
ложены не химические реакции, характерные для данного ти-
па герметика, а его физико-химические и эксплуатационные
характеристики.
Категория герметиков типа F, предназначенных для ис-
пользования в строительстве, представлена семью классами
герметиков, охватывающих их деформационную способ-
ность, эластичность и модуль упругости. Эти классы гермети-
ков представлены в таблице 14 [20].
Таблица 14
Строительные герметики типа F
Класс герметика Обозначение
25LM 25% деформация*
25НМ Высокий или низкий модуль упругости
20LM 20НМ 1 20% деформация*
12.5Е “I 12,5% деформация, эластичный
12.5Р 12,5% деформация, пластичный
7,5Р 7,5% деформация, пластичный
*)Герметики с деформативностью 25% и 20% по своим характеристикам, по опреде-
лению, являются эластичными.
Вспомогательные материалы.
1. Праймеры (грунтовки) - связующие составы, обеспечи-
вающие необходимое сцепление герметика с материалом кон-
струкции за счет физической и/или химической адсорбции.
Использование праймеров диктуется необходимостью совме-
щения материалов с различными физико-химическими свой-
ствами контактирующих поверхностей. Например, при ис-
пользовании герметиков на битумной основе в деформацион-
ных швах бетонных конструкций обязательно применение
праймеров. Это вызвано тем, что бетон обладает свойствами
гидрофильности, а герметик противоположными свойствами
- гиброфобностью. Необходимость применения праймеров
указывается в технических описаниях герметиков и зависит
от вида поверхностей, на которые они наносится.
357
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
2. Подкладочные элементы (подложки) - размещаются в
зазоре деформационного шва, обеспечивая формирование
уплотнителя заданных размеров и формы. Обычно применя-
ют элементы, изготовленные из пористой резины, дорнита,
пороизола, пенополиэтилена (вилатерм СМ), пенополистиро-
ла. Не обладая адгезией к герметикам, они обеспечивают ос-
новное требование работы уплотнителя - сцепление только с
боковыми поверхностями сопрягаемых элементов конструк-
ции. Металлические подкладки, используемые, например, в
Т-образных деформационных швах, создают необходимую
опору и препятствуют продавливанию герметика в зазор шва.
Поверх металлической подкладки для предотвращения ее
сцепления с герметиком укладывают лист скольжения (поли-
этиленовая пленка, картон со специальной пропиткой и т.п.).
3. Материалы, предотвращающие сцепление. Многие под-
кладочные материалы не обладают адгезией к герметикам. В
подобных случаях нет необходимости использовать материа-
лы, препятствующие сцеплению. В тех случаях, когда требует-
ся отдельный материал, "лист скольжения", предотвращаю-
щий сцепление, часто используются полиэтиленовая лента,
картон со специальным покрытием и металлическая фольга.
4.3.3. Применение гидроизоляционных лент
для уплотнения деформационных швов
Детальный анализ приведенного ранее выражения, опре-
деленного как коэффициент формы K=d/W, позволяет отме-
тить два весьма важных положения.
Во-первых, наилучшие условия эксплуатации с мини-
мальной величиной напряженно-деформированного состоя-
ния уплотнительного материала достигаются при предельном
значении коэффициента формы К стремящемся к нулю: К—>0.
При таком состоянии реализуются предельные деформатив-
ные и упругопластические свойства уплотнительного матери-
ала.
358
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Во-вторых, возможность конструктивно обеспечить та-
кие условия уполтнения зазора шва может быть достигнута
или при Т-образной конструкции шва или, что намного про-
ще, при условии уменьшения толщины уплотнительного ма-
териала d, т.е. при d—>0. Такой вариант уплотнения шва мож-
но рассматривать как обустройство уплотнения зазора шва
тонкими мембранами, например различного рода гидроизо-
ляционными лентами (рис. 19).
а)
Рис. 19. Уплотнение зазора деформационного шва гидроизоляционными лентами.
а) без петли-компенсатора; б) с петлей-компенсатором
1 - гидроизоляционная лента; 2 - клеевой состав;
3 - ремонтный состав, выравнивающий профиль конструкции.
359
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Применение гидроизоляционных лент позволяет как бы
локализовать, существенно уменьшить влияние такого параме-
тра, влияющего на надежную работу уплотнительного матери-
ала зазора деформационного шва, как адгезия. Действительно,
лента при установке монтируется на наружные поверхности
конструкции вдоль зазора шва, и при увеличении зазора шва в
местах монтажа ленты к основанию будут возникать только
напряжения сдвига. Предельное значение напряжений сдвига
во много раз превышает усилия при нормальном отрыве, по-
этому для повреждения такого узла потребуются усилия, пре-
вышающие прочностные характеристики самой ленты.
С рассмотренных позиций можно оценивать и условия ра-
боты многослойной рулонной оклеенной гидроизоляции. С
увеличением количества слоев материала пропорционально
увеличивается значение d и, соответственно, возрастает зна-
чение коэффициента формы А*, при этом снижается допусти-
мая относительная величина воспринимаемых деформаций.
Кроме того, рассматривая деформативность строитель-
ных конструкций различных сооружений, особенно их под-
земной части, нужно принимать во внимание следующее. Во-
первых, изменение величины зазора деформационного шва не
происходит плавно, а часто реализуется скачкообразно, за
очень малый промежуток времени. К сожалению, ни гермети-
ки, ни битумные рулонные материалы не могут без наруше-
ний воспринимать такие деформативные изменения в конст-
рукции, особенно при отрицательных температурах.
Во-вторых, протяженные сооружения с развитой подзем-
ной частью, как правило, имеют определенное количество де-
формационных швов, которые в основном проектируются и
рассчитываются как равнозначные с распределенным восприя-
тием возникающих деформаций. Однако в процессе строитель-
ства и эксплуатации очень часто возникают ситуации, когда от-
дельные участки сооружения в силу ряда причин, как, напри-
мер, неравномерная обратная засыпка и т.п., оказываются силь-
нее обжатыми, защемленными, вследствие чего при деформи-
360
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ровании конструкции возникающие перемещения воспринима-
ются швами неравномерно. В связи с этим в некоторых швах ве-
личины деформаций могут превышать расчетные значения,
приводя к нарушению целостности системы гидроизоляции.
Рассматривая в целом указанные условия работы уплот-
нителей деформационных швов, а также учитывая, что смеж-
ные секции конструкций сооружения могут иметь как про-
дольные, так и поперечные деформации, требуется разработ-
ка принципиально нового подхода к системе уплотнения де-
формационных швов. В основу такого решения должна быть
положена высокотехнологичная многоуровневая система уп-
лотнения деформационных швов.
Конструктивное решение по уплотнению деформацион-
ных швов, воспринимающих значительные (>25% от ширины
шва) перемещения, должно представлять собой как минимум
двухуровневую систему защиты, один из уровней которой мо-
жет быть выполнен из гидроизоляционной ленты.
В такой системе уплотнения лента может быть смонтиро-
вана как по внешнему контуру зазора шва, так и с его внут-
ренней стороны. В процессе установки лента может стыко-
ваться с наружной гидроизоляционной мембраной, образуя
вместе с ней неразрывный замкнутый контур, либо распола-
гаться под контуром наружной гидроизоляционной мембра-
ны конструкции. В зазоре шва находится только тонкая поло-
са ленты, обеспечивающая наименьший коэффициент формы
(J—>0). Кроме того, ленту можно смонтировать в зазоре шва с
формированием петли-компенсатора, что существенно повы-
шает надежность системы уплотнения шва, так как вначале
при деформациях конструкции выбирается "слабина" ленты,
и только после натяжения ленты, при значительных переме-
щениях, начинают реализовываться деформативные (упруго-
эластичные) характеристики материала ленты.
Возможные варианты монтажа ленты при обустройстве
уплотнения зазора деформационных швов представлены на
рис. 20. Как видно из рисунков, одним из преимуществ гидро-
361
Г) д) е)
Рис. 20. Варианты применения гидроизоляционной ленты при уплотнении зазоров швов (трещин).
а - в рабочих швах бетонирования;
•б - при узких швах и трещинах;
в-в деформационных швах и по сквозным широким трещинам;
г - с заглублением в штрабу;
д - по примыканию стена/пол;
е - при "замковом" соединении элементов конструкции.
1 - гидроизоляционная лента;
2 - клеевой состав;
3 - "петля-компенсатор”;
4 - защитный состав.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
изоляционной ленты следует считать возможность ее монта-
жа в сопрягаемых элементах с разной конфигурацией.
Номенклатура выпускаемых в настоящее время гидроизоля-
ционных лент достаточно широка, и приводить ее в настоящем
обзоре вряд ли оправданно. Следует только отметить, что обыч-
но гидроизоляционные ленты изготавливаются из неопренового
каучука, материалов на основе ЭПДМ, пластифицированного
ПВХ, хлорсульфированного полиэтилена и других подобных
материалов. Они производятся и поставляются самой различ-
ной ширины - от 50 до 500 мм и более, толщиной от долей до не-
скольких миллиметров. Отдельные типы лент обладают относи-
тельным удлинением на разрыв до 400%, а также повышенной
морозостойкостью, с температурой хрупкости -50°С.
Гидроизоляционные ленты поставляются в рулонах дли-
ной от 3 до 50 м. При необходимости стыковки отдельных от-
резков ленты они свариваются или склеиваются. Способ сты-
ковки отдельных отрезков устанавливается в зависимости от
условий выполнения работ и типа материала применяемой
гидроизоляционной ленты.
Монтаж гидроизоляционных лент на поверхности конст-
рукции вдоль зазора шва выполняется с помощью клеевых со-
ставов на эпоксидной основе или на основе полиуретанов.
Единственным ограничением при таких условиях монтажа
является требование к влажности поверхности основания -
оно должно быть сухим (относительная влажность < 4%).
Вместе с тем при позитивном давлении воды специальные
виды гидроизоляционных лент, имеющих вдоль полотна ан-
керные полосы, можно монтировать и на влажное основание,
используя при установке составы на полимерцементной осно-
ве (рис. 21).
Большое внимание при установке гидроизоляционных
лент следует обращать на места сопряжения вертикальных и
горизонтальных швов при изменении направления оси шва и
при уплотнении сопряжений конструкций, особенно когда
лента монтируется с петлей-компенсатором. В этих местах
363
364
б)
Д)
Порядок выполнения работ:
а) Наложить на деформационный шов клей-
кую ленту (типа "Скотч") требуемой ширины.
б) Нанести первый слой клеевого состава
толщиной 1-1,5 мм с таким расчетом, чтобы
он выступал за края ленты не менее чем на
2 см.
в) Удалить клейкую ленту. Наложить гидро-
изоляционную ленту и вдавить ее в клеевой
состав.
г) Нанести второй слой клеевого состава
толщиной 1-1,5 мм поверх ленты, оставляя
центральную часть свободной.
Рис. 21. Монтаж эластичной гидроизоляционной ленты на бетон при ее креплении цементно-полимерным составом.
1 - деформационный шов; 2 - сопрягаемые элементы конструкции; 3 - клеевой состав; 4 - гидроизоляционная лента; 5 - клейкая
лента.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
возможно образование складок при изгибе ленты и, как след-
ствие, неплотности и дефекты установки.
Чтобы исключить подобное явление, требуется специаль-
ный раскрой и монтаж ленты, которые несколько усложняют
технологию ведения работ.
Гидроизоляционные ленты применяются, как правило,
при позитивном воздействии воды на элементы шва, однако
они могут применяться и при негативном воздействии. В этом
случае помимо уплотнения зазора шва они выполняют еще
функцию водоулавливающих и водоотводящих лотков, по-
этому в таких местах их установки должна быть обустроена
система водоудаления, дренажа (рис. 22), а также система по-
догрева лотков, в противном случае лотки могут замерзнуть
и не обеспечить свою функцию.
Рис. 22. Применение гидроизоляционных лент в резервных водоотводящих системах
деформационных швов.
1 - деформационный шов;
2 - эластичный заполнитель шва;
3 - гидроизоляционная лента;
4 - нащельник (лист нержавеющей стали);
5 - элемент системы подогрева;
6 - капельник;
7 - болт анкерный.
365
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Гидроизоляционные ленты имеют постоянные физико-
механические характеристики, удобны в производстве работ.
Сравнительно небольшая стоимость лент позволяет их ис-
пользовать в самых различных конструкциях и в достаточно
большом объеме.
Швы, уплотненные с помощью гидроизоляционных
лент, особенно с петлей-компенсатором, могут восприни-
мать деформации в различных плоскостях и очень часто ис-
пользуются как дополнительный уровень защиты, а также
при проведении ремонтных работ. В последнем случае для
их надежного монтажа необходимо учитывать фактические
характеристики конструкции: чистоту обустраиваемой по-
верхности, ее прочность, влажность, а также условия выпол-
нения работ.
Единственным ограничением по использованию гидро-
изоляционных лент является то, что их не рекомендуется ус-
танавливать в швах без устройства дополнительной защиты
от различных механических воздействий и попадания грязи.
Одним из наиболее качественных изделий, относящихся к
этой группе уплотнительных материалов, является гидроизо-
ляционная лента MEYCOFLEX фирмы МВТ, Швейцария.
Лента изготавливается из эластифицированного PVC (ПВХ),
обладает относительным удлинением на разрыв - 400% и по-
вышенной морозостойкостью - температура хрупкости - ми-
нус 50°С. Лента выпускается шириной от 100 до 500 мм и тол-
щиной 1 и 2 мм. При установке лента приклеивается к осно-
ванию составами на основе эпоксидных смол или акрилатов.
Причем при использовании акрилатных клеевых составов ра-
боты по монтажу ленты можно проводить при температуре
окружающего воздуха до -10°С.
Предлагаемые конструктивные решения по многоуровне-
вой системе уплотнения деформационных швов успешно реа-
лизуются при строительстве различных подземных сооруже-
ний. В качестве примеров можно указать транспортный тон-
нель на Волоколамском шоссе под каналом имени Москвы,
366
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
тоннели на проспекте Мира, подземную развязку 3-го транс-
портного кольца в районе площади Гагарина и ряд других
объектов. Только за период 2000-2002 гг. специалистами ЗАО
"Триада-Холдинг" обустроено более 5000 погонных метров
деформационных швов, где в качестве контурного уплотне-
ния использована гидроизоляционная лента MEYCOFLEX.
Особый интерес представляет конструкция швов тоннеля
на Волоколамском шоссе, где по наружному контуру тоннеля
выполнена металлоизоляция. Учитывая особенность распо-
ложения тоннеля - под действующим каналом имени Москвы,
- система уплотнения включала три уровня защиты. Два из
них - наружное и внутреннее контурные уплотнения - выпол-
нены из ленты MEYCOFLEX, а в качестве мидельного уплот-
нения использован профиль Masterflex 2000 DK 12S.
4.3.4. Уплотнение деформационных швов с помощью
гидротехнических профилей и шпонок
Еще одним возможным способом уплотнения зазора де-
формационного шва могут служить уплотнительные про-
кладки, различные профили или гидроизоляционные шпон-
ки. Эти прокладки, профили или шпонки представляют собой
фасонные детали из упругих гидроизоляционных материа-
лов, которые помещают в стыки или швы конструкций при их
бетонировании.
Раньше в большинстве случаев для изготовления подоб-
ных элементов применяли различные металлы: медь и олово,
цинк, сталь и другие. Однако применение уплотнительных
элементов из металла не всегда приносит желаемый резуль-
тат. Так, например, уплотнительные элементы из меди могут
быть причиной электролитических процессов в местах кон-
такта со стальной арматурой. Стальные элементы должны
быть защищены от коррозии, т.к. требуют дополнительных
мер защиты. Применение цветных металлов, некорродирую-
щих в условиях эксплуатации, также ограничено.
367
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Кроме того, деформируемость уплотнительных элемен-
тов из металлов ограничена их жесткостью, либо их надо
специально профилировать, что требует специального про-
мышленного изготовления. Использование "жестких" эле-
ментов в качестве мидельного уплотнения и их установка в
тело конструкции при его бетонировании, особенно на кри-
волинейных участках и в углах, весьма сложный и трудоем-
кий процесс.
Перечисленные недостатки использования металлов за-
ставляют искать альтернативные варианты, одним из кото-
рых, а может, и наилучшим, является вариант использования
уплотнительных прокладок, профилей и шпонок из полимер-
ных материалов или резины.
Наибольшее распространение получили уплотнительные
элементы различной конфигурации из пластифицированного
ПВХ и резины, как обычной, так и специальной, на основе
ЭПДМ, выпускаемые в основном теми же фирмами, которые
производят гидроизоляционные ленты.
Профиль уплотнительного элемента должен быть выбран
так, чтобы после сопряжения с элементами конструкции, т.е.
после омоноличивания, были обеспечены возможные дефор-
мации частей сооружения без повреждений уплотнительного
элемента, плотный и надежный, желательно протяженный,
контакт с основным материалом конструкции, чаще всего с
бетоном.
В настоящее время используются профили и шпонки са-
мых различных типов, некоторые из которых представлены
на рис. 23.
Первоначально широкое применение нашли резиновые
шпонки в виде "гантели" (см. рис. 23 г), однако они плохо вос-
принимали деформации сдвига. Затем были разработаны и
стали использоваться так называемые "трехкулачковые"
шпонки, имеющие полую центральную часть в виде цилинд-
ра. Такие типы шпонок выпускаются у нас в стране и в насто-
ящее время (рис. 23 д). В этой конструкции центральная часть
368
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Зубчатая двухсторонняя а)
клиновая
Зубчатая двухсторонняя с О- б)
образным компенсатором
Зубчатая двухсторонняя с V- в)
образным компенсатором
2 - кулачковая г)
3-кулачковая Д)
Анкерная односторонняя е)
Лабиринтная ж)
Анкерная односторонняя с з)
компенсатором
Анкерная двухсторонняя и)
объемного перемещения
Рис. 23. Типоразмеры профилей и шпонок, устанавливаемых во время бетонирования.
может воспринимать как деформации сжатия и растяжения,
так и деформации сдвига.
Использование для изготовления шпонок современных
резин на основе ЭПДМ позволило существенно сократить их
габаритные размеры при сохранении характеристик по де-
формативности. В этом плане интерес представляет гидротех-
ническая шпонка ТХЗ-1, представленная на рис. 24.
В отличие от гидроизоляционных шпонок из резины
шпонки из ПВХ имеют более развитый, более сложный про-
369
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
филь на краях шпонки, имеющий большую площадь контак-
та и сцепления с бетоном. Это связано с тем, что чем больше
площадь контакта шпонки с бетоном, тем выше герметизиру-
ющая способность. Для шпонок из ПВХ такое условие весьма
желательно, т.к. они более пластичны, чем резиновые, и обла-
б)
Рис. 24. Универсальная гидротехническая шпонка ТХЗ-1.
а - схема расположения шпонки в "теле" бетона;
б - сечение шпонки, основные размеры.
1 - бетонная конструкция;
2 - гидротехническая шпонка ТХЗ-1;
3 - водонабухающая уплотнительная прокладка;
4 - фасонные элементы шпонки;
5 - крепление шпонки к арматуре.
370
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
дают меньшей упругостью (рис. 23 а, б, в), особенно при сни-
жении температуры.
Еще одной модификацией гидроизоляционных шпонок
являются шпонки так называемого "лабиринтного" типа (рис.
23 ж), которые могут иметь внутреннюю полость. Достоинст-
вом этого типа шпонок является простота монтажа. Если при
установке плоских ленточных шпонок требуется использова-
ние разрезной торцевой опалубки, в которую при бетониро-
вании закрепляется шпонка, то при монтаже "лабиринтных"
шпонок их крепят к опалубке. После снятия опалубки и бето-
нировании сопрягаемой секции не требуется никаких допол-
нительных мероприятий, надежность соединения обеспечива-
ется только тщательной укладкой бетонной смеси.
Широкое применение получили односторонние плоские
гидротехнические шпонки с полой П-образной центральной
частью, предназначенной для восприятия деформаций сжа-
тия/растяжения (рис. 23 з).
Такие шпонки в качестве контурного уплотнения могут
устанавливаться как с наружной стороны, так и с внутренней
стороны деформационного шва при бетонировании сопряга-
емых элементов конструкций. Достоинством такого типа
шпонок является то, что при их установке с наружной сторо-
ны конструкции они могут стыковаться с оклеенной гидро-
изоляцией, образуя замкнутый контур. К недостаткам следу-
ет отнести то, что, во-первых, эти шпонки устанавливаются в
определенный зазор шва, во-вторых, при изменении плоско-
сти расположения шпонки необходимо очень точное, вплоть
до нескольких миллиметров, расположение фасонного эле-
мента, что не всегда можно реализовать в построечных усло-
виях. Кроме того, при расположении шпонки на внешней,
плоской горизонтальной стороне шва возникают трудности с
омоноличиванием анкерных элементов. С помощью этих
шпонок сложно получить высокое качество работ при бето-
нировании перекрытий, поэтому в основном их следует ис-
пользовать для уплотнения швов в лотках, днище и стенах.
371
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Особый интерес в номенклатуре гидротехнических шпо-
нок представляет уплотнительный профиль объемных пере-
мещений MASTERFLEX 2000 DK 12S (рис. 23и) фирмы МВТ
(Швейцария). В конструкции этого профиля, используемого в
качестве мидельного уплотнения, совмещены достоинства ва-
рианта уплотнения швов с помощью двух гидроизоляцион-
ных лент и возможность омоноличивания при бетонирова-
нии элементов конструкций, а также независимость от вели-
чины установочного зазора деформационного шва. Матери-
ал профиля - пластифицированный ПВХ, который может на-
дежно свариваться даже в построечных условиях. Он облада-
ет относительным удлинением на разрыв 350% и высокой мо-
розостойкостью.
Конструктивно профиль выполнен в виде двух полос пе-
ременной толщины, соединенных двумя U-образными петля-
ми-компенсаторами длиной ~ 60 мм каждая. С наружной сто-
роны вдоль полос профиля имеются по три Т-образных ан-
керных элемента, обеспечивающих крепление профиля в бе-
тоне боковых поверхностей зазора деформационного шва.
Зазор деформационного шва формируется независимо от
монтажа арматурного каркаса. Величина зазора деформаци-
онного шва задается при установке рабочих закладных эле-
ментов (заполнитель шва) и может составлять от 10 до 30 мм.
В качестве закладных элементов обычно используются листы
пенополистирола. Технологическая схема установки профиля
в зазоре деформационного шва показана на рис. 25.
После установки профиля в зазоре деформационного шва
располагаются две петли, которые обеспечивают двухступен-
чатую систему изоляции, причем при величине деформатив-
ности смежных элементов конструкции вплоть до 60 мм в
профиле не возникает напряжений - петли изменяют свою
конфигурацию, аналогично двум лентам, установленным с
петлями-компенсаторами.
Уникальность конструкции профиля, его способность
воспринимать значительные деформации как растяже-
372
Порядок выполнения операций:
а) Установка ограничительных брусков.
б) Крепление нижнего деревянного вкла-
дыша.
в) Установка профиля деформационного
шва.
г) Крепление верхнего деревянного вкла-
дыша (размеры Xi зависят от толщины
конструкции и места установки профиля
деформационного шва).
д) Монтаж арматурного каркаса и бето-
нирование сопрягаемого элемента.
е) Замена деревянных монтажных уст-
ройств на закладные элементы дефор-
мационного шва (пенополистирол). Тол-
щину пенополистирола назначают в за-
висимости от требуемого раскрытия шва.
ж) Монтаж арматурного каркаса и бето-
нирование очередной заходки.
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 25. Технологическая схема установки профиля MASTERFLEX 2000 DK12S при устройстве деформационного шва в лотке.
1 - зона деформационного шва; 2 - ограничительные бруски; 3 - поддерживающая конструкция; 4 - бетонная подготовка; 5 -
нижний деревянный вкладыш; 6 - профиль Masterflex 2000 DK12S; 7 - верхний деревянный вкладыш; 8 - железобетон; 9 -
пенополистирол.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
ния/сжатия, так и сдвига, простота технологии установки
обеспечили профилю Masterflex 2000 DK 12S широкое приме-
нение. Только при обустройстве уплотнения деформацион-
ных швов тоннельных сооружений 3-го транспортного коль-
ца нами было смонтировано более 3000 метров профиля.
При значительных деформациях растяжения, когда шпон-
ки растягиваются и утоньшаются, или при наличии полостей
в бетоне около шпонок, возникающих в результате некачест-
венного бетонирования, возможна фильтрация воды по кон-
такту "шпонка-бетон". Наибольшая вероятность образования
полостей рядом со шпонкой возникает при бетонировании
мидельных уплотнений в виде лент.
Для повышения надежности и качества уплотнения при
установке шпонок в бетон, гидротехнические шпонки, осо-
бенно плоские, типа трехкулачковых, комбинируются со жгу-
тами водонабухающего герметика или специального уплот-
нителя (рис. 26). Такие дополнительные элементы гидротех-
нических шпонок имеют хорошую адгезию как к самой шпон-
ке, так и к бетону. Гидроизоляция контакта "шпонка-бетон"
резко повышается, однако такая модификация шпонок значи-
тельно дороже обычных типов. В практике строительных ра-
бот, если в местах установки шпонок наблюдаются отдельные
протечки, их, как правило, устраняют путем инъектирования
гидроактивных пенополиуретанов.
Для правильной установки гидротехнических шпонок в
процессе возведения конструкции необходимо соблюдать
следующие требования:
1. Правильно расположить шпонку по отношению к со-
прягаемым элементам конструкции. Если шпонка имеет цен-
тральную расширенную часть, воспринимающую деформа-
ции, то ее нужно располагать точно по оси шва, в его зазоре,
иначе она не будет выполнять своих функций.
Большинство типов шпонок требуют использования раз-
резной торцевой опалубки (исключение составляют шпонки
"лабиринтного" типа и односторонние шпонки). Шпонку сле-
374
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 26. Установка в бетон 3-кулачковой шпонки в комбинации со специальным уплот-
нителем а) и с набухающим герметиком б).
1 - бетон;
2 - опалубка;
3 - 3-кулачковая шпонка;
4 - специальный уплотнитель;
5 - набухающий герметик.
дует прочно закрепить в опалубке и зафиксировать, напри-
мер, привязав проволокой к арматуре.
Места сопряжения шпонки и опалубки должны быть хо-
рошо уплотнены, чтобы при бетонировании через них не вы-
текал цементный раствор.
2. Омоноличиваемые части шпонок должны быть чисты-
ми. Загрязнение и замасливание не допускается, иначе не
удастся добиться требуемой адгезии к бетону. Попадание по-
сторонних предметов и инородных частиц на омоноличивае-
мые части шпонок также исключается.
375
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
3. Бетон около омоноличиваемых частей шпонок должен
быть хорошо уплотнен. Это условие является одним из важ-
нейших, поскольку эффективная работа гидроизоляционных
шпонок любого типа зависит от качества контакта "шпонка-
бетон", т.е. от качества уплотнения бетонной смеси. Важно,
чтобы контакт бетона со шпонкой был по всей ее омоноличи-
ваемой поверхности без наличия пустот и неплотностей.
4. Бетон сопрягаемых швом элементов конструкции дол-
жен обладать высокой плотностью и непроницаемостью.
Большинство типов шпонок препятствуют сквозному про-
хождению воды через зазор шва, но они не обеспечивают за-
щиту от фильтрации воды в обход шпонки, через поры, ка-
пилляры и трещины в бетоне.
5. При использовании гидротехнических шпонок зазор
деформационного шва должен иметь не менее двух степеней
защиты. Шпонки мидельного уплотнения швов, установлен-
ные в тело бетона, не обеспечивают полной герметизации, по-
этому для подобного способа обустройства шва необходимо
использовать и другие уплотняющие материалы и техничес-
кие решения.
При уплотнении зазоров деформационных швов с помо-
щью гидротехнических шпонок есть еще один момент, требу-
ющий особого внимания. Речь идет о стыковке отдельных ку-
сков или отрезков шпонок. От целостности и прочности этих
соединений зачастую зависит надежная эксплуатация всего
уплотнения.
Учитывая сложность профиля поверхности шпонок, сты-
ковка внахлест вообще недопустима, т.к. не позволяет обеспе-
чить сплошность полотна шпонки. Возможно соединение
шпонок только торцевой стыковкой. При этом использова-
ние гидротехнических шпонок из материала на основе ПВХ
является предпочтительным, т.к. он достаточно легко свари-
вается.
Стыковку соединения шпонок из резины можно выпол-
нять путем склеивания или горячей вулканизации с использо-
376
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ванием т.н. "сырой" резины. При соединении резиновых шпо-
нок с помощью клея прочность соединения в лучшем случае
составляет 60-70% от прочности самого материала. Однако
это весьма простой способ соединения, и его легко осущест-
вить в условиях строительной площадки.
Прочность соединения отрезков резиновых шпонок пу-
тем вулканизации может даже превысить прочность самого
материала, однако для выполнения этого вида работ требует-
ся специальное оборудование и высокая квалификация персо-
нала.
Как уже было отмечено, намного проще выполнять со-
единение отрезков шпонок из ПВХ-материала. Температу-
ра размягчения такого термопластичного материала, т. е.
требуемая температура сварки, не превышает 200°С. Проч-
ность такого квазисварного соединения, на самом деле это
сплавление материала, достигает 90% от прочности исход-
ного материала. Единственным ограничением при выпол-
нении этих работ является требование к источнику нагрева
материала. Запрещается использование открытого пламе-
ни, поскольку его прямое воздействие может изменить
структуру материала и, соответственно, эксплуатационные
характеристики.
В заключение следует уточнить еще два момента по при-
менению гидротехнических шпонок при уплотнении дефор-
мационных швов. Во-первых, не следует использовать и сты-
ковать в шве шпонки из материалов на разной основе, по-
скольку вследствие различия физических свойств они будут
по-разному вести себя в процессе эксплуатации. Во-вторых,
при обустройстве деформационных швов сложной конфигу-
рации, наличии изгибов, поворотов, угловых, Т-образных, X-
образных участков все фасонные элементы уплотнения швов
следует изготавливать в заводских условиях, при соблюдении
всех требований технологии, а в условиях строительной пло-
щадки выполнять лишь прямолинейную стыковку отрезков
шпонок.
377
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
4.3.5. Обустройство деформационных швов
компрессионными уплотнителями
Компрессионные уплотнители - готовые, разделенные на
секции изделия, изготавливаются методом экструзии из элас-
томерных материалов, чаще всего из резины, в том числе и на
основе ЭПДМ. Для обеспечения эффективного уплотнения
зазора деформационного шва, на его боковых поверхностях
должно поддерживаться достаточное контактное давление.
Это положение достигается условием постоянной работы уп-
лотнения на некоторую степень сжатия (рис. 27).
Установлено, что разделенные на секции компрессионные
уплотнители должны оставаться сжатыми приблизительно на
15% (при раскрытии шва составляющем 85% номинальной
ширины уплотнителя) при максимальном растяжении шва
для того, чтобы поддерживать достаточное для обеспечения
герметизации контактное давление. Как правило, компресси-
онные уплотнители не должны сжиматься более чем на 50%
(50% номинальной ширины уплотнителя) при максимальном
сжатии шва, чтобы избежать чрезмерного сжатия и потери
материалом уплотнителя упруго-эластичных свойств. Как ус-
тановлено, такой предел сжимаемости и длительная безотказ-
ность обеспечиваются, когда внутренние напряжения от сжа-
тия в уплотнителе обеспечивает контактное давление до 0,24
МПа. При более высоких величинах ускоряется процесс дест-
рукции эластомерного уплотнителя.
Таким образом, допустимые деформации секционных
компрессионных уплотнителей составляют 35-40% от шири-
ны уплотнителя в несжатом состоянии.
Метод подбора типоразмера компрессионного уплотни-
теля и установочного размера зазора деформационного шва
весьма простой. Графики (номограммы), иллюстрирующие
пример подбора компрессионного уплотнителя для конкрет-
ных условий, приводятся в материалах ACI (Американский
институт бетона) [16] и представлены на рис. 28.
378
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
б)
Рис. 27. Обустройство деформационных швов с применением компрессионных уплот-
нителей.
а) Установка компрессионного уплотнителя на клеевом составе.
б) Установка компрессионного уплотнителя в шов с креплением к закладным элемен-
там.
1 - бетон; 2 - компрессионный уплотнитель; 3 - клеевой состав; 4 - закладные элемен-
ты.
379
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Порядок применения номограмм
В качестве примера рассматривается железобетонная конструкция из трех
секций, причем в точке С конструкция жестко связана с основанием, в точке В
секции конструкции связаны между собой, но опора подвижна, в точках А и Д
обустраиваются деформационные швы с применением компрессионных уплот-
нителей. Длина деформирующихся секций 168 футов (51,2 м) и 80 футов (24,4
м) соответственно. Максимальный перепад температур, воздействующих на
конструкцию, составляет 150°F (84°С). Компрессионные уплотнители устанав-
ливаются при +65°F (+18,3°С) - температура "замыкания" швов.
Другие виды деформаций, кроме тепловых, не учитываются.
Метод использования номограмм
Вначале рассчитывается и строится зависимость деформации элементов
конструкции при заданном перепаде температур.
На этой прямой находят ожидаемую величину деформаций AL для точек
А и Д - 2 дюйма (50,8 мм) и 0,95 дюйма (24,1 мм) соответственно. Затем, учиты-
вая, что допустимая деформация компрессионных уплотнителей составляет
0,35 от номинальной ширины уплотнителя, определяют его необходимую но-
минальную ширину Wn, при дробной величине выбирают следующий стан-
дартный размер компрессионного уплотнителя.
Далее переходят на левую шкалу правой части номограммы, соответству-
ющую максимальной величине раскрытия зазора шва Wmux = 0,85 IF, и от нее
по наклонной линии передвигаются до точки пересечения с температурой уста-
новки, в данном случае +18,3°С (+65°F). Проекция этой точки пересечения на
правую шкалу правой части номограммы, соответствующую минимальной ве-
личине раскрытия шва Wmjn = 0,5 PF, и определяет необходимый установочный
размер при обустройстве шва компрессионным уплотнителем при данной тем-
пературе.
Данный метод может оказаться полезным при выборе величины зазора
шва для установки уплотнителей другого типа.
Номенклатура типоразмеров компрессионных уплотни-
телей достаточно широкая - изделия выпускаются шириной
от 6 до 150 мм и поставляются в рулонах длиной до 50 метров.
Стыковку отдельных кусков уплотнителей, а также изготов-
ление фасонных элементов, осуществляют с помощью клея
или вулканизацией.
Наиболее эффективны компрессионные уплотнители
при изоляции швов на горизонтальных поверхностях. Воз-
381
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
можно их применение на наклонных и вертикальных по-
верхностях.
Основные трудности при установке таких изделий связаны
с подготовкой внутренних боковых поверхностей шва перед их
монтажом. Поверхности шва должны быть прочными и ров-
ными. Отклонение плоскопараллельности боковых поверхнос-
тей шва не должно превышать ±5% от величины обустраивае-
мого зазора. Достаточно часто такую систему уплотнения за-
зора деформационного шва монтируют в специально установ-
ленных закладных элементах, как показано на рис. 27 б, 31 з.
Как следует из приведенного материала, основной осо-
бенностью компрессионных уплотнителей является то, что в
процессе эксплуатации они все время находятся в сжатом со-
стоянии. Исходя из этого, профиль боковых поверхностей уп-
лотнителей, как правило, ровный и плоский. Естественно, что
адгезия такой поверхности к внутренним боковым поверхно-
стям зазора шва, даже если при монтаже использовать клее-
вые составы, достаточно низкая и при сверхнормативном уве-
личении величины зазора шва возможна потеря такой систе-
мой уплотнения своей изолирующей способности.
Не допустить возникновения такой ситуации позволяет
применение еще одного типа компрессионных уплотнителей.
Эта модификация компрессионных уплотнителей изго-
тавливается в виде трубчатого или коробчатого профиля. В
отличие от обычных типов в этих профилях уменьшено коли-
чество внутренних секций до 1 или 2 (рис. 29). Кроме этого,
такие изделия имеют сильно развитые, профилированные, бо-
ковые поверхности. При монтаже такого профиля на клеевой
состав за счет большой площади контакта возрастает величи-
на сцепления профиля с основанием. В процессе установки
профиля в зазор шва, на время твердения клеевого состава,
внутри полых секций профиля повышают давление до 0,1
МПа, за счет этого повышая качество клеевого соединения.
Компрессионные уплотнители такого типа выпускаются
шириной от 10 до 100 мм, но чаще всего применяются уплот-
382
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 29. Профильное уплотнение "Гармония".
1 - профильное уплотнение "Гармония";
2 - трубка для подачи воздуха;
3 - торцевая заглушка;
4 - деформационный шов;
5 - переходная зона;
6 - адгезионный состав;
7 - сопрягаемые элементы конструкции.
383
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
нители шириной от 15 до 75 мм. Они обладают способностью
воспринимать деформации ±50% от номинального размера
шва. При монтаже уплотнителей в зазоре деформационного
шва используются клеевые составы на основе эпоксидных
смол или полиуретанов. Для защиты профилей от механичес-
ких повреждений в зонах с высокими нагрузками они могут
закрываться накладками (рис. 30), но обычно они устанавли-
ваются без защиты.
Универсальность этих профилей, к которым относится
профиль "Гармония", позволяет их устанавливать в зазоры де-
формационных швов между сопрягаемыми элементами из са-
мых различных материалов. Некоторые из возможных вари-
антов установки профиля "Гармония" приведены на рис. 31.
Нами накоплен большой опыт применения профиля "Гар-
мония" для уплотнения деформационных швов в самых раз-
личных условиях. Так, например, профиль "Гармония" был
использован для уплотнения деформационных швов железо-
бетонных труб ливнестока под транспортным тоннелем; уп-
лотнения стыков между железобетонными блоками барьерно-
го ограждения проезжей части метромоста в Лужниках (уста-
новлено 1100 метров профиля); уплотнения зазоров деформа-
ционных швов между железобетонными плитами трибун раз-
личных стадионов (установлено более 3000 метров профиля)
и многих других объектов.
При выборе устанавливаемого типоразмера профиля
должны учитываться как взаимные горизонтальные переме-
щения сопрягаемых элементов конструкции от тепловых де-
формаций, так и вертикальные, сдвиговые деформации при
возможных просадках конструкции. Компенсация возникаю-
щих перемещений обеспечивается специальным подбором со-
отношения: "размер профиля - величина зазора деформаци-
онного шва" с учетом температуры конструкции на момент
установки профиля. Подбор этого соотношения выполняется
аналогично условиям и методам, приведенным ранее для ком-
прессионных уплотнителей.
384
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Рис. 30. Расположение компрессионного уплотнителя (профиля) типа "Гармония" в
зазоре деформационного шва:
а) без защитного экрана;
б) при наличии защитного экрана.
1 - деформационный шов; 2 - уплотнительный профиль "Гармония";
3 - клеевой состав; 4 - защитный экран; 5 - дюбель.
385
Г)
Рис. 31. Различные конструкции обустройства системы деформационных швов.
а - конструкция с сопрягаемыми элементами из бетона при новом строительстве;
б - конструкция с сопрягаемыми элементами из бетона эксплуатируемой конструкции;
в - конструкция с усилением кромок шва заанкеренным уголком;
г - конструкция с сопрягаемыми элементами из кирпича и камня;
д - конструкция с сопрягаемыми элементами из металла;
е - конструкция с сопрягаемыми элементами из бетона с асфальтовым покрытием.
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
1 -бетон; 2 - "старый" бетон; 3 - переходная зона; 4 - уголок; 5 - кирпич, камень; 6 - металл; 7 - асфальт
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Существенное значение при разработке конструктивного
решения обустройства деформационного шва таким типом
профилей имеют прочностные характеристики и целостность
кромок сопрягаемых элементов конструкции, их способность
воспринимать эксплуатационные нагрузки. При этом должен
решаться вопрос о необходимости устройства переходной зо-
ны, ее размерах, используемом материале, необходимости ус-
тановки дополнительных элементов для защиты зоны дефор-
мационного шва и профиля от механических воздействий.
Свойства материала, из которого изготовлен профиль
"Гармония", и универсальность применяемых клеев обеспечи-
вают простую, быструю и надежную технологию соединения
отдельных отрезков профиля как в заводских, так и в условиях
строительной площадки. Прочность склеенного соединения
составляет ~ 90% механической прочности самого профиля.
Использование простейших шаблонов позволяет формировать
соединения отрезков профиля "Гармония" самых различных
типов, в том числе и из разных типоразмеров профиля.
Профильное уплотнение "Гармония", которое установле-
но в деформационный шов с соблюдением всех технологичес-
ких требований, длительное время не требует замены или ре-
монта. В то же время отдельные отрезки профиля заменяются
очень быстро, что обеспечивает большую свободу действий
как при поэтапном ведении работ при новом строительстве,
так и при проведении ремонтно-восстановительных работ.
4.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В техническом отношении любое сооружение, в том числе
и подземное, является весьма сложным формированием. На
всех этапах его существования, начиная с возведения и закан-
чивая ликвидацией, существует совершенно определенная
взаимосвязь между его отдельными частями. Только внешне
сооружение кажется неподвижным.
387
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
В действительности любое сооружение - как в целом, так
и его отдельные части и элементы - находится в более или ме-
нее постоянном движении, которое вызвано изменениями
объема, статическими воздействиями строительных конст-
рукций, динамическими воздействиями от внешних периоди-
ческих нагрузок, деформациями основания и фундамента и
пр. Действие сил от этих воздействий концентрируется в наи-
более слабых местах, особенно в стыках конструкций, а так-
же в местах, где происходит изменение формы сооружения
или его отдельных элементов или изменения структуры стро-
ительного материала.
Перечисленные воздействия являются основными причи-
нами возникновения напряжений и деформаций в конструк-
ции сооружения и его отдельных частей. Качество возведения
и долговечность сооружения, особенно из сборных элемен-
тов, непосредственно связаны с решением вопросов по обуст-
ройству необходимых стыков и швов для всех конструкций и
элементов, из которых оно состоит. Сопряжение отдельных
строительных элементов из материалов с неодинаковой дол-
говечностью и физическими свойствами предъявляет особен-
но высокие требования к техническому решению стыков. Лю-
бой стык в сборном сооружении следует рассматривать с уче-
том статических и динамических воздействий, что часто при-
водит к необходимости устройства свободного деформацион-
ного шва.
В техническом отношении решение по обустройству швов
и стыков, основанное на строгом определении их функцио-
нального назначения, является сложной задачей. Можно ука-
зать на ряд факторов, осложняющих решение, влияние кото-
рых до сих пор исследуется и уточняется. К ним относятся:
влияние продолжительности строительства на возникновение
деформаций; определение необходимых допусков элементов
конструкций и сооружения в целом; уменьшение жесткости
сооружения; осадка сооружения; усадка и увеличение объема
строительных материалов и т.п.
388
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Известно, что большая часть дефектов проявляется в виде
деформаций элементов и возникновении трещин. Повреждение
стыка или возникновение трещины наступают в тот момент,
когда напряжение, вызванное различными причинами, превы-
шает предел по несущей способности материала конструкции.
Исходя из этого, важной проблемой при проектировании
сооружений, а тем более подземных, является задача по обус-
тройству стыков и швов, где концентрируются и/или релакси-
руются напряжения вследствие деформаций от различного
вида нагрузок.
В подземных сооружениях элемент уплотнения шва или
стыка чаще всего является частью гидроизоляционной мемб-
раны сооружения и должен сохранять ее сплошность и обес-
печивать надежную защиту от внешних воздействий.
Как правило, современные сооружения изготавливаются
из бетона с маркой по водонепроницаемости не ниже W4 и
поэтому наиболее уязвимы для воздействия окружающей сре-
ды именно в местах возникновения трещин, наличия стыков,
швов и т.п. Для защиты от воды эти узлы конструкций имеют
решающее значение.
Рассмотренные явления деформаций строительных конст-
рукций достаточно серьезны и могут, если их не учесть при
проектировании и не оценить их воздействие на элементы
конструкции деформационных швов, привести к повреждени-
ям в процессе эксплуатации.
Учет и оценка возможных деформаций элементов строи-
тельных конструкций в первую очередь должны выполняться
на первой стадии - стадии проектирования. Вторая стадия
этого положения осуществляется при выполнении работ по
обустройству деформационных швов.
Основные положения при проектировании и разработке
конструкции деформационных швов можно сформулировать
в виде пяти основных заданий на проектирование.
Первое задание на проектирование состоит в определении
функционального назначения деформационного шва.
389
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Прежде чем приступить к проектированию и обустройст-
ву системы деформационного шва, необходимо определить
его основное предназначение в зависимости от места установ-
ки и характера ожидаемых деформаций, локализующихся в
зазоре деформационного шва.
Конструкция системы деформационного шва не должна
препятствовать возможным перемещениям в шве.
Уплотнительный элемент деформационного шва должен
быть достаточно эластичным и долговечным. В большинстве
случаев должна гарантироваться водонепроницаемость.
На основании этих требований в зависимости от основ-
ных конструктивных и эксплуатационных требований дефор-
мационные швы по функциональному назначению можно
при проектировании подразделить на следующие группы:
а) по направлению движения:
• по восприятию движения, перпендикулярно к плоскости
шва;
• по восприятию вертикального перемещения;
• по восприятию движения вдоль плоскости шва;
• по восприятию различных видов кручения;
• по восприятию различных комбинаций всех упомянутых
видов движения;
б) по изоляционным требованиям:
• закрытые швы, уплотненные;
• закрытые швы, с декомпрессионной пустотой;
• открытые швы, частично уплотненные;
в) по месту расположения в конструкции сооружения:
• в конструкциях покрытия;
• в конструкциях перекрытия;
• в конструкциях вертикальных несущих стен;
• в конструкциях фундаментов;
• на фасадных частях конструкций;
г) по виду конструкций субстрата:
• в блочных конструкциях;
• в сборных железобетонных конструкциях;
390
А.А. Шилин, M.B. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
• в монолитных железобетонных конструкциях;
• в стальных конструкциях;
• в любом возможном сочетании упомянутых конструк-
ций;
д) по виду уплотнительного материала:
• уплотняемые мастиками и герметиками;
• уплотняемые различными полимерными лентами;
• уплотняемые различными профилями, шпонками, муф-
тами;
• уплотняемые листовыми материалами;
• обустраиваемые сочетанием этих видов уплотнений.
Второе задание на проектирование состоит в определении
на основании анализа возможных причин и характера работы
шва для прогнозируемых деформаций конструкции. В резуль-
тате выполнения этого задания определяются количественные
характеристики всех воздействующих нагрузок, исходные па-
раметры элементов конструкции деформационного шва.
Третье задание на проектирование включает в себя проект-
ный расчет параметров и размеров конструкции деформацион-
ного шва. Исходными данными для выполнения этого расчета
являются результаты, полученные при выполнении 2-го зада-
ния на проектирование. При расчете определяется величина за-
зора деформационного шва в зависимости от времени и усло-
вий возведения конструкции. Также в зависимости от характе-
ра и величин воздействующих нагрузок рассчитываются значе-
ния деформаций, воспринимаемых уплотнительным элемен-
том деформационного шва в процессе эксплуатации.
Четвертое задание на проектирование заключается в оп-
ределении основных требований к уплотнительным элемен-
там деформационного шва. Прежде всего в зависимости от
требуемой степени надежности и ответственности конструк-
ции устанавливается количество ступеней защиты в зазоре де-
формационного шва. В соответствии с этим определяются
конструктивные требования к уплотнительным элементам де-
формационного шва, такие, которые будут обеспечивать на-
391
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
дежную работу данного узла конструкции в процессе эксплу-
атации при:
• уравновешивании или снятии деформаций конструкции;
• наличии дополнительной защиты;
• специальной защите;
• отсутствии герметичности;
• необходимости герметичности;
• наличии системы водоотвода;
• отсутствии системы водоотвода.
Кроме того, определяется необходимость сопряжения уп-
лотнительных элементов деформационного шва с гидроизо-
ляционной мембраной в системе гидроизоляции сооружения.
На основании этих требований устанавливаются порядок и
способы монтажа уплотнительных элементов конструкции
деформационного шва.
Пятое задание на проектирование заключается в подборе
вида и типа материалов уплотнительных элементов, техничес-
кие и эксплуатационные характеристики которых отвечают
всем требованиям проекта. При подборе этих материалов сле-
дует учесть, что они должны обеспечивать необходимый коэф-
фициент запаса надежности. После выбора уплотнительных
материалов уточняются технология и условия их монтажа.
Блок-схема выполнения этих заданий представлена на
рис. 32.
Результатом проектирования являются рабочие чертежи
конструкции деформационного шва и регламент на выполне-
ние работ по его установке. Помимо основных конструктив-
ных решений проектные материалы должны содержать указа-
ния по:
• типу и характеристикам материала уплотнения;
• величине обустраиваемого зазора деформационного
шва;
• температуре обустройства зазора шва;
• температуре монтажа уплотнителя;
• условиям выполнения работ при установке уплотнителя.
392
Рис. 32. Блок-схема разработки конструкции системы уплотнения деформационного шва.
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
Вторая стадия решения проблемы гидроизоляции и защи-
ты деформационных швов выполняется непосредственно в
процессе строительно-монтажных работ.
На второй стадии уточняются все конкретные характери-
стики условий монтажа конструкции деформационного шва.
Проводится сравнительная оценка значений этих характерис-
тик и данных, заложенных в проекте. При необходимости в
проектную документацию вносятся соответствующие уточне-
ния либо корректируется технологический процесс установки
элементов деформационного шва.
В случае значительных расхождений проектных и факти-
ческих значений рассматриваемых величин в основном, вели-
чины зазора шва, фактической величины относительных де-
формаций, может приниматься решение о замене уплотни-
тельного элемента или даже о разработке нового решения по
конструкции деформационного шва.
Только такой подход к решению проблемы обустройства
и уплотнения деформационных швов подземных конструк-
ций позволит обеспечить их длительную и безотказную экс-
плуатацию.
4.5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Венюа М. Цементы и бетоны в строительстве. Пер. с
франц.- М., Стройиздат, 1980. - 415 с., ил.
2. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и же-
лезобетонных изделий. М., Стройиздат, 1984. - 672 с., ил.
3. Рекомендации по учету ползучести и усадки бетона при
расчете бетонных и железобетонных конструкций/ НИИЖБ
Госстроя СССР. - М., Стройиздат, 1988. - 120 с.
4. Шильд Е., Кассельман Х.-Ф. И др. Строительная физи-
394
А.А. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ка. Пер. с нем. В.Г.Бердичевского под ред. Э.Л.Дешко. - М.,
Стройиздат, 1982. - 295 с., ил.
5. Волдржих Ф. Деформационные швы в конструкциях на-
земных зданий. Пер. с чешек. - М., Стройиздат, 1978. - 224 с., ил.
6. Зиневич А.М., Козловская А.А. Антикоррозионные по-
крытия. - М., Стройиздат, 1989. - 112 с., ил. - (Наука - строит,
пр-ву), - ISBN 5-274-00562-4.
7. ГОСТ 4.250-79. Строительство. Бетонные и железобе-
тонные изделия и конструкции. Номенклатура показателей.
8. ГОСТ 4.212-80. Бетоны. Номенклатура показателей.
9. Физический энциклопедический словарь. Гл. ред.:
Б.А.Введенский, Б.М.Бул. - М., Советская энциклопедия,
1966 (Энциклопедии. Словари. Справочники). Т.т. I-V.
10. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия.
11. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.
12. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций
от коррозии.
13. Попченко С.Н. Гидроизоляция сооружений и зданий.
Л., Стройиздат, Ленинг.отд-ние, 1981. - 304 с., ил.
14. Schutz, Raymoud J. Shape Factor in Joint Design, Civil
Engineering - ASCE, V.32, № 10. Oct. 1962, pp. 32-36.
15. Ramberger G. Structural Bearings and Expansion Joints
for Bridges - Zurich, Switzerland, IABSE-AIPC-IVBH, 2002 -
92p, - ISBN3-85748-105-6.
395
Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте
16. ACI Committee 504, Guide to Sealing Joints in Concrete
Structures, ACI 504R-90, Manual of Concrete Practice, 1999, part 5.
17. CH 528-80. Перечень единиц физических величин,
подлежащих применению в строительстве, Москва, 1981.
18. Энциклопедия полимеров. Гл. ред. В.А.Кабанов. - М.,
"Советская энциклопедия", 1974. (Энциклопедии. Словари.
Справочники), т. 2, 1032 стр.
19. British Standards Institution. BS ISO 11600; 2002.
Building construction. Jointing products. Classification and
requirements for sealants. 16 pp.
20. British Adhesives and Sealants Association (BASA).
Guide to 11600 Classification of sealants, 1999, 10pp.
А.А. Шилин, М.В. Зайцев,
И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ И
ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ
Подписано в печать 08.08.03 г.
Формат 60x90/16. Гарнитура Times.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 25.
Тираж 5000 экз. Заказ № 1262
Издательство “Русская Торговая Марка”
170000, Тверь, Чайковского пр-т., 9, офис 514
Тел./факс: (0822) 323-515