Материалы для защиты бетонных конструкций

Современные строительные материалы на основе цемента довольно быстро приобретают поверхностные разрушения и глубинные волосяные трещины, а в железобетонных конструкциях появляются разломы по линиям напряжений.

Известно, что особенно быстрые и сильные разрушения бетона и камня наблюдаются при совместном воздействии низких температур (мороза), глубокого водонасыщения и электролитов (кислот, щелочей, солей и т. д.). Совместное действие перечисленных агентов обычно не аддитивно и значительно превосходит даже сложенные вместе отдельные воздействия. В связи с этим приобретает особую остроту проблема повышения морозо- и коррозионной стойкости бетона и железобетона как при ремонте готовых конструкций (в случае производственного брака), так и при решении задач «повышения номинальной прочности» конкретных бетонных изделий на основе соответствующей марки цемента.

Для железобетонов и стеклофиброцементов актуальна проблема защиты армирующих элементов от коррозии, особенно в случаях, когда сокращаются сроки изготовления или когда для ускорения процесса применяются соли. В данных строительных процессах для глобальной защитной пропитки бетона должна применяться специальная грунтовка глубокого проникновения, для обecпeчения cцeплeния мeжду киpпичнoй, бeтoннoй, пeнoбeтoннoй, oштукaтуpeннoй, пpoшпaклeвaннoй, гипcoкapтoннoй или acбoцeмeнтнoй пoвepxнocтью ocнoвaния и нaнocимыми cлoями штукaтуpки, шпaклeвки, клeя или кpacки.

Ниже описаны способы защиты бетонных и железобетонных конструкций от факторов разрушения, а также дается краткая характеристика таким стратегически важным продуктам, как строительные лакокрасочные материалы.

Защита и повышение качества изделий из бетона, цемента и строительного камня

Существуют два традиционных способа защиты от деградации и повышения качества изделий из бетона, цемента и строительного камня.

Первый способ: использование пропиточных составов.

Современные производители лакокрасочных материалов в настоящее время изготавливают данные составы в широком ассортименте 

Чаще всего это кремнийорганические составы, которые гидрофобизируют бетон. При гидрофобизации происходит уменьшение угла смачивания и блокирование капиллярного эффекта.

Недостатки этого способа:

• предел водоупорности создается лишь за счет уменьшения угла смачивания, в то время как поры защищаемого материала продолжают оставаться открытыми;
• с течением времени кремнийорганические составы под влиянием щелочной среды бетона переходят из водонерастворимой формы в растворимую силикатную форму и, как следствие, теряют способность к защитному действию за счет гидрофобного эффекта.

Второй способ: формирование защитного водоупорного поверхностного слоя с образованием влагонепроницаемой защитной пленки.

Недостатком этого способа является низкая паропроницаемость применяемых органических составов на основе эпоксидных, полиэфирных, поливинилхлоридных, полиуретановых и других смол, что довольно быстро приводит к послойному разрушению самого покрытия.

Можно ли избавиться от перечисленных выше недостатков? Можно, если одновременно с пропиткой формировать и защитную пленку, в идеале — на базе одного состава. Причем пропитывающий состав должен обладать повышенной устойчивостью к воздействию щелочных агентов «цементного камня» и противодействовать развитию процессов силикатизации, а пленка, образующаяся на его основе, должна обладать повышенной паропроницаемостью.

Проведенные многолетние исследования показали, что этими свойствами обладают блок-сополимеры на основе пространственно разветвленных кремнийорганических олигомеров и акрилатов как полимеров, обладающих хорошей щелочестойкостью. Такие составы отличаются повышенной коррозионной стойкостью при нанесении их в качестве пленкообразующих материалов на армирующие элементы в бетонных конструкциях, в частности, на железо и стекло. Применение этих составов гарантированно обеспечивает увеличение коррозионной стойкости строительных материалов в 3–5 раз, механической прочности при сжатии — в 1,5–3 раза, прочности на истирание — в 2,5–4 раза. Судите сами. Пропитка гипса одним только кремнийорганическим составом (например, К-9+МСН-7+ГКЖ-94) позволяет при его содержании 3,8 % снизить водопоглощение с 27,4 до 2,0 %, т. е. в 13,7 раза, и поднять прочность примерно в 1,2 раза — с 9,5 до 16,2 МПа. В применении к карбонатным породам получается следующий эффект: чисто кремнийорганический состав снижает водопоглощение известняка в 3–6 раз и увеличивает его морозостойкость в 10–20 раз, а добавление в него акрилатной составляющей позволяет дополнительно снизить водопоглощение не менее, чем в 2–3 раза, а морозостойкость поднять на ту же величину.

В настоящее время в строительстве все чаще применяются кремнийорганические эмали и лаки. Применение этих высокотехнологичных материалов совместно с акрилатами позволяет достичь суммарного эффекта по снижению водопоглощения в 15 раз и увеличению морозостойкости в 35–80 раз.

Гидроизоляция фундамента

Чтобы в стены дома не проникала грунтовая влага, устраивается гидроизоляция. В каменных и кирпичных фундаментах гидроизоляцию кладут обычно на высоте 15-25 см от уровня земли. Если полы кладут на балки, то гидроизоляция должна быть на 5-15 см ниже их.

Гидроизоляцию фундамента можно провести следующими способами:

• Кладут слой цементного раствора (2-3 см) состава 1:2, выравнивают, железнят, сушат. Стелют один слой рубероида.
• Кладут 2-3 слоя мастики (1 часть разогретой сосновой смолы + 0,3...0,5 части просеянной извести-пушонки).
• Горячую мастику наносят слоями (общая толщина 7-10 мм).
• На горячей сосновой смоле наклеивают бересту в 2-3 слоя.
• Настилают насухо 2 слоя рубероида с нахлестом не менее 150 мм.
• Верх фундамента покрывают битумной мастикой и наклеивают на нее первый слой рубероида, который вновь покрывают мастикой, и наклеивают второй слой.
• Нижний слой венцов необходимо пропитать антисептиками (желательно больше чем весь сруб). Пустое пространство можно засыпать керамзитом, но нужно помнить что керамзит будет "работать" при слое от 400 мм.

В доме, имеющем подвал, гидроизоляцию кладут на двух уровнях:

• в фундаменте на уровне пола подвала или ниже его на 13 см;
• в цоколе на 15:25 см выше поверхности отмостки.

Поверхности стен подвала и его пол изолируют при этом так. Если уровень грунтовой воды ниже пола подвала, то с наружной стороны стены, соприкасающиеся с грунтом, покрывают двумя слоями горячего битума. На пол кладут слой жирной глины (25 см), уплотняют, покрывают слоем бетона (5 см), выравнивают, выдерживают в течение 1-2 недель, покрывают мастикой и наклеивают двухслойный рулонный ковер из рубероида. Сверху кладут такой же слой бетона, который выравнивают, покрывают цементным раствором и железнят.

Когда уровень грунтовых вод выше уровня пола подвала, то надо создать хорошую изоляцию стен и пола. Кроме того, вокруг стен в местах примыкания пола подвала следует сделать эластичный замок из пакли, смоченной в расплавленной специальном составе. Здесь лучше всего подойдет битумная мастика. Особенно необходим такой замок в подвалах с глинистым грунтом, где наблюдается неравномерная осадка.

Изоляцию стен с наружной стороны поднимают выше уровня грунтовой воды на 50 см. При высоком уровне грунтовых вод подполье изолируют сначала слоем глины (25 см), на нее кладут бетон, на бетон - гидроизоляцию и покрывают цементным раствором.

Для освещения подвалов часто ниже уровня земли устраивают окна. Перед такими окнами необходимо иметь колодцы-приямки с облицованными камнем, кирпичом, бетоном стенами. Пол приямка должен иметь лоток для сбора воды; сверху над окнами рекомендуется устроить козырьки.

Верх фундаментов и цоколей не всегда бывает ровным и гладким. Для выравнивания по боковым сторонам на 1-3 см выше их поверхности крепят доски с ровными кромками. Пространство в опалубке заливают цементным раствором состава 1/3 или 1/4, выравнивают, разглаживают, просушивают и затем укладывают гидроизоляцию.

Вода размывает не только основание, но и пагубно влияет на конструкцию самого фундамента. Для защиты последнего от воздействия поверхностных вод, появляющихся при выпадении осадков, таяния снега, по периметру здания устраивается отмостка шириной 700-800 мм (на 200 мм шире, чем свес крыши) с уклоном в сторону от дома. Она должна иметь подготовку (толщиной не менее 0,15 м) из уплотненного местного грунта или глины с последующей засыпкой щебнем, гравием или кирпичным боем, которая сверху покрывается слоем асфальта или цементного раствора либо тротуарной плиткой. Прямо под бровкой отмостки следует устроить дренаж, который не только отведет поверхностные воды, но и снизит нагрузку на гидроизоляции подземной части фундамента.

Для защиты от капиллярной влаги в месте соприкосновения кирпичной кладки с бетоном по всему сечению наружных и внутренних стен прокладывается гидроизоляционный слой из рулонных материалов (например, из двух слоев гидростеклоизола на битумной мастике). Если фундамент устроен из сборных элементов, а дом имеет подвал, то такой слой нужно проложить на уровне пола подвала.

При сухих грунтах вертикальная гидроизоляция наружной поверхности фундамента ограничивается обмазкой битума два раза. Если уровень грунтовых вод превышает глубину заложения фундамента, то необходимо применить оклеечную гидроизоляцию из рулонных материалов. В ряде случае рекомендуется насыпать под фундамент слой из щебня, пропитанного битумом. При высоком уровне и большом напоре грунтовых вод устраивают дренаж, который надежно защитит фундамент от воздействия влаги.

Следует отметить, что описанный выше подход к устройству гидроизоляции традиционный и в чем-то устаревший. В последнее время часто применяется технология проникающей гидроизоляции, основанная на свойстве состава самостоятельно заполнять все пустоты, образуя в них кристаллы. Но стоимость такой гидроизоляции довольно высока.

При устройстве фундаментов зданий следует предусматривать меры по защите оснований от промерзания. На глубину промерзания влияют климат (температура, высота снежного покрова), вид грунта и внутренняя температура здания.

Непромерзающими видами оснований являются скала, крупный песок, гравий. Ясно, что на промерзающих грунтах фундаменты следует закладывать ниже глубины промерзания почвы.

Ошибкой многих индивидуальных застройщиков является уверенность, что чем глубже заложен фундамент, тем лучше, и что такое решение уже само по себе обеспечивает его надежную работу и устойчивость. Действительно, при расположении подошвы фундамента ниже уровня промерзания грунта вертикальные силы морозного пучения перестают действовать на нее снизу, однако касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности, могут и в этом случае вытащить фундамент вместе с промерзшим грунтом или оторвать его верхнюю часть от нижней. Такие случаи наиболее вероятны при устройстве фундаментов из камня, кирпича или мелких блоков, особенно под легкими зданиями и сооружениями.

Чтобы не допустить деформации фундаментов на пучинистых грунтах, необходимо не только расположить их подошву ниже уровня промерзания грунтов и тем самым избавиться от непосредственного давления мерзлого грунта снизу, но надо также нейтрализовать касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности фундамента. Для этой цели внутри фундамента на всю его высоту закладывают арматурный каркас, жестко связывающий верхнюю и нижнюю части фундамента, а основание делают уширенным, в виде опорной площадки-анкера, которая не позволяет вытащить фундамент из земли при морозном пучении грунта.

Такое конструктивное решение гарантирует стабильную работу фундаментов при любых вертикальных деформациях грунта, однако, практически оно возможно лишь при использовании железобетона. Если фундаменты возводят из камня, кирпича или мелких блоков без внутреннего вертикального армирования, необходимо их стены делать наклонными (сужающимися кверху). Такой способ устройства фундаментных стен и столбов при тщательном выравнивании их поверхностей значительно ослабляет боковое вертикальное воздействие пучинистых грунтов на фундамент.

Дополнительными мерами, уменьшающими влияние сил морозного пучения, могут быть:

• покрытие боковых поверхностей фундамента скользящим слоем (отработанное машинное масло, полиэтиленовая пленка);
• утепление поверхностного слоя грунта вокруг фундаментов (шлак, керамзит, пенопласт), при котором уменьшается местная глубина промерзания грунта. Последнюю меру можно применить и для ранее построенных мелкозаглубленных фундаментов, нуждающихся в защите от морозного пучения.

В районах с высоким расположением грунтовых вод на фундаменты малоэтажных зданий воздействуют силы морозного пучения. В тяжелых пучинистых грунтах (водонасыщенные глины, суглинки, супеси, мелкие и пылеватые пески) эти силы достигают 100-150 кПа (10-15 тс/м²) и, действуя на фундамент снизу вверх, часто превосходят нагрузки вышерасположенных конструкций. При этом сезонные вертикальные перемещения поверхностного слоя грунта при его промерзании на 1-1,5 м составляют 10-15 см. Перекошенные крыльца, террасы, веранды, а иногда и стены домов — в подавляющем большинстве случаев результат действия именно сил морозного пучения грунтов.

Антисептический гидрофобизирующий лак «ВВМ-М»

Несмотря на высокую эффективность различных антикоррозионных составов, их широкое применение на практике сдерживалось такими недостатками, как дороговизна, дефицитность, достаточно сложные технологии приготовления и применения на стройплощадках, а также незначительный срок хранения готовых составов.

Однако теперь появился материал, который, с одной стороны, обладает всеми преимуществами описанных выше составов, с другой — лишен перечисленных недостатков. Это ЛКМ нового поколения — лак ВВМ-М (ТУ 6-48-05785904-174-98). Он представляет собой раствор пространственно-разветвленных акрилатсодержащих кремнийорганических олигомеров в смеси органических растворителей (толуол, ацетон, ксилол, бутилацетат).

В отличие от кремнийорганических составов, которые готовились непосредственно на стройплощадке из соответствующих сырьевых компонентов, лак ВВМ-М — однокомпонентный. В качестве пропиточного состава он обладает повышенной гидрофобностью и позволяет после пропитки получать на поверхности бетона высокоэффективные водоупорные покрытия.

В числе других преимуществ ВВМ-М: относительная дешевизна, неограниченный срок хранения и простота в применении (для нанесения состава не требуется специального оборудования). Лак быстро впитывается и высыхает (через 0,5 часа изделия уже готовы к эксплуатации), позволяя добиваться высокой декоративности покрытий и гарантируя им любой цвет и блеск, от матового до блестящего. При этом имеется возможность в широких пределах варьировать газо- и паропроницаемость покрытия.

В зависимости от конкретных производственных задач, покрытия на основе лака ВВМ-М могут быть обратимыми и необратимыми, жаростойкими и электроизоляционными, а также масло- и бензостойкими (что очень важно для нефтеперерабатывающей промышленности).

Универсальность ВВМ-М позволяет широко применять его в качестве модификатора для любых органических и неорганических составов (например, для придания им укрывистости, сокращения времени высыхания и т. п.).

Кроме прочих достоинств, лак ВВМ-М обладает исключительно высокой стойкостью к неорганическим и органическим кислотам и солям. Это свойство обеспечило ему широкое применение в качестве антикоррозионного состава футировочного слоя железобетонных труб ТЭЦ, которые эксплуатируются под действием концентрированной серной кислоты и высоких температур (400–600 °С).

Все перечисленные выше характеристики делают влаго-, термо-, био-, коррозионно-стойкие самовысыхающие материалы марки ВВМ-М бесспорными лидерами среди аналогов прежнего поколения. Расширенные производственные испытания показали значительный технический эффект от их применения, в частности, для защиты старых зданий с большим водонасыщением несущих конструкций при содержании в воде больших количеств неорганических и органических солей и кислот.

Так, в условиях мясокомбината в Царицыно (г. Москва) из 20 гидроизолирующих декоративных составов только лакокрасочная продукция марки ВВМ-М выдержала натурные испытания в течение 4 месяцев (другие составы «продержались» всего 1,5–2 недели). Положительные результаты были достигнуты на ряде станций Московского метрополитена, Бирюлевском и Коломенском мясоперерабатывающих заводах, Московской кольцевой автодороге.

Одновременно проводились работы по антикоррозионной защите с использованием в качестве основного компонента лака ВВМ-М на нефте- и газопроводах Пермского, Элистинского, Астраханского газоперерабатывающих заводов.

Материалы марки ВВМ-М применяются для:

• гидрофобизации сооружений из белого камня, известняка, песчаника, мрамора, гранита, кирпича, бетона. При этом повышаются их механическая прочность, эрозионная и кислотостойкость, стойкость в воздействию биоразрушителей при сохранении естественной способности камня «дышать», сохранении и даже улучшении его декоративного вида, в т. ч. в связи с гарантированным отсутствием «высолов» в течение всего срока эксплуатации;
• уменьшения водопоглощения деревянными объектами (деревянными конструкциями, мебелью и т. п.), повышения их механической прочности и трещиностойкости при перепадах температуры, предотвращения развития гнили и действия биоразрушителей, понижения горючести. При этом сохраняются естественная способность дерева «дышать», декоративный вид деревянных поверхностей, эксплуатируемых как внутри, так и снаружи помещений;
• гидрофобизации, повышения механической прочности, стойкости к растрескиванию и отслаиванию, предотвращения развития плесени и действия других биоразрушителей штукатурки и гипсовых материалов в зданиях и на открытом воздухе;
• защиты черных и цветных металлов от негативных воздействий внешней среды на открытом воздухе и в конструкциях зданий.

Применение материалов марки ВВМ-М не требует специального оборудования для сушки, после испарения растворителя покрытие представляет собой экологически чистый полимер.

Все составы марки ВВМ-М наносятся, как правило, воздушным распылением (для пропитки поверхностей применяются валики и кисти). При этом толщина покрытия или глубина пропитки регулируется расстоянием распылителя от обрабатываемой поверхности. Давление в краскораспылителе должно быть не менее 2 атм, расстояние от обрабатываемой поверхности — 30–50 см. Рекомендуемая толщина покрытия — не менее 100 мкм, толщина пропитки — не менее 3 см. Повторные слои наносятся «мокрый по мокрому». Готовую поверхность целесообразно подвергнуть операции «козления» с помощью пропановых горелок.

Материалы марки ВВМ-М выпускаются на базе недефицитного сырья (из отечественных полимеров) в количествах, достаточных для обеспечения нужд любого заказчика.