Сергей Николаевич ПОПЧЕНКО
Всесоюзныйо рдена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева
С.Н. ПОПЧЕНКО: Заслуженный строитель РСФСР, профессор, доктор технических наук
В книге рассматриваются свойства наиболее перспективных видов гидроизоляции и гидроизоляционных материалов на основе новых полимеров и полимербитумных композиций, правила проектирования и расчет конструкций из прогрессивных материалов и область их применения. Освещаются на основе отечественного и зарубежного опыта методы комплексной механизации и индустриализации гидроизоляционных работ, дается технико-экономическая оценка современных технологических приемов выполнения работ.Книга предназначена для научных работников, а также специалистов проектных и строительных организаций. РедакторЯ. В. Зарицкий Оформление Э.А.БубовичТехнический редактор Л. В. Воронецкая Корректоры Т. Б.Берниковаи Ю. М.Зислин
ЛЕНИНГРАД СТРОЙИЗДАТ ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ • 1981
Гидроизоляция представляет собой комплекс мер для защиты зданий, сооружений и других строительных конструкций от вредного действия воды с целью обеспечения их водонепроницаемости (антифильтрационная гидроизоляция) или долговечности материала при физически или химически агрессивном воздействии внешней среды (антикоррозионная гидроизоляция). Антифильтрационную гидроизоляцию устраивают для защиты от проникновения воды в подземные и подводные сооружения (подвалы зданий, заглубленные помещения, тоннели, шахты и опускные колодцы), через подпорные гидротехнические сооружения (плотины, шлюзы и пр.), а также для предотвращения утечек воды из каналов, акведуков, бассейнов и водохранилищ.
Антикоррозионная гидроизоляция предназначена для защиты материала сооружения от химически агрессивных вод (минерализованные поверхностные и грунтовые, морские воды, канализационные промышленные стоки), от агрессивного воздействия воды и атмосферы (наземные сооружения, гидросооружения в зоне переменного уровня, кровельные покрытия и т. п.), различных промышленных продуктов и электрокоррозии блуждающими токами (опоры ЛЭП, подземные трубопроводы и другие металлоконструкции), от воздействия агрессивных газов в сочетании с атмосферными осадками. По виду основного материала различают асфальтовую, минеральную, пластмассовую и металлическую; по способу устройства: окрасочную, штукатурную, оклеечную, литую, засыпную, пропиточную, инъекционную и монтируемую (2); по основному назначению: поверхностную и внутреннюю, работающую на прижим к отрыв, покрытия и уплотнения швов и сопряжений, а также комплексного назначения — теплогидроизоляционную и комбинированную. Зачастую осуществляется сочетание гидроизоляции с тепло- и пароизоляцией, с защитой от коррозии, кавитации и абразивной эрозии. Особую группу гидроизоляции составляют противофильтрационные экраны, понуры и диафрагмы гидротехнических сооружений как самостоятельные их конструктивные элементы [5, 8, 9, 10, 11, 14, 46, 54]. Гидроизоляционные материалы отличаются от других строительных материалов повышенной водонепроницаемостью и водоустойчивостью при длительном действии воды, в том числе минерализованной, и химически агрессивных водных растворов, т. е. высокой надежностью и долговечностью в водной среде. К гидроизоляционным материалам и конструкциям предъявляется ряд дополнительных требований в зависимости от вида сооружений, для защиты которых они предназначеныи расчетной долговечности этих сооружений, сроков капитальных ремонтов и режима эксплуатации гидроизоляции. На современном этапе развития гидроизоляционной техники резко возрастает применение новых полимерных материалов и пластмасс на их основе [30]. Однако нужно считаться с дефицитом пластмасс, расходуя их очень экономно, тщательно оценивая их технико-экономическую эффективность и определяя оптимальную область применения. Надо более широко использовать полимербитумные композиции, вводя добавки полимеров в менее дефицитные нефтяные битумы и каменноугольные смолы в зависимости от условий эксплуатации гидроизоляции, прежде всего климатических ( 3).
Поэтому вопросам пластификации материалов, повышения их морозостойкости и технико-экономической оценке в книге уделено особое внимание. Наиболее эффективным способом применения новых полимеров на современном этапе является, по нашему мнению, сочетание их с нефтяными битумами, широко используемыми в строительстве [1, 3, 48, 54, 68, 73]. Это доступный и дешевый (40—45 руб/т) материал; его производство постоянно расширяется в связи с развитием добычи нефти и нефтепереработки, отходом которой являются битумы. В СССР нефтяные битумы выпускаются 56 марок, причем 65% из них составляют дорожные битумы, 25%—строительные и 10%—кровельные. Следует подчеркнуть, что стоимость обработки на заводе дорожного битума в три раза меньше, чем строительного, экономическая эффективность от применения улучшенных дорожных битумов составляет 28 руб/т, а строительных 9,3 руб/т [30, 63]. Учитывая, что строительство развивается все в более широких масштабах в районах с суровыми климатическими условиями ( 3), можно наметить следующие виды новых наиболее перспективных гидроизоляционных материалов: а) гидротехнические асфальтополимербетоны на основе полимербитумных вяжущих — для противофильтрационного экранирования; б) окрасочные и рулонные материалы на полимербитумной основе и эмульсионные мастики — в качестве гидроизоляционных, кровельных и герметизирующих; в) полиэтиленовые, поливинилхлоридные и бутилкаучуковые пленки, листы и профильные ленты — для противофильтрационных экранов; г) эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые композиции с сопутствующими компонентами — для гидроизоляционных покрытий и герметиков; д) асфальтокерамзитобетоны, пеноэпоксиды, фенопласты, пенополиуретаны и пеносиликоны — для теплогидроизоляции и герметизации сооружений; е) коллоидные цементные и полимерцементные растворы — для высокопрочной гидроизоляции, антикавитационных и антиабразивных покрытий.
Окрасочная гидроизоляция из мастик и красок. Окрасочная гидроизоляция представляет собой многослойное водонепроницаемое покрытие, выполняемое окрасочным способом и имеющее общую толщину в несколько миллиметров. Окраска является наиболее распространенным и дешевым способом гидроизоляции и антикоррозионной защиты поверхностей бетонных и металлических сооружений [2, 9, 40, 42], однако область ее применения ограничивается недостаточной долговечностью окрасочных покрытий. Поэтому проанализируем данную особенность окрасочной гидроизоляции и определим область ее возможного применения. Для повышения надежности и долговечности окрасочной гидроизоляции надо отказаться от применения чисто битумных покрытий, прежде всего из-за их недостаточной водо- итрещиноустойчивости. Например, трехслойное покрытие разжиженным битумом уже через год пребывания в грунте имеет электрическое сопротивление всего 20—30 Ом, а опоры ЛЭП без покрытия—10 Ом, с одним его слоем—15 Ом, с двумя слоями—13—20 Ом при первоначальном сопротивлении до 185 Ом [35]. В США 75% трубопроводов изолировано каменноугольными и битумными эмалями горячего нанесения, причем каменноугольные покрытия даже через 40 лет эксплуатации во влажном грунте имеют водопоглощение 0,3% и УОЭС=1,1х ХЮИ Ом-см, тогда как у битумных покрытий уже через пять лет водопоглощение 12,4% и УОЭС=1010 Ом-см. Точно так же срок службы горячих и холодных битумных окрасок металлических эстакад на Нефтяных Камнях у г. Баку не превышает трех лет, причем скорость коррозии стали под такими покрытиями составляет 0,5 мг/см2 в год, т. е. практически такая же как и у незащищенной стали [66]. Водоустойчивость является важнейшим свойством гидроизоляционного покрытия, определяющим его долговечность. Испытания показывают, что при насыщении гидроизоляционного материала водой (водопоглощение свыше 5%) он теряет до 15 /о первоначальной прочности (коэффициент водоустойчивости 0,85) и становится электропроводным (УОЭС менее 10 Ом-см), а далее наступает его каскадное разрушение [40]. В чистых битумах диффузионное водопоглощение идет весьма интенсивно, и уже через три года строительные битумы разрушаются ( 1.1). Для повышения водоустойчивости необходимо либо наполнить битум минеральным наполнителем, т. е. приготовить асфальтовую мастику, либо совместить его с полимерными добавками. Таким образом, для обеспечения водоустойчивости битумного покрытия надо исходный битум либо перевести в пленочное состояние, при котором он упрочнен поверхностными адсорбционно-сольватными силами, как в асфальтовых смесях, либо дополнительно «сшить» его конденсационными цепями каучука, как в полимербитумных композициях. Интересно от метить, что исходный каучук не обладает высокой водоустойчивостью, а битум и каучук взаимно упрочняют друг друга в составе композиции, благодаря чему она становится надежной окрасочной гидроизоляцией сооружений. У обычных строительных битумов интервал пластичности не превышает 90° С, причем увеличение его нефтехимическими методами весьма затруднительно, однако полимерные добавки позволяют получать полимербитумные композиции с интервалом пластичности 200° С и более. Для европейской части СССР можно принять минимальную среднесуточную температуру —20° С; тогда на основании значений структурно-реологических характеристик различных полимербитумных композиций при этой температуре, приведенных в табл. 1.5, можно рассчитать температурные напряжения в покрытиях для упругохрупкого и вязкоупругого состояний по (1.4) и (1.5), значения которых указаны в табл. 1.6. Как видим, в покрытиях из битума БН 70/30 и асфальтовых мастик возникающие напряжения столь значительны, что неизбежно ихрастрескивание, причем влияние релаксации напряжений ничтожно мало и не обеспечивает трещиноустойчивость покрытий — длительность релаксации слишком велика для этого. Анализ структурно-реологических свойств полимербитумных окрасочных композиций позволяет не только правильно определить трещиноустойчивость покрытий, но и классифицировать полимерные добавки по характеру их действия на структуру битумного покрытия, подразделив их на следующие группы: структурирующие добавки — типа каучуков: бутилкаучук БК-289, этиленпропиленовый СКЭП-30 и термоэластопласты:дивинилстирольный ДСТ-30 и этиленпропиленовый сополимер СЭП-573, которые «сшивают» всю коагуляционную структуру битума и обеспечивают эластичность материала во всем температурном диапазоне его пластичности; пластифицирующие добавки — типа латексов: карбоксилатный СКД-1 и дивинилстирольный СКС-30, полиизобутиленовый клей № 4508, кубовые остатки ректификации стирола (КОРС), которые только разжижают или структурируют дисперсионную среду битумного коллоида, существенно не изменяя его температуру хрупкости (за исключением КОРС); наполняющие добавки — типа резиновой крошки и минеральных наполнителей, эффективность действия которых сказывается только в результате перевода битума в пленочное адсорбционно-связанное состояние,— они лишь повышают водоустойчивость и теплоустойчивость покрытий, не оказывая значительного влияния на их трещиноустойчивость при низких температурах. Прежде чем перейти к анализу иных свойств полимербитумных окрасочных покрытий и других полимерных композиций, следует подчеркнуть, что эти свойства, имеющие меньшее значение, для большинства применяемых красок и мастик достаточно высоки. Это подтверждается анализом требований к антикоррозионным покрытиям газопроводов по данным 311 газовых компаний США, результаты которого можно принять в качестве критериев при выборе состава материалов. Основной недостаток рассмотренных полимербитумных композиций заключается в том, что их надо наносить в горячем состоянии, в связи с чем особый интерес представляют попытки создания холодных полимербитумных композиций для окрасочной гидроизоляции сооружений. К сожалению, для покрытия долговременных сооружений пригодны только две холодные полимербитумные краски: битумнонаиритная композиция (БНК) и битумно-полиэтиленовая (БИГЛЭ), отличающиеся высокой водоустойчивостью и гидроизоляционной надежностью. Выше мы указывали, что использование разжиженных битумов приводит к снижению водоустойчивости гидроизоляционных покрытий, однако при введении вулканизующих добавок в жидкие каучуки, особенно стабилизирующей добавки — эпоксидного реактопласта, достигается достаточная водоустойчивость, что позволяет рекомендовать для гидроизоляции долговременных сооружений краску БНК следующего состава в частях массы [54, 112]: строительный битумБН 70/30- (200), наирнт марки А, жидкий каучук- (100), вулканизующие агенты, сера, окись цинка- (2,5), мягчитель, стеарин или церезин- (2,5), стабилизатор антистаритель, неозон Д, тиурам- (0,35), растворитель, толуол или сольвент-(200), стабилизирующая добавка — эпоксидная смола ЭД-20-(2,5), отвердитель ПЭПА-(0,25). Серьезным недостатком краски БНК является ее многокомпонентность, однако при заводском изготовлении состав ее можно свести к двум составляющим, прилагая к бидонам с основной краской небольшие баллоны с отвердителем и вулканизующими агентами. Композиция БНК позволяет получать покрытия с высокими гидроизоляционными и структурно-механическими свойствами (табл. 1.8 и 1.9), с расчетной долговечностью 80—100 лет при постоянном пребывании в воде и свыше 25 лет — на открытых поверхностях [112]. Весьма эффективна битумно-полиэтиленовая композиция (БИГЛЭ), получаемая путем смешения равных количеств строительного битума БН 70/30, низкомолекулярного(«воскового») полиэтилена и каменноугольногосольвента.Покрытия из БИПЭ обладают достаточновысокими гидроизоляционными свойствами, широким интервалом пластичности, дешевы и недефицитны [97]. Однако все битумно-полимерные покрытия имеют невысокую механическую прочность и адгезию к бетонному основанию, поэтому в подземных конструкциях их защищают цементной штукатуркой или набрызгиваемой цементно-латексной суспензией от механического воздействия грунта [112]. Необходимостьсозданияокрасочных гидроизоляционных покрытий,обладающих достаточно высокой прочностью при статических и динамических нагрузках, привела к разработке эпоксидных мастик и красок. Наиболее водоустойчивыми являютсякомпозиции наоснове диановыхэпоксидных смол ЭД-20 и ЭД-16, однако для придания им трещиноустойчивости получающиесяполиэпоксиды нужно обязательно пластифицировать, вводя в них особые пластификаторы, обеспечивающие пластичность окрасочного покрытия и релаксацию температурных напряжений,которые достаточно велики, поскольку разность значений К.ЛРТ эпоксидного покрытия и бетонного или металлическогооснованиядостигает 20-Ю-51/°С [46, 54, 86, 108]. По характеру действия различают внешние и внутренние пластификаторы. Внешние пластификаторы не образуют сополимеров с эпок-сидами, вследствие чего пластифицирующее действие их только временно; к ним относятся дибутил и диоктилфталаты, различные полиэфиры и фурановые композиции, битумы и тиоколы; такие композиции нельзя применять на открытых поверхностях, подвергающихся воздействию переменных температур или вибрации [85]. Модификаторами, или внутренними пластификаторами, для эпоксидных композиций являются каменноугольные смолы и сланцевые фенолы, а также карбоксилатные каучуки, образующие сополимерные соединения с эпоксидными смолами, обладающие постоянным пластифицирующим эффектом, не исчезающим при полном отверждении эпоксидов. Вид пластификатора-модификатора влияет весьма значительно и на иные свойства покрытий: например, каучуковые добавки повышают не только деформативную способность, но и динамическую прочность и кавитационную стойкость, износоустойчивость покрытий, а добавки фурановых смол повышают теплостойкость и теплоустойчивость при длительном нагреве. Каменноугольные смолы и сланцевые фенолы дешевы. Во всех эпоксидных композициях, помимо основного вяжущего и модификатора, применяются отвердители: полиэтилен полиамин (ПЭПА), а при сложных температурно-влажностных условиях—аминофенольный отвердитель АФ-2, органические растворители: толуол, сольвент, ацетон и т. п., а также наполнители и пигменты — чаще всего железный сурик и алюминиевая пудра. Как видим, с увеличением содержания каучука в композиции эластичность покрытий повышается, однако их водоустойчивость несколько снижается, причем вода оказывает на покрытие своеобразное пластифицирующее воздействие, что позволяет применять более жесткие эпоксидные композиции для защиты сооружений в подводной зоне при постоянном действии воды. Например, для защиты напорных граней уникальных бетонных плотин Чиркейской ГЭС высотой 220 м и Ингурийской ГЭС высотой 315 м были применены эпоксидно-каменноугольные и эпоксидно-дибутилфталатные краски и получены достаточно трещиноустойчивые покрытия, так как вначале действовали пластификаторы, а затем уже сказывалось пластифицирующее влияние воды; какие-либо протечки не наблюдались. Исследования показали, что эпоксидные покрытия отличаются хорошими гидроизоляционными и прочностными свойствами, благодаря чему их можно применять без защитного ограждения даже при интенсивных механических воздействиях; кроме того, они обладают значительной химической стойкостьюпри агрессии минерализованных грунтовыхводи промышленных стоков, а также достаточно высокой атмосферо устойчивостью, что позволяет принимать расчетную долговечность эпоксидных покрытий свыше 50 лет в подводной зоне и более 25 лет — в надводной. Например, эпоксидное покрытие на железобетонных лотках Братского ЛПК успешно служит уже 20 лет, свыше 10 лет — на водосливных гранях плотин Братской и Красноярской ГЭС, на вентиляторных градирнях Киришского НПЗ. Из ныне выпускаемых эпоксидных эмалей для гидроизоляционных целей могут быть рекомендованы ЭП-72 (с каменноугольным лаком) и ЭП-43 (с олигомером ПДИ-ЗА), а для подводных зон, доступных для периодического осмотра и ремонта,— эмали ЭП-752 и ПЭП-126 (с глицидиловым эфиром), ЭП-773 и ЭП-569 (с меламиноформальдегидной смолой), а также эмали на основе смолы ЭИС-1 [24]. Наиболее существенными недостатками эпоксидной гидроизоляции являются высокая стоимость и дефицитность эпоксидных смол, вредность и огнеопасность растворителей и отвердителей, что делает весьма актуальным дальнейший поиск оптимальных полимерных красок гидроизоляционного назначения. Известно много различных лаков и красок антикоррозионного назначения, однако для гидроизоляции поверхностей долговременных сооружений, недоступных для осмотра и ремонта, большинство из них пока еще рекомендовано быть не может [10]. Наиболее перспективен этинолевый лак— дешевый и недефицитный отход производства синтетического каучука, допускающий работу на морозе и на влажных поверхностях, однако образующий жесткие и быстро стареющие на солнце покрытия; поэтому рекомендуется применять не только этинолевые краски ЭКЖС-40, но и модифицированные этинолево- эпоксидные или этинолево- битумные краски (табл. 1.12). Во ВНИИГе разработана этинолево- битумная краска, состоящая из этинолевого лака, 10% строительного битума БН 10/90 и 30% минеральных наполнителей [54]. Этинолевые краски весьма перспективны, так как они значительно снижают стоимость гидроизоляционных покрытий, поскольку эпоксидные смолы стоят 4,5 руб/кг, эпоксидные краски —от 10 (ЭП-43) до 2,1 руб/кг (ЭП-569); этинолевый лак стоит 27,5 коп/кг, а этинолево- эпоксидные эмали — менее 1 руб/кг, что в подземных и подводных условиях позволяет достаточно эффективно заменять дорогостоящие эпоксидные покрытия этинолевыми, а при необходимости обеспечения повышенной прочности покрытий — этинолево- эпоксидными эмалями и даже этинолево- битумными [24, 54]. Существенным недостатком полимерных красок является необходимость в органических растворителях, которые делают их вредными и огнеопасными, в связи с чем все более распространенным становится использование порошковых красок и красок с небольшим содержанием растворителя, а также водно-дисперсионных красок. По мнению специалистов США и ФРГ, к 1985 г. применение водно-дисперсионных лаков и красок достигнет 30—40%, а доля красок на основе органических растворителей снизится с 80—90 до 20—30%; поэтому надо уделять больше внимания разработке окрасочных композиций на основе битумных и эпоксидных эмульсий (см. § 1.3). В гидроизоляционной технике для устройства кровель и пароизоляции нашли применение битумные эмульсии типа «эмульбит» и битумно-латексные композиции типа «эластим» [19, 46, 98]. Эмульбит представляет собой битумную эмульсию, состоящую из 50% битума БНД 60/90, 41,5% воды и 8,5% комбинированного эмульгатора, состоящего из 2,5% сульфитно-спиртовой барды (ССБ) и 6% гашеной извести. Известны разновидности эмульбита без добавок гашеной извести, но они неводоустойчивы из-за водорастворимости лигносульфоновых соединений, содержащихся в ССБ, и только в результате взаимодействия извести с ССБ получаются неводорастворимые кальциевые мыла лигносульфоновых кислот, что обеспечивает водоустойчивость покрытий. Эластим — композиция из битумной эмульсии на основе асидолового или асидол-мылонафтового эмульгатора, хлористого кальция как коагулятора и дивинилстирольного или хлоропренового латекса (8—18%). Этот материал наносят с помощью специального трехканального пистолета: по одному его каналу подается эмульсионно-латексная смесь, по другому — раствор коагулятора, по третьему — распыляющий сжатый воздух.
Как правило, такие покрытия сочетают с набрызгом рубленого стекловолокна способом, получившим за рубежом название «флинткоте-моноформ». Окраски эластимом и эмульбитом дешевы и благодаря водной дисперсии просты и безопасны в работе, однако получаемые покрытия малопрочны и недостаточно водоустойчивы, а потому они применяются только для временных или периодически увлажняемых гидроизоляционных покрытий. Даже весьма краткий анализ основных окрасочных гидроизоляционных материалов наглядно показывает, что для долговременных покрытийассортиментматериаловвесьмаограничен, а область их возможного применения еще более ограничена; в частности, последние исследования вынуждают запретить использование для гидроизоляции долговременных сооружений окрасокразжиженнымибитумами, битумными эмульсиями и даже горячими битумами, а также химически стойкими лаками и эмалями — по условиям водоустойчивости. Исходя из условий трещиноустойчивости при переменных эксплуатационных температурах, следует исключить окраски битумами, горячими асфальтовыми и битумно-резиновыми мастиками, не модифицированными этинолевыми и эпоксидными краскамии эмалями,а по условиям механической прочности полимер битумныекраскив подземных сооружениях нужно защищать цементной штукатуркой или цементно-латексным набрызгом, а наоткрытых поверхностях армировать стеклосетками, что удорожает и усложняет гидроизоляционные покрытия. Тем не менее окрасочная гидроизоляция является наиболее экономичным видом защитных покрытий, требующим минимума затрат труда и расхода материалов (табл. 1.13 и 1.14); поэтому ей следует отдавать предпочтение в тех случаях, когда это допускается условиями долговечности и надежности проектируемой гидроизоляции.
Анализ технико-экономических особенностей разных видов окрасочной гидроизоляции позволяет дать некоторые рекомендации по их использованию. 1. Эпоксидные модифицированные покрытия применимы во всех, даже наиболее сложных, случаях, однако дороговизна и дефицитность ограничивают область их применения лишь наиболее сложными агрессивными условиями, повышенными эксплуатационными температурами (до 160° С) и кавитационными воздействиями (скорость воды до 60 м/с). 2. При защите обычных подземных сооружений, подвалов и фундаментов рекомендуются окраски из резинобитумной мастики БРМ, полимер битумной мастики битэп и этинолево битумных красок без ограничения сроков капитального ремонта (см. табл. 1.1), а при сроках ремонта менее 10 лет допускается окраска эмульбитом и эластимом. 3.Гидроизоляционные покрытия на открытых поверхностях и кровельные покрытия должны выполняться обязательно из пластифицированных композиций, интервал пластичности которых назначают на основании диапазона эксплуатационных температур, а состав подбирают исходя из результатов анализа структурно-механических свойств и расчета температурных напряжений при минимальных температурах зимой. Наиболее целесообразны полимер битумные композиции типа битэп с пластификатором из структурирующих добавок этиленпропиленового каучука СКЭПт-30 или дивинилстирольного термоэласто-пласта ДСТ.
Оклеечная гидроизоляция представляет собой водонепроницаемое покрытие из нескольких слоев рулонных, пленочных или листовых материалов заводского изготовления, наклеиваемых на специальном клее или клеемассе; это наиболее распространенный вид гидроизоляции долговременных сооружений и «мягких» рулонных кровель, отличающихся повышенной надежностью и трещиноустойчивостью [1, 5, 50]. Основными кровельными рулонными материалами являются рубероид и толь, представляющие собой кровельный картон, пропитанный битумом и покрытый покровной массой: битумной у рубероида, дегтевой у толя. Различают следующие марки рубероида: покровный с крупнозернистой посыпкой РК-420; с чешуйчатой посыпкой РЧ-350; с мелкозернистой посыпкой РМ-350; подкладочный рубероид РП-250; беспокровный рубероид, называемый пергамином П-350 (ГОСТ 10923—76 и 2697—75). Аналогично подразделяется и толь: от ТВК.-420 до толь-кожи ТК-350 (ГОСТ 10999—64) в зависимости от вида посыпки. Необходимо подчеркнуть, что рубероид и толь недостаточно гнилостойки, так как их основой служит картон, в связи с чем применять их для гидроизоляции долговременных сооружений категорически запрещается. Кроме того, они сами по себе водопроницаемы, и поэтому водонепроницаемость покрытия создается клеемассой, битумной или дегтевой. Отечественные рубероиды уступают зарубежным по долговечности из-за небольшой толщины покровной массы. Ведется большая работа по совершенствованию рулонных материалов и повышению их долговечности, причем намечается переход к новым полимерным материалам и отказ от традиционных битумных иасфальтовых покрытий. Между тем, из-за дороговизны и дефицитности новых полимеров покрытия приходится делать более тонкими, чем это требуется для обеспечения их надежности, и ограничивать область их применения уникальными сооружениями. Отказ от битумных рулонных материалов обусловлен многослойностью оклеечной гидроизоляции, необходимостью наклейки их вручную на горячей клеемассе и недостаточной долговечностью материалов с тонким покровным слоем. Например, рубероидные рулонные кровли выполняют в три-пять слоев, что приводит к затратам средств в 4—6 руб/м2 и труда до 0,8 чел.-дн./м2, причем капитальный ремонт кровель требуется через пять-шесть лет. Однако эти недостатки вызваны не дефектностью битумов как гидроизоляционных или кровельных материалов, а неправильным составом покровных масс и небольшой их толщиной. Наблюдения за асфальтовой кровлей башни «Кик-ин-де-Кёк» в Таллине, построенной 500 лет тому назад, показали, что асфальт на древесном дегте «постарел» только с поверхности, а в более глубинных слоях остался практически без изменений. Точно так же строительные и дорожные битумы уже через три года пребывания в воде поглощают до 5—10% воды, причем прочность покрытия уменьшается на 15—20 %, а первоначальная прочность плотных .асфальтов даже через десять лет нахождения их в воде не снижается [54, 55]. Поэтому за рубежом в последние годы наметилась тенденция к увеличению толщины покровного слоя рулонных материалов; например, в Финляндии по стандарту SFSG выпускается материал с удельной массой до 4900 г/м2 и покровной массой верхнего слоя до 2200 г/м2, в США по ASTM-250—60 изготавливается битуминированный асбестовый картон (гидроизол) с покровной массой до 1250 г/м2, а во Франции по NF-P-84-301 — рубероид, армированный мешковиной* и с массой 3—5 кг/м2. Увеличение толщины покровного слоя битума ведет к снижению трещиноустойчивости материала при резких изменениях температуры (см. § 1.1); поэтому применяются каучуковые материалы с широким интервалом пластичности, на основе лукобита, этилен пропиленового каучука, модифицированного 20% окисленного битума, но все эти материалы весьма дороги, в связи с чем мы пошли по пути создания каучуко битумных композиций. Для создания полимер битумных покровных масс был выбран этиленпропиленовый и этиленпропиленово диеновый каучуки СКЭП и СКЭПт, которые отличаются высоким пластифицирующим эффектом, небольшой стоимостью и высокой атмо-сфероустойчивостью (см. табл. 1.2,1.2 и 1.3); благодаря своей низкой нефтестойкости они хорошо совмещаются с битумом. Путем смешения строительных битумов с каучуками СКЭП и СКЭПт во ВНИИГе была разработана мастика битэп, которая успешно применяется на стройках Ленинграда по ВСН 173—73 Главленинградстроя и выпускается заводами Главлен-стройматериалов по ТУ 401-08-515—73 по цене 22 коп/кг [64, 47]. В дальнейшем было доказано, что мастики битэп можно приготавливать также с добавками бутилкаучуков, этиленпропиленовых сополимеров СЭП и дивинил стирольных термоэласто пластов ДСТ, низкомолекулярного полиэтилена и пр. На основе этих покровных масс на Минераловодском рубероидном заводе ВНИИГа в содружестве с Оргтехстроем Центртяжстроя и Роскровлей были разработаны новые рулонные материалы: экарбит, армобитэп и эластобит. Экарбит— рулонный кровельный материал на основе кровельного картона, пропитанного битумом, с покровным слоем полимер битумной композиции битэп с общей удельной массой 3—5 кг/м2. Армобитэп — аналогичный гидроизоляционный материал, армированный стеклохолстом ВВГ или стеклосеткой ССС-3; обладая повышенной водоустойчивостью и гнило стойкостью, он предназначен для оклеечной гидроизоляции долговременных сооружений. Оба эти материала аналогичны наплавляемому рубероиду и стекло рубероиду, но отличаются от них увеличенной толщиной покровной массы и повышенной ее эластичностью при низких температурах благодаря структурирующим добавкам каучуков к битуму покровной массы. Эластобит — без основный рулонный материал типа изола или бризола, но изготавливаемый путем экструзии из мастики битэп с повышенным содержанием каучуковой добавки, что придает ему большую прочность и морозостойкость (табл. 1.18). Сравнение свойств этих материалов свидетельствует об их значительных преимуществах. Таким образом, можно рекомендовать рулонные кровли из двух слоев экарбита: подкладочного и покровного; гидроизоляционные покрытия из двух слоев армобитэпа, а при необходимости обеспечения высокой деформативной способности или морозостойкости — из эластобита, причем расчеты показывают, что долговечность таких рулонных кровель превышает 25 лет, а оклеечной гидроизоляции— 100 лет. Значительным преимуществом новых полимер битумных материалов является возможность не наклеивать их, а наплавлять при помощи огневых или инфракрасных форсунок (53, 71, 77, 89]. Огневое наплавление резко повышает качество оклеечной гидроизоляции, позволяет избежать сезонности гидроизоляционных работ и обеспечивает повышенную сдвигоустойчивость покрытия, благодаря чему в некоторых случаях можно отказаться от защитного ограждения {46, 54]. Но даже улучшенные полимерными добавками обычные рулонные материалы уступают по прочности и морозостойкости чисто каучуковым, что наглядно подтверждается сравнением данных табл. 1.17 и 1.18, однако такие материалы в 10—12 раз дешевле каучуковых и на них расходуется всего лишь 3—5% дефицитного каучука. Однако в последние годы все большее применение находят бутилкаучуковые и полиизобутиленовые листы, особенно при защите сооружений в химически агрессивных условиях. Листы ПСГ представляют собой термопластичный рулонный материал толщиной 1—2,5 мм из смеси полиизобутилена П-200, газовой сажи и аморфного графита. Такие листы стоят 82,5 коп/кг, поэтому покрытие из ПСГ толщиной 2,5 мм (однослойное) стоит 5,88 руб/м2, а толщиной 4 мм — 8,14 руб/м2. Они наклеиваются на клеях № 88-Н, КДТ-50 или КДГ-20. Наиболее дешевыми клеями гидроизоляционного назначения являются: резиновый полиизобутеленовый клей на бензине 21—28 коп/кг, резиновый клей № 4010 на уайт спирите 47 коп/кг, каучуковый клей для резины 88 коп/кг, наиритный клей НТ-4 концентрации до 20% 70—81 коп/кг, кумарононаиритный клей № 88-НА-1-1,07 руб/кг, поливинилхлоридный клей и клей «Марс» 91,2—99,2 коп/кг. Стремление снизить стоимость покрытий из ПСГ привело, с одной стороны, к разработке полиизобутиленовой пленки УП-50 (табл. 1.19), стоимость покрытия которой толщиной 1мм составляет всего 1,1 руб/м2, а с другой, — к разработке полиизобутиленовобитумного линолеума «релин», изготавливаемого из смеси резиновой крошки с битумом и лишь в покровном слое содержащего до 40% каучука; он имеет пределы применения от —25 до +80° С и достаточно водоустойчив (w = 2%). Аналогичен релину гидроизоляционный материал ГМП, представляющий собой листы толщиной 1—1,5 мм из смеси битума с полиизобутиленом, фенолоформальдегидной смолы и наполнителей. Полиэтиленовые и поливинилхлоридные листы все более широко применяются для гидроизоляции сооружений в виде покрытия со сварными швами и монтажной приклейкой указанными выше клеями. Наиболее эффективным способом удешевления оклеечной полимерной гидроизоляции является использование сравнительно тонких полимерных пленок, в первую очередь полиэтиленовых и поливинилхлоридных, ассортимент которых достаточно широк (табл. 1.20). Однако надо было весьма серьезно изучить вопрос о долговечности пленочной гидроизоляции.
Долговечность полимерных пленок была доказана прямыми опытами и подтверждена натурными наблюдениями, а также экспериментально-теоретическим прогнозированием и обоснованием расчетного срока эксплуатации пленочных покрытий в различных условиях [40, 43, 47, 76, 86, 96, 98]. Долговечность полимерных пленок стала особенно важной в связи с массовым их применением для противофильтрационного экранирования водохранилищ и других гидротехнических сооружений [25, 50]. Натурные наблюдения за полимерными пленками в различных условиях в течение 15-20 лет показали, что пленки из стабилизированного полиэтилена высокой плотности при толщине более 200 мкм стареют очень медленно и их долговечность в грунтовых и подводных условиях превышает 150 лет ( 1.4); нестабилизированные и поливинилхлоридные пленки имеют значительно меньшую долговечность, но увеличение их толщины до 0,6-1,2 ммсильноее повышает. Оклеечная гидроизоляция, как и всякая поверхностная гидроизоляция, состоит из подготовки основания, собственно гидроизоляционного покрытия и защитного ограждения (все они в данном случае обязательны). Подготовка основания под оклеечную гидроизоляцию состоит в устройстве бетонной подготовки поверх грунта, а пои химически агрессивных грунтовых водах — асфальтобетонной подготовки или слоя щебня с заливкой битумом.
Наконец, бетонные и кирпичные поверхности надо обязательно выравнивать цементными стяжками или штукатурками. Оклеечная гидроизоляция требует сухого, чистого и весьма ровного основания с неровностями не более 2 мм; на стенах поверхность бетона или цементной штукатурки рекомендуется грунтовать битумом, разжиженным бензином в соотношении 1 : 2, с расходом до 0,2 кг/м2. Гидроизоляционное покрытие выполняется из трех-четырех слоев рулонных материалов: стеклорубероида, гидроизола, армобитэпа, изола или фольгоизола. Материалы на гниющей картонной основе (рубероид, толь или экарбит) при строительстве долговременных зданий применять запрещается. Наклейка рулонных материалов производится на битуме БН 70/30 или резинобитумной мастике БРМ, битумно-каучуковом сплаве битэпе и т. п. Нормальное гидроизоляционное покрытие выполняется из трех слоев рулонного материала с нахлесткой продольных стыков на 10 см, поперечных — на 20 см, причем на деформируемом основании и промерзающих поверхностях нахлестка увеличивается соответственно до 15 и 25 см. При напорах свыше 10 м, химической агрессивности воды-среды и при отрывающем напоре покрытия делаются усиленными из четырех слоев. Новые гидроизоляционные материалы улучшенного качества: полимерные пленки из ПЭНП, ПВХ и бутилкаучука, полимер битумные утолщенные (армобитэп и эластобит) позволяют выполнять покрытия в два слоя, а утолщенные листы из ПЭ и ПВХ со сваркой стыков — даже в один слой. Защитное ограждение для оклеечной гидроизоляции обязательно для защиты сравнительно мягкого покрытия от механических повреждений. Горизонтальные поверхности защищаютсяцементным или асфальтовым раствором ввиде стяжки толщиной 25—30 мм, а вертикальные — кирпичной стенкой, цементной штукатуркой по сетке или железобетонными плитами ( 1.5), причем последняя защита устраивается только на напорных гранях гидросооружений и при отрывающем напоре, а в остальных случаях при отрывающем напоре оклеечную гидроизоляцию применять нельзя. Защита деревянной опалубкой допускается только в подводной зоне сооружений [8, 9, 10, 14]. На открытых поверхностях (например, эксплуатируемых крышах, мостах, акведуках), где гидроизоляционное покрытие подвергается воздействию переменных температур, между покрытием и жестким защитным ограждением нужно укладывать демпфирующие прослойки из пластичных материалов или песчаной засыпки, обеспечивая тем самым свободу деформаций.
Штукатурная гидроизоляция представляет собой водонепроницаемое покрытие толщиной от 5 до 50 мм, наносимое в несколько слоев или наметов штукатурным способом; в зависимости от вида используемого материала различают цементные штукатурки и торкрет, асфальтовые (горячие и холодные) штукатурки. Штукатурная гидроизоляция широко распространена благодаря простоте ее выполнения и дешевизне; в последние годы она была существенно усовершенствована, что позволило комплексно механизировать гидроизоляционные работы, резко повысить ее надежность и долговечность даже в наиболее сложных эксплуатационных условиях. Поэтому она становится основным типом гидроизоляции, постепенно вытесняя более дорогие и трудоемкие, в первую очередь оклеечную. Штукатурные покрытия из цементных растворов. Цементные штукатурки из жирных цементных растворов с соотношением портландцемента к песку 1 :3 и В/Ц = 0,4 являются наиболее распространенными, однако низкая трещиноустойчивость, водопроницаемость и не морозоустойчивость покрытий вынуждают искать способы совершенствования цементных растворов путем введения различных добавок и ограничивают область их применения наиболее простыми и неответственными случаями, а также для выравнивающих подготовок и защитных стяжек. Известно большое количество добавок к цементным растворам гидроизоляционного назначения [8, 14, 31, 46, 54] — как минеральных, так и органических. Большинство уплотняющих добавок одновременно повышает жесткость покрытия и усадку раствора при твердении [41], что уменьшает трещиноустойчивость гидроизоляции,а водорастворимость солейснижает его водоустойчивость при длительном действии напорных вод. Усадочному трещинообразованию успешно препятствуют добавки расширяющихся (ВРЦ) и безусадочных (ВБЦ) цементов, однако выделяющийся при их введении водорастворимый гипс снижает водоустойчивость раствора. Гораздо более эффективны органические добавки водорастворимых смол и латексов, которые, как правило, повышают не только плотность покрытий, но и их трещиноустойчивость, однако в крупнопористых цементных растворах эффективность действия высокодиспергированных эластомеров резко снижается; кроме того, дефицитность и дороговизна таких добавок намного ухудшают экономичность полимерцементных растворов [41]. Поэтому в настоящее время нельзя рекомендовать широкое применение обычных цементных штукатурок для гидроизоляции долговременных сооружений из-за их недостаточной трещиноустойчивости, водо- и морозоустойчивости, коррозионной стойкости. Следует применять коллоидные цементные растворы КЦР и КПЦР (см. ниже). В цементные растворы вспомогательного назначения эффективно введение гидрофобизирующих добавок — кремнийорганических жидкостей ГКЖ-П, ГКЖ-Ю и ГКЖ-94 (0,2—0,5% от массы цемента), которые резко повышают водонепроницаемость стяжек и подготовок, но, к сожалению, лишь временно, поскольку гидрофобизация при длительном воздействии воды прекращается вследствие инверсии смачивания. Цементный торкрет является разновидностью штукатурных покрытий, он позволяет механизировать работы и повысить надежностьпокрытий. Сухаяцементно-песчанаясмесь (1:2) подается пневматически по шлангу от цемент-пушки с дозировкой ее тарельчатым питателем; она смешивается с водой в штукатурном сопле, куда вода поступает по специальному шлангу через дозирующий вентиль; при этом сопловщик визуально поддерживает среднее В/Ц = 0,35 ( 1.6, а). Два недостатка присущи торкрету: неравномерность состава раствора иегозависимость от квалификации сопловщика, вследствие чего образуются усадочные трещины, он плохо прилипает к основанию, наблюдается значительный отскок песка (25—30%); поэтому в большинстве случаев торкрет-штукатурка получается недоброкачественной [31, 41, 69]. Улучшения торкрет-штукатурки достигают при помощи активированного торкрета [27, 78] на основе портландцемента, виброизмельченного до удельной поверхности 5000 см2/г, и минерального наполнителя. Такой торкрет гораздо более плотен, что позволило успешно применить его на ряде мазутных резервуаров, для кавитационностойких покрытий водослива плотины Братской ГЭС, сульфатостойких покрытий дымоходов Заинской ГРЭС и других ответственных сооружений. Однако главные недостатки торкрета такие частные улучшения не устраняют, а потому его можно использовать лишь при наличии сопловщиков высокой квалификации. Дальнейшим совершенствованием цементной гидроизоляции следует считать нанесение заранее приготовленного, отдозированного и перемешанного раствора, каким является КДР- Коллоидный цементный раствор (КДР) разработан ВНИИГом в содружестве с ИФХ АН СССР для штукатурной гидроизоляции на основе высокодисперсного цемента М-500, тонкомолотого порошка-наполнителя и более крупного песка-заполнителя при пониженном содержании воды (В/Ц=0,35) и повышенных добавках гидрофилизирующих ПАВ (ССБ или СДБ). Для КЦР характерна высокая водонепроницаемость при пониженных усадочных деформациях, что обеспечивает трещиноустойчивость покрытий. В табл. 1.23 приведены свойства КЦР в сравнении с традиционными цементными покрытиями. Основным достоинством КЦР является мелкопористая структура (большинство микропор —не более 1 мкм), благодаря чему покрытия из него водонепроницаемы не только для гравитационной воды (испытано при давлении 2,5 МП а в течение 270 суток), но и для капиллярной влаги. Гарантируется их высокая морозоустойчивость, сульфатостойкость, повышенная устойчивость против абразивного износа и кавитационной эрозии, а также повышенная прочность при ударном воздействии. При обычных работах используют высокомарочные портландцементы и минеральные наполнители (известняковый и доломитовый порошки, зола ТЭС, маршаллит и пр.). При виброизмельчении цемента и песка могут быть получены покрытия прочностью 70—80 МПа, а при использовании металлического порошка в качестве наполнителя — даже до ПО МПа. Наиболее существенным недостатком КЦР является его слишком густая консистенция во время нанесения, вследствие чего при В/В>0,35 в покрытии образуются усадочные трещины; поэтому раствор приходится наносить либо вручную, либо ручным аппаратом — виброрастворометом, строго соблюдая дозировку воды и правила ухода за покрытием. Эта трудность была исключена созданием смесительно-штукатурного агрегата ВНИИГа на базе вибросмесителя-растворомешалки СО-46 и модернизированного растворонасоса СО-49, позволяющего наносить растворы с подвижностью до 5 см (В/В = 0,32). Другим средством, предотвращающим усадочное трещинообразование, является введение полимерных добавок — применение КПЦР. Коллоидный полимерцементный раствор (КПЦР) отличается добавками (3—5% от массы цемента) латексов, полиэтиленовой эмульсии, эпоксидной эмульсионной пасты, которые повышают подвижность КЦР настолько, что даже при В/В = 0,2 его можно наносить растворонасосом. Кроме того, добавки эластомеров резко увеличивают трещиноустойчивость покрытий, что видно из табл. 1.23. Весьма эффективна добавка ПАВ — пенообразователя ОП-7 (оксиэтилированного алкилфенола) в количестве 5—8% от массы вводимого эластомера или 0,15% от массы цемента. Такая добавка играет роль стабилизатора латекса, эмульгатора полимера и воздухововлекающей пептизирующей добавки в цементном растворе. В результате становится возможной комплексная механизация приготовления и нанесения КПЦР с помощью обычного оборудования ( 1.5,6). Зимой эту гидроизоляцию наносят в тепляках. Растворы КЦР и КПЦР применяются в следующих случаях: а) на напорных гранях гидротехнических сооружений в суровых климатических условиях — применены на насосных станциях Троицкой и Гусиноозерской ГРЭС, в плавательных бассейнах в Ленинграде, на напорных водоводах Артемьевского гидроузла и других объектах; б) на поверхностях, подвергающихся абразивному воздействию, например бункеров гидрозолоудаления на Троицкой ГРЭС, на очистных устройствах Череповецкого металлургического комбината, водосбросах Варцихской ГЭС; в) в условиях отрывающего напора воды, например в подвалах жилых домов, Смольного и Преображенского соборов, дворца Меншикова в Ленинграде, на вагоно опрокидывателях Павлодарской ГРЭС, в шандорохранилище Верхнекамской ГЭС, на насосной станции Шамской ГЭС при напоре до 20 м и т. п. Недостатком штукатурной гидроизоляции из КПЦР является низкая ее трещиноустойчивость, из-за чего ее нельзя применять на трещиноватом основании при раскрытии трещин более 0,15 мм и на сборных конструкциях. Однако простота технологии, надежность покрытий, недефицитность и безвредность исходных компонентов, небольшая стоимость и трудоемкость покрытий открывают широкие возможности для использования КПЦР. Стеклоцементная гидроизоляция разработана ВНИИНСМом и ВНИИСТом в содружестве с ИФХ АН СССР также на основе коллоидного цементного клея с армированием покрытия рубленым стекловолокном (22]. В данном случае технология немного видоизменена: виброизмельченная и виброактивированная цементно-песчаная смесь набрызгивается слоями толщиной по 1 мм с армированием путем набрызга рубленого стекловолокна; поэтому для создания надежного гидроизоляционного покрытия требуется нанести восемь-десять наметов ( 1.6,б). Долговечность покрытия достигается сочетанием глиноземистого цемента и алюмоборосиликатного стекловолокна илипортландцементаищелочестойкогостекловолокна ЖС 23/60. Предусмотрена также добавка до 10% латекса, что намного удорожает гидроизоляционное покрытие. Все упомянутые работы по созданию коллоидных цементных растворов значительно опережают аналогичные разработки зарубежных фирм. Можно указать на применяемый в ФРГ цементно-песчаный раствор «колькрет», приготавливаемый в турбулентных двухбарабанных смесителях со скоростью вращения 2200 об/мин, безусадочный цемент «торосил» в США. Горячая асфальтовая штукатурная гидроизоляция. Асфальтовая штукатурная гидроизоляция, выполняемая горячим способом, представляет собой водонепроницаемое, пластичное и высокопрочное покрытие толщиной 5—25 мм, состоящее из нескольких слоев или наметов асфальтового раствора или мастики, наносимых на горизонтальные поверхности розливом, а на вертикальные— набрызгом в нагретом состоянии при рабочей температуре 150—200° С [16, 64].
Эта гидроизоляция, отличающаяся высокой прочностью при статических и динамических нагрузках, а также химической стойкостью, применяется преимущественно в следующих случаях: а) на напорных гранях гидротехнических сооружений, омываемых водохранилищем с воздействием льда и волн; например, она успешно служит на Маткожненской, Плявиньской и Павловской ГЭС при льде толщиной 2 м; б) на внешних поверхностях опускных колодцев и кессонов, железобетонных свай и трубопроводов, прокладываемых методом продавливания, а также для защиты иных сооружений с интенсивным механическим воздействием в период строительства или эксплуатации, что доказано работами в Ленинграде, Караганде, наВерхнекамскойГЭСи других объектах; в) в условиях интенсивной общекислотной или электрохимической агрессивности внешней среды; например, она удачно применена на строительстве Ленинградской и Чернобыльской АЭС для гидроизоляции основных сооружений, защиты водо и газопроводов; г) при аварийных и ремонтных работах, когда требуется срочное выполнение гидроизоляции и немедленное включение ее в работу, например, ее использование позволило отремонтировать напорную башню Нижневарзобской ГЭС в течение трех суток. Важным преимуществом горячей штукатурной гидроизоляции является возможность ее пластификации полимерными добавками и армирования стеклосетками, благодаря чему ею можно защищать железобетонные конструкции с расчетным раскрытием трещин до 2 мм. Однако существенный недостаток такой гидроизоляции заключается в необходимости применения материалов в горячем состоянии, что очень усложняет гидроизоляционные работы, повышает их трудоемкость, требует искусственной сушки основания и т. д. Эту гидроизоляцию нельзя применять при отрывающем напоре воды, эксплуатационной температуре выше 50° С и при нефтехимической агрессивности воды-среды (нефтепродуктов — более 5 г/л). Обычно горячая асфальтовая штукатурная гидроизоляция на горизонтальных поверхностях выполняется розливом литого асфальта, состоящего из 15—18% битума БН 70/30, 25—35% порошкообразного наполнителя, 5—8% коротковолокнистого асбеста 7—8-го сорта и 50—55% среднезернистого песка. На вертикальных поверхностях бетон насекают и грунтуют разжиженным битумом, а горячий асфальт наносят специальным ручным аппаратом — асфальтометом ВНИИГ-5 конструкции М. Г. Старицкого наметами по 5 мм, причем содержание битума приходится увеличивать до 24% за счет содержания песка. При гидроизоляции подземных конструкций производительность работ может быть повышена до 600 м2 в смену благодаря смесительно-штукатурному агрегату АГКР-5 конструкции Ю. И. Самченко и использованию резинобитумных (БРМ) или полимербитумных (битэп) мастик с добавкой 20% асбеста при уменьшении толщины намета до 3 мм. Состав асфальта для штукатурной гидроизоляции подбирается исходя из условия соблюдения теплоустойчивости покрытий, трещиноустойчивости на морозе при гарантированной водоустойчивости н прочности, а также удобнобрабатываемости при рабочей температуре. При этом надо соблюдать следующие правила и технические требования: а) в качестве основного вяжущего используют стандартный битум марки БН 70/30 или сплав БНД 40/60 и БН 10/90 (свойства см. табл. 1.2); б) в качестве наполнителя применяют высокодисперсные минеральные порошки с содержанием частиц мельче 0,074 мм не менее 60%, глинистых примесей —не более 1,5%, песчаных частиц —не более 5% и химически стойкие в расчетной водосреде с обязательной добавкой коротковолокнистого асбеста 7—8-го сорта, не загрязненного посторонними примесями; в) в качестве заполнителя используют среднезернистый песок крупностью до 2 мм или каменную крошку с модулем крупности до 2,2; г) в качестве полимерных добавок к битуму, повышающих теплоустойчивость и морозостойкость асфальта, применяют каучуки и другие эластомеры. Как видим, теплоустойчивостью асфальтов можно управлять в достаточно широких пределах, а добавляя в них асбест или полимеры, получать вполне теплоустойчивые покрытия. Необходимая морозостойкость — трещиноустойчивость на морозе может быть рассчитана аналогично окрасочным полимербитумным покрытиям (см. § 1.1). Расчеты показывают, что для поверхностей, остающихся в зимнее время открытыми, состав асфальта надо подбирать из условия, чтобы его температура хрупкости была ниже расчетного минимума температуры, что, как правило, требует введения полимербитумного вяжущего (см. табл. 1.25). Данным расчетом предусматривается достаточно большой запас, так как многолетняя эксплуатация штукатурных покрытий на Маткожненской и Павловской ГЭС при морозах до —45° С показала высокую морозостойкость покрытий из обычного раствора АШ-25 на основе битума БН70/30. Холодная асфальтовая штукатурная гидроизоляция.Такая гидроизоляция представляет собой водонепроницаемое и пластичное покрытие толщиной 5—25 мм, выполняемое штукатурным способом, отдельными наметами толщиной по 5—7 мм из холодной асфальтовой мастики — смеси водной эмульсионной пасты битума с минеральным наполнителем [8, 15, 19, 21, 56, 103]. Эмульсионная паста отличается от обычной битумной эмульсии тем, что эмульгатором в ней являются высокодисперсные минеральные порошки: глина, известь, диатомиты и пр.; это придает ей пастообразную консистенцию и твердообразные свойства (наличие предела текучести).
Данная гидроизоляция отличается простотой устройства, надежностью и недефицитностью исходных компонентов: дорожного битума, извести, минеральных порошков и асбестовых отходов. Кроме того, ее выполняют без нагрева материалов при высокой механизации всего процесса; покрытия из нее можно устраивать на влажном основании, без защитных покрытий, причем обеспечивается высокая водо-, тепло- и солестойкость мастики.
Холодная асфальтовая гидроизоляция применяется в следующих случаях: а) для гидроизоляции любых достаточно трещиноустойчивых (раскрытие трещин до 0,3 мм) подземных сооружений, а при армировании стеклосеткой — и сборных железобетонных конструкций; например, в Ленинграде она применяется с 1958 г., и за прошедший период ее уложено в покрытия 70 тыс. т; б) для внутренней гидроизоляции в условиях отрывающего гидростатического давления до 25 м вод. ст.; например, таким способом осушено свыше 500 жилых домов в Ленинграде, Ки- еве; в вагоноопрокидывателе Литовской ГРЭС и здании Института физики Земли в Тбилиси отрывающий напор достигал 20 м и более (И, 21, 56, 103, ПО); в) для антикоррозионной защиты в условиях сульфатной, морской, магнезиальной и выщелачивающей агрессивности воды-среды, а при использовании специальных мастик — и при углекислой и общекислотной агрессии, например, на сооружениях Каракумского канала и Кайрак-Кумской ГЭС (1953 г.) при содержании сульфатов до 55000 мг/л, на ряде очистных сооружений; г) для устройства безрулонных кровельных покрытий по железобетонным плитам и комплексным кровельным настилам как наиболее дешевое и надежное мастичное покрытие для новых кровель и ремонта старых; д) для заполнения деформационных швов в массивных гидросооружениях в виде высокопластичных покрытий, разделяющих блоки бетонирования, а также для заполнения швов между стеклоблоками. Недостатками холодной асфальтовой штукатурной гидроизоляции являются: невысокая прочность (0,5—0,8 МПа), что не позволяет применять ее на открытых напорных гранях гидросооружений и опускных колодцев; недостаточная трещиноустойчивость, вследствие чего покрытия над стыками и сопряжениями нужно армировать стеклосетками или мешковиной (табл. 1.27). Нельзя применять такую гидроизоляцию для антикоррозионной защиты металлических конструкций под землей при электрохимической агрессии блуждающих токов, так как она электропроводна. Кроме того, необходимо учитывать затруднения при. выполнении работ на морозе. Холодные асфальтовые мастики приготавливают путем одно или двухстадийного смешения. При смешении в две стадии сначала приготавливают битумную эмульсионную пасту из нагретого до 150° С битума и до 50—70° С известкового или глиняного теста, после чего эту пасту без подогрева смешивают с наполнителем: цементом и асбестом (мастика БНСХА) или известняковым порошком (мастика хамаст ИИ-20). При одностадийном смешении нагретый битум сразу перемешивают с нагретой водной суспензией коротковолокнистого асбеста (мастика БАЭМ), получая готовую пасту-мастику ( п 1.9). Такой способ получения мастики БАЭМ удобен также тем, что в зависимости от назначения в нее добавляют либо цемент (мастика БАЭМ-Ц) и используют для гидроизоляции, либо латекс (мастика асбилат), применяя ее для кровель или герметизации швов и стыков (см. табл. 1.28), причем добавки вводят уже в холодную мастику непосредственно на рабочем месте. Холодные асфальтовые мастики хамаст и БАЭМ согласно физико-химической механике [56, 57, 103] являются принципиально новымтипомтвердообразных асфальтов. Твердообразные свойства определяются структурными особенностями мастик после их обезвоживания ( 1.10, г), когда мицеллы битума образуют конгломератные комплексы, окруженные толстыми прослойками минерального эмульгатора и наполнителя, а частичная коалесценция мицелл происходит через адсорбционно-связанные пленки битума; поэтому мастики хамаст близки по своим структурно-механическим свойствам к жестким асфальтобетонам ( 1.10, в), а мастики на основе горячего битума и битумных эмульсий отличаются прослойками объемного битума ( 1.10, а и б), что лишает их твердообразных свойств: предела текучести и тиксотропии. Жесткость мастик часто является их недостатком, в частности она приводит к образованию трещин в кровельных покрытиях; поэтому были разработаны мастики БАЭМ и асбилат на основе асбестового эмульгатора-наполнителя, волокна которого придают стабилизированному покрытию повышенную деформативную способность на морозе до —70° С и в то же время обеспечивают теплоустойчивость покрытий даже при + 120° С. Следует подчеркнуть, что добавки латексов в мастиках асбилат еще более повышают их растяжимость: латекса СКС — до 65%, латекса гектолекса — до 95%. Столь существенное улучшение свойств мастик БАЭМ по сравнению с мастиками хамаст позволяет рекомендовать их в качестве основных, тем более, что, добавляя цемент и латекс, можно управлять их свойствами в широких пределах.
Комплексная теплогидроизоляция. Теплогидроизоляционными называются защитные покрытия, сочетающие в себе функции гидро и теплоизоляции строительной конструкции; они подразделяются на комбинированные покрытия, когда пористый теплоизоляционный слой, в свою очередь, защищают гидро и пароизоляционными покрытиями, и комплексную теплогидроизоляцию, выполняемую из теплоизоляционного материала, одновременно обладающего водонепроницаемостью и водоустойчивостью [14, 18, 28, 46, 53]. Теплогидроизоляцию применяют в ограждениях и на крышах зданий, на гидротехнических сооружениях в зоне переменных уровней воды, для защиты массивных конструкций от температурных напряжений и вечномерзлых грунтов от оттаивания, для теплоизоляции теплотрасс при бесканальной их прокладке, для защиты различных водоводов от промерзания, а также технологического оборудования с повышенными эксплуатационными температурами. Комплексная теплогидроизоляция является принципиально новым видом защиты сооружений, получающим все большее распространение в связи со все расширяющимся строительством в северных районах. Наиболее часто употребляемые теплоизоляционные материалы в зависимости от характера их пористости и водонасыщения можно разделить на три группы: 1) материалы, свободно поглощающие воду и гигроскопичные, с открытой пористостью и гидрофильной поверхностью (пенобетон, шлаковата, мипора, поропласты и т. п.); это просто теплоизоляционные материалы, нуждающиеся в паро и гидроизоляционной защите, пригодные лишь для комбинированной теплогидроизоляции; 2) материалы негигроскопичные и с закрытой пористостью, небольшим водопоглощением (гидрофобные порошки, битумо-перлит, поропласты); это теплогидроизоляционные материалы, требующие защиты от влияния воды только при вероятности длительного ее воздействия; 3) водонепроницаемые материалы с закрытой пористостью или на пористых заполнителях, придающих им теплоизолирующие свойства; это теплогидроизоляционные материалы (асфальтовые и полимербетоны на легких заполнителях, пеноэпоксиды, битумные и мастичные заливки), пригодные для устройства комплексной теплогидроизоляции. Эффективность новых гидрофобных и теплогидроизоляционных материалов видна из сравнения стоимости прокладки теплопроводов (руб/м): Диаметр 200мм --300 мм Канальная прокладка в полупроходных каналах 75—70 114—80. Бесканальная с защитой армопенобетоном — изолом 67—90 89—10. То же, битумоперлитом без гидроизоляции 43—70 59—60. То же, с защитой гидрофобным асфальтоизолом 38—30 58—80. Теплогидроизоляция асфальтокерамзитобетоном 48—70 71—80.
Эти виды изоляций, как правило, выполняются из горячих асфальтовых материалов путем розлива и разравнивания на горизонтальном основании или заливки в щель за опалубку или заранее выставленное защитное ограждение на стенах сооружений ( 2.1), причем в подземных сооружениях ограждение сооружают из кирпичной стенки ( 2.1, а), а на напорных гранях гидросооружений защиту устраивают из металлических или стеклопластиковых листов(2.1,6), либо железобетонных плит ( 2.1, в), заанкернных в основном сооружении. Литая гидроизоляция, являясь наиболее надежной защитой сооружений, в то же время самая трудоемкая и дорогостоящая, а потому в каждом конкретном случае необходимость ее применения должна быть подтверждена тщательным технико-экономическим обоснованием. Ее применяют преимущественно в следующих особенно сложных случаях: а) при интенсивных механических воздействиях, волновых и ледовых нагрузках (напорные грани гидросооружений) или при резко-переменном температурном режиме в качестве теплогидроизоляции (теплопроводы); б) при повышенных требованиях к сухости подземных сооружений, высоких напорах или агрессивности воды, а также при неблагоприятных температурно-влажностных условиях выполнения гидроизоляции; в) при трещиноватом основании, нетрещиноустойчивых конструкциях основного сооружения и устройстве сопряжений, перекрытии деформационных швов и других мест сосредоточенных деформаций. Литая гидроизоляция осуществляется, как правило, из асфальтовых мастик, растворов и бетонов, приготавливаемых путем перемешивания компонентов при 150—170° С и заливаемых в горячем состоянии в щель между изолируемой поверхностью и опалубкой или защитным ограждением, причем ширина щели зависит от состава материала и высоты заливки. Стоимость литой гидроизоляции с защитой деревянными брусьями достигает 30 руб/м2, трудоемкость — 5,4 чел.-ч/м2, а при выполнении ее из литого асфальта за кирпичную стенку — соответственно 7 руб/м2 и 2 чел.-ч/м2. Как правило, литой асфальт приготавливают из 18—22% дорожного битума, 38— 42% минерального порошка и 40—44% песка, а при розливе на горизонтальной поверхности содержание битума уменьшают до 12—14%, наполнителя — до26—28%, приувеличении содержания песка; однако наиболее распространена литая гидроизоляция из консистентных асфальтовых мастик. Литая гидроизоляция является наиболее древней: заливки из природного сирийского асфальта применялись уже в Древнем Вавилоне свыше 3 тыс. лет тому назад, а гидроизоляция из литого ганноверского асфальта, выполненная свыше 100 лет тому назад, успешно служит до сих пор на крышах здания Публичной библиотеки имени М. Е. Салтыкова-Щедрина и Зимнего дворца в Ленинграде. Дальнейшим совершенствованием гидроизоляции этого типа является устройство защитного ограждения из сборных железобетонных плит ( 2.1, в) и применение для заливки резинобитумных иполимербитумных мастик, чтоповышаеттрещиноустоичивостьгидроизоляции в суровых условиях.
Данный вид изоляции происходит от забивок перемятой глиной и глинобетоном, широко применявшихся ранее. В настоящее время к ним прибегают очень редко из-за большой многодельности, необходимости приготовления высокопластичных глин с малым содержанием воды и последующей их плотной укладки. Тем не менее при возведении сооружений в тиксотропной рубашке, устройстве завес способом «стена в грунте» и т. п. используются различные бентонитовые композиции, допускающие механизированное приготовление и укладку (например, способ «Салетанж» во Франции). При выполнении противофильтрационных экранов применяется гидратон — смесь грунта с бентонитом и жидким стеклом; он был предложен К. Кейлем (ГДР). Во ВНИИГе разработаны смеси грунта с добавками бентонита, полиакриламида и кальцинированной соды. Стоимость этих материалов составляет от 6,2 до 14,2 руб/м3. Их уплотненные слои имеют коэффициент фильтрации в пределах 10~7 — 11-10 см/с, влажность 30—60% и угол внутреннего трения 26°, что весьма затрудняет их применение, особенно в условиях вечной мерзлоты. Поэтому данные способы не могут быть рекомендованы без специального и тщательного технико-экономического обоснования.
Такие засыпки из гидрофобизированных порошков и песков применяются для противокапиллярной гидроизоляции подземных сооружений и подвалов зданий, для теплогидроизоляции теплопроводов. Особенно они перспективны для теплоизолирующих подушек и комплексной теплогидроизоляции сооружений в зоне вечной мерзлоты ( 2.2 и 2.3) благодаря малой теплопроводности порошков. Гидрофобные порошки представляют собой мелкодисперсный минеральный материал, частицы которого покрыты тончайшей, не смачиваемой водой, пленкой поверхностно-активного вещества(ПАВ). При проникании воды в поры гидрофобного порошка она образует выпуклые мениски, препятствующие дальнейшему ее прониканию в толщу гидрофобной засыпки. К сожалению, при неводоустойчивых гидрофобизаторах и совпадении направления напора воды и теплового потока такие засыпки при длительном воздействии воды подвержены замоканию, что ограничивает возможность их использования.Для приготовления гидрофобных порошков во ВНИИГе разработаны весьма доступные гидрофобизаторы: активированный разжиженный битум, состоящий из 35— 40% битума БН 10/90, 60—65% зеленого масла или керосина и 0,5—1 % поверхностно-активной добавки (асидола, асидолмылонафта, жирового гудрона), гидрофобизация которых осуществляется путем перемешивания при нагреве до120—150°; водные растворы кремнийорганических жидкостей ГКЖ-Ю или ГКЖ-П, перемешиваемых с порошком без нагрева.
Защитную конструкцию, в которой теплоизолирующий слой защищен от воздействия воды гидро и пароизоляционными прослойками, называют комбинированной теплогидроизоляцией. Такие конструкции широко применяют в районах вечной мерзлоты и сурового климата, сочетая пористую теплоизоляцию с окрасочной пароизоляцией и оклеечной гидроизоляцией. При проектировании комбинированной теплогидроизоляции необходимо учитывать теплофизические свойства материалов основной несущей конструкции и материалов гидро и пароизоляционного слоев. Самыми распространенными теплоизоляционными материалами являются минеральная вата, пено и газобетон, керамзитобетон; в последнее время стали применяться различные поропласты (). По сравнительной стоимости, учитывающей небольшую теплопроводность и плотность этих высокоэффективных материалов, пенопласта вполне технико-экономически целесообразны для строительства. Комбинированная теплогидроизоляция эффективна и в прочностном отношении; например, армопенобетон, применяемый для защиты теплопроводов, обладает сравнительно низкой динамической прочностью — до 6,0 МН • м/м3, но при заводском изготовлении изолированных труб его общая динамическая прочность может быть повышена посредством покрытия двумя слоями бризола и армоцементнои штукатуркой до 103,2 МН • м/м3, т. е. более чем в 15 раз. Точно так же первоначальная прочность фенольного поропласта (42МН«м/м3) благодаря наложению стеклоткани повышается до 925 МН • м/м3, при покрытии двумя слоями стеклоткани с резинобитумной мастикой— до 1122 МН • м/м3, а при облицовке полиэтиленовыми листами — до 1693 МН • м/м3, что обеспечивает достаточную прочность теплогидроизоляции при бесканальной прокладке теплопроводов и транспортировке заранее изготовленных труб [93, 99]. Такие комбинированные теплогидроизоляционные покрытия успешно используются Главленинградинжстроем по рекомендации ЛенЗНИИЭПа. Следует отметить, что в ФРГ на теплотрассах при бесканальной прокладке также стали применять комбинированную теплогидроизоляцию с защитой поропластов винипластовыми оболочками. Комбинированная теплогидроизоляция на крышах зданий представляет собой сочетание теплоизоляции из пено и газобетона, пеностирола и пенополиуретана с рулонными кровельными покрытиями, а в последнее время стали изготавливать кровельные плиты и настилы полной заводской готовности; выпускается также комбинированный материал пенофольгоизопласт из пенополистирола с покрытием фольгоизолом [69].
Другим способом совершенствования комбинированной теплогидроизоляции является сочетание пеноасфальта с паро и гидроизоляционными покрытиями из битумных эмульсионных мастик [56]. Пеноасфальт — это эмульсионная мастика хамаст или БАЭМ с добавкой вспенивателя: 10% портландцемента и до 0,2% алюминиевой пудры, вводимой в готовую мастику перед ее нанесением. При использовании обычного смесительно-штукатурного агрегата на изолируемую поверхность наносят сначала пароизоляционный слой мастики, затем несколько слоев теплоизоляционного пеноасфальта, добавляя в ту же мастику вспениватель (цемент + алюминиевая пудра), а потом перекрывают его одной мастикой в качестве гидроизоляционного слоя. Таким образом, при использовании одних и тех же исходных материалов, одного и того же оборудования все слои теплогидроизоляции при толщине 5—6 см будут стоить всего 3—4 руб/м2. Можно изменять теплофизические свойства АКБ в достаточно широком диапазоне, используя в качестве заполнителя керамзит и шунгизит, а в качестве наполнителя — перлит и вермикулит, что позволяет получать теплопроводность даже менее 0,12 Вт/м-град.
Деформационные свойства АКБ также можно изменять, если органическим вяжущим служит тугоплавкий битум — рубракс, сплавы битума с асфальтитом и полимербитумные сплавы(). Исследования показали, что теплопроводность АКБ можно изменять от 1,0 до 0,5 Вт/м-град при теплоустойчивости до 150° С, что обеспечивает длительную службу теплогидроизоляции на эксплуатируемых теплопроводах. С другой стороны, изменяя плотность АКБ от 0,8 до 1,1 г/см3 и обеспечивая эластичность покрытия даже при сильных морозах, можно регулировать давление АКБ смеси на опалубку и трещиноустойчивость покрытия для достижения требуемой надежности изоляции на напорных гранях гидросооружений. Впервые комплексная теплогидроизоляция из горячих асфальтовых мастик с защитой деревянными брусьями была осуществлена в 1934—1936 гг. на доках в Мурманске и Комсомольске-на-Амуре [39], а затем, с использованием битумношла-ковой смеси (БШС) и металлической обшивки,— на ряде причалов побережья северных морей. Эти работы показали высокую надежность асфальтовой теплогидроизоляции даже в наиболее сложных эксплуатационных условиях. Однако теплогидроизоляция из асфальтокерамзитобетона все еще весьма дорога и трудоемка; кроме того, она требует применения горячих смесей.
Она является дальнейшим совершенствованием теплогидроизоляции массивных гидросооружений и выполняется из вспененных эпоксидно-полиэфирных или эпоксидно-каменноугольных композиций с защитой эпоксидным стеклопластиком [62, 108]. На поверхности сооружения она удерживается силами адгезии пеноэпоксида к поверхности бетона и поэтому не нуждается в анкерах. Благодаря высокой теплоизолирующей способности покрытие имеет небольшую толщину, но из-за большой стоимости (до 60 руб/м2) идефицитностиисходнойэпоксиднойсмолытакиепокрытия выполняют только после специального технико-экономического обоснования в следующих случаях: а) для защиты наплавных и других легких сооружений, поскольку покрытие из пеноэпоксида имеет массу до 15 кг/м2 и может успешно заменять теплогидроизоляцию из АКБ общей массой свыше 150 кг/м2; б) на строительстве в труднодоступных районах, так как она требует в десять раз меньше привозных материалов, а трудоемкость ее в три раза меньше, чем покрытий из АКБ. Пеноэпоксидную теплогидроизоляцию не рекомендуется применять на трещиноватом и сильно деформируемом основании (раскрытие трещин более 1 мм), при интенсивных ледовых воздействиях и других механических нагрузках; ее нельзя также выполнять на влажном основании и при температуре ниже + 10° С, что создает производственные трудности. Применение пеноэпоксидной теплогидроизоляции на Кислогубской ПЭС, Нурекской и Саяно-Шушенской ГЭС показало перспективность этого способа защиты гидротехнических сооружений и широкие возможности совершенствования технологии ее устройства. Например, успешно применен способ наклейки на поверхность сооружения заранее изготовленных пеноэпоксидных плит и других элементов, что позволяет работать в неблагоприятных условиях.
Пропиточная гидроизоляция предназначена для повышения водонепроницаемости пористых камней путем заполнения их пор водоустойчивым и плотным материалом. Пропитке подвергают изделия из бетона (трубы, сваи, колонны, плиты и т. п.), керамики (кирпич, трубы), асбестоцемента (листы и трубы) или из естественных пористых камней (известняк-ракушечник, мел, туфы и опоки). В качестве пропиточных материалов используют органические вяжущие (битумы, каменноугольные дегти и пеки, петролатум), термопластичные полимеры (низкомолекулярный полиэтилен) и мономеры термореактивных смол (стирол, метилметакрилат), причем пропитка термопластичными веществами производится при их нагреве, а термореактивными — с последующей полимеризацией [14, 25, 53]. Пропиточная гидроизоляция впервые была предложена А. Никольсоном в 1926 г. для защиты железобетонных свай в агрессивных условиях Мексиканского залива. Эта защита оказалась весьма эффективной — даже через 25 лет пропитанные сваи не имели никаких повреждений, тогда как лучшие окраски не выдерживали более десяти лет эксплуатации. В СССР пропиточная гидроизоляция была впервые применена в 1937— 1939 гг., по предложению Н. А. Смирнова, для защиты свай на побережье северных морей. Во ВНИИГе исследования пропиточной гидроизоляции были начаты по инициативе П. Д. Гле-бова: в 1948 г.— по пропитке битумами, в 1962 г.— по пропитке эпоксидными компаундами. В последние годы полимерная пропитка получила значительное распространение благодаря работам Н. А. Мощанского и Ю. М. Баженова по созданию принципиально нового материалабетонополимера. Пропитанные изделия обладают высокой водонепроницаемостью и водоустойчивостью, морозоустойчивостью и повышенной прочностью; они применяются: в виде кладки из пропитанных блоков и кирпича, пропитанных свай и труб в минерализованных грунтовых водах; пропитанных асбестоцементных листов в конструкциях градирен; пропитанных плит-оболочекдля экранирования гидросооружений в зоне переменных уровней воды. Бетонополимер, получаемый пропиткой бетона метилметакрилатом с последующим радиационным отверждением, позволяет достигать прочности при сжатии до 200 МПа; он используется как специальный высокопрочный и конструкционный материал. Свойства пропитанных бетонов приведены в табл. 2.11, а асбестоцементов — в табл. 2.12. Пропитка весьма существенно улучшает физико-механические свойства исходного камня, придавая ему повышенную надежность и долговечность даже в сложных условиях эксплуатации. Установлено, что достаточно пропитать только поверхностную корку толщиной 10—15 мм, чтобы изделие приобрело высокую стойкость против физически или химически агрессивной среды.
Пропитка неэффективна лишь при кислой агрессии водной среды, когда разрушение идет по скелету камня с выносом продуктов реакции, что ограничивает область ее применения. Пропитка производится жидкими органическими веществами, проникающими в поры камня и отверждающимися там при охлаждении (термопласты) или при полимеризации (реактопласты). Процесс этот весьма длителен, а потому простейший способ пропитки в открытых ваннах часто дополняют приложением избыточного давления (пропитка в автоклавах) или созданием вакуума внутри изделия (метод внутреннего вакуумирования), чтобы интенсифицировать пропитку. Пропитка в открытых ваннах. Такая пропитка при атмосферном давлении наиболее проста — органическая жидкость проникает в поры камня только под действием капиллярных сил. При этом сочетаются два физико-химических процесса: двухмерная миграция наиболее поверхностно-активных компонентов пропитывающей жидкости и вязкое течение ее по порам камня под действием капиллярных сил. В свое время акад. П. А. Ребиндером была доказана адсорбционная природа первоначального движения пропитывающей жидкости. В дальнейшем нами было показано, что при пропитке битумами происходит избирательная адсорбция наиболее поверхностно-активных компонентов битума — асфальтенов, которые в результате двухмерной миграции несколько опережают битум, заполняющий капилляры камня, создавая зону адсорбционного смачивания, где содержание асфальтенов на 5—6% выше, чем в объемном битуме. Еще более медленно идет пропитка мелкопористого бетона, поэтому ее технология развивается путем повышения температуры пропитки, создания дополнительного перепада давления. Повышение температуры термопластичных веществ весьма существенно снижает их вязкость, однако предел допустимого нагрева определяется термоокислительными процессами карбонизации и полимеризации органических веществ, которые приводят к увеличению вязкости со временем. Например, при температуре 220° С уже через 2 ч прогрева вязкость битума возрастает на 10%. Поэтому температуру пропитки ограничивают (), а пропитываемое изделие тщательно высушивают, причем скорость его нагрева и остывания после пропитки также должна быть ограничена во избежание появления в нем избыточных температурных напряжений. В комплект пропиточной установки входят: камера нагрева или сушильная камера; пропиточная ванна и камера охлаждения; битумоплавильня для подготовки и нагрева органического вяжущего;системаобогреваемыхциркуляционныхбитумопроводов и насосов для перекачки вяжущего. Для этой цели во ВНИИГе и Ленинградском отделении «Теплоэлектропроект» разработаны специальные ( 2.5) установки [25]. Внутреннее вакуумирование. Этот способ, заключающийся в создании вакуума внутри пропитываемого изделия, предложен в 1952 г. Н. С. Покровским. Данный способ в три-четыре раза ускоряет пропитку, так как он не только увеличивает напор на «пропитывающую жидкость, но и уменьшает противодавление паров и газов внутри пор пропитываемого камня. Особенно удобно Пропитывать этим способом длинные изделия (сваи и колонны),а также изделия,имеющие внутри полости (плиты внутри пор ПКЖ, трубы),к которым можно подключать вакуум-насоси создавать разрежение внутри них. Аналогичный эффект достигается и при скачках температуры пропиточной ванны ( 2.6,6), когда при повышении температуры пар вырывается наружу, а при ее понижениипропитка протекает медленно: один цикл ее достигает двух суток, причем продолжительность его сильно колеблется в зависимости от пористости и первоначальной влажности пропитываемых изделий, вязкости пропитывающей жидкости, разности внутреннего и внешнего давлений. Ускорить пропитку можно следующим образом: а) использовать бетон низких марок (150—200) с крупнопористой структурой и наиболее пористые асбестоцементные изделия (водопоглощение более 26%); это ускоряет пропитку в 1,5—2 раза, позволяет исправлять дефектные изделия, резко повышая их прочность и морозоустойчивость до нормативного уровня; б) пропитывать возможно более тонкие изделия, что позволяет быстро их нагревать и охлаждать без значительных температурных напряжений, определяемых формулой; в) снижать вязкость пропитывающей жидкости посредством работы ванны при предельных температурах нагрева (табл. 2.15), добавляя мягчители и пластификаторы: например, к битуму и каменноугольному пеку — низкомарочные битумы, дегти и петролатум, вязкость которых при температуре пропитки в десять раз ниже (0,15 Па • с вместо 1,2—1,5 Па • с); г) производить автоклавную пропитку под избыточным давлением 0,6—1,2 МПа и с периодическим вакуумированием изделий, что сокращает ее длительность в 1,5—2 раза. В последние годы интересные исследования по пропитке бетона различными мономерами выполнены в США [25, 54]. Так, при пропитке бетона метилметакрилатом с последующим отверждением посредством радиационного облучения интенсивностью 14—20 Р/с в течение 96 ч получается практически полностью водонепроницаемый, химически стойкий бетонополимер с большим пределом прочности (125—130 МПа) и модулем упругости 4,3 • 104 МПа, который не меняется при нагреве бето-нополимера до 150 и даже 250° С, что позволяет успешно использовать его при высоких эксплуатационных температурах. Такими компаундами бетон можно пропитать в течение б ч на глубину 10 мм, а асбестоцемент на 1 мм, причем для экономии пропитывающего компаунда пропитку рекомендуется производить при температуре ниже +5°С, когда его отверждение протекает очень медленно, а затем пропитанное изделие прогревать при повышенной температуре. В НИИЖБе разработан метод термической полимеризации стирола путем прогрева пропитанных изделий в битумных пропиточных ваннах. Можно рекомендовать следующую технологию пропитки изделий стирол-мономером, метилметакрилатом или эпоксидными компаундами: 1) высушенные железобетонные или асбестоцементные изделия погружают в пропиточную ванну с мономером и добавкой отвердителя, в которой их выдерживают при возможно низкой температуре в течение 6—10 ч; 2) затем их помещают в горячую полимеризационную ванну, где выдерживают 12—24 ч в горячем битуме при 130—160° С; 3) пропитанные изделия выгружают и постепенно охлаждают. Такие бетонополимеры также обладают повышенной прочностью, но стоимость их пропитки неизмеримо выше. Более дорогие пропитанные полимерами изделия применяются при необходимости пропитки высокоплотных бетонов, придания им нефте и кислотостойкость при повышенных эксплуатационных температурах, а также исходя из архитектурных соображений (изделия имеют светлый цвет). Следует иметь в виду, что пропиточные работы с битумами и петролатумом, низкомолекулярным полиэтиленом безвредны, но при пропитке каменноугольным пеком и полимерными компаундами необходимо принимать особые меры безопасности из-за их высокой токсичности, а при использовании мономеров и огнеопасности. Поэтому пропиточные ванны герметизируют, устанавливают на открытых площадках и под навесами, оборудуют интенсивной общей и местной вентиляцией, пенными огнетушителями, асбестовыми одеялами, предусматривают другие меры повышенной пожарной охраны; рабочих обеспечивают спецодеждой. Пропиточная гидроизоляция относится к одной из самых дорогих; например, при стоимости битума 4 коп/кг и петролатума 2 коп/кг такая гидроизоляция стоит около 2 руб/м2, стирол-мономер— 43 коп/кг, метилметакрилат — 2,5 руб/кг; бетонополимер на основе этих вяжущих только с тонкой пропитанной коркой стоит 25—38 руб/м2, что резко ограничивает область его применения. Все же даже при современных ценах на органические материалы пропиточная гидроизоляция для защиты свай причальных сооружений на северных морях вполне экономична; использование асбестоцементных листов, пропитанных битумом и петролатумом, для башен и оросительных устройств ряда градирен дало экономию до 40 тыс. руб. на каждой из них, что дает основание рекомендовать такую пропитку для более широкого внедрения.
Данные виды гидроизоляции наиболее сложны и многодельны; они применяются только при ремонте уникальных сооружений, когда должны быть соблюдены особые конструктивные или эксплуатационные требования. Инъекционная гидроизоляция. Такой вид изоляции представляет собой водонепроницаемое заполнение пор или трещин в сооружении либо его примыканиях, образуемое в результате нагнетания уплотняющего вещества с последующим его отверждением. Известно много способов устройства инъекционной гидроизоляции: цементация, битумизация, силикатизация и смолизация (2.7); все они предусматривают бурение в сооружении или окружающем его грунте щпуров либо скважин с нагнетанием в них уплотнителя. Цементация. Она наиболее широко применяется для инъекции в трещины или неплотностях бетона либо примыкающей скалы, в порах раздельнозернистых грунтов при трещинах более 0,2 мм или водопоглощении грунта свыше 0,05 л/мин на 1 м2 скважины. При использовании специальных цементноглинистых или цементнолатексных суспензий можно тампонировать трещины с раскрытием более 0,15 мм, а при использовании специальных виброколлоидных суспензий — даже до 0,1 мм (при удельном водопоглощении скважин до 0,05 л/мин). Для заполнения крупных пор и пустот при коэффициенте фильтрации более 100 м/сут применяют цементационные растворы, содержащие добавки песка, бентонитов и ускорителей твердения цемента. Цементация допустима при скорости фильтрации не более 300 м/сут в раздельнозернистых грунтах и не более 600 м/сут — в трещинах. Цементацию нельзя применять при воздействии химически агрессивных грунтовых вод, в вечномерзлых грунтах и в промерзшем бетоне сооружений. Особенно эффективна цементация при ремонте гидроизоляции и ликвидации протечек эксплуатируемых сооружений. Для этого перфораторами бурят скважины диаметром до 60 мм и глубиной до 7 м, а более крупные — буровыми станками. Цементационные растворы нагнетают растворонасосами высокого давления. Растворонасосы Р 100/3, Р 200/10, 11-2Р развивают давление до 3 и даже 5 МПа, а специальные цементационные установки ЦЦ-1, ЦА-300 и ЦА-1, 4/150 —до 15—30 МПа при максимальном расходе раствора до 1,4 м3/мин [71]. Сооружения в северных районах, как правило, проморожены, что затрудняет цементацию неплотностейи трещин в бетоне. Поэтому бетонные конструкции приходится прогревать; например, на строительстве Зейской ГЭС перед цементацией швов бетонные массивы прогревали в течение трех-семи суток электронагревателями мощностью 8,7—28 кВт, опускаемыми в скважины диаметром 42 мм, или при помощи заранее заложенных в бетон электродов. В этих условиях обогрев паром оказался неэффективным (на разогрев уходило 10—30 суток), но весьма действенной была промывка трещин и швов горячим раствором хлористого кальция и последующая цементация растворами с добавкой этого антифриза. Силикатизация. Данный способ основан на инъекции в скважины раствора жидкого стекла, которое под воздействием щелочей цементного камня коагулирует. К сожалению, несмотря на низкую вязкость силикатизационных растворов (не более 5 сПз), их высокую проникающую способность и быстрое твердение, применение данного способа ограничено из-за недостаточной водоустойчивости образующегося геля. Поэтому осуществляют двухрастворную силикатизацию, предусматривающую после инъекции раствора жидкого стекла инъекцию раствора коагулятора (хлористого кальция, кремнефтористого натрия) с уплотняющими добавками (сернокислый алюминий, бентонит и т. п.). Нужно отметить, что все применяемые в настоящее время способы силикатизации не обеспечивают достаточной устойчивости алюмосиликатного геля в порах бетона, в связи с чем к ним прибегают при срочных ремонтах, при выполнении под защитой силикатизационной завесы гидроизоляционных покрытий, в условиях временного воздействия воды. Весьма перспективно сочетание силикатных растворов с водорастворимыми, смолами и латексами, повышающими плотность растворов.
Горячая битумизация. Она заключается в инъекции в поры и трещины бетона горячего битума БНД 60/90 или БНД 40/60 при помощи специальных битумизационных поршневых насосов высокого давления (5—6 МПа); остывая, он делает их водонепроницаемыми. При движении по трещинам битум быстро остывает и его вязкое сопротивление течению резко возрастает (в 106—108 раз), что ограничивает возможность битумизации только трещинами крупнее 2 мм при расположении инъекционных скважин через 0,5—0,8 м. Поэтому горячая битумизация применяется лишь при интенсивном притоке воды либо ее высокой химической агрессивности в груботрещиноватой скале или бетонной конструкции, для инъекции для обделки тоннелей и шахтных стволов, а также для уплотнения деформационных швов и примыканий, для ликвидации интенсивных течей и мест сосредоточенных деформаций, где выгодно используется пластичность и водонепроницаемость битума. При заполнении крупных пор и пустот надо учитывать термическую усадкубитума(КЛРТ = 3-Ю~4 1/°С), инъектируя его многократно, опрессовывая закрепленный массив при постоянной циркуляции битума по обогреваемой скважине, причем в некоторых случаях опрессовку надо производить длительнодо 30 ч. Горячая битумизация весьма эффективна в вечномерзлых породах и промороженных сооружениях, что позволяет использовать этот способ на Севере; правда, в таких условиях применимость его ограничивается трещинами крупнее 3 мм при небольшой льдистости. Работы с горячим битумом (до 200° С) при избыточном давлении (до 12 МПа) требуют строгого соблюдения мер предосторожности, специальных циркуляционных обогреваемых битумопроводов и битумных насосов, особых электроразогревателей для скважин, что намного усложняет и удорожает инъекционные работы. Холодная битумизация. Этот способ заключается в инъекции через скважины в грунт или трещины скалы битумной эмульсии (битума, диспергированного в воде), которая коагулирует в трещинах или порах, причем освобождающаяся вода отжимается, а частицы битума тампонируют их, придавая грунту водонепроницаемость. Для битумизации используют особые инъекционные эмульсии, отличающиеся повышенной дисперсностью и устойчивостью ( 2.8); их приготавливают на менее вязких битумах БН 90/30 и БН 130/180 и растворах омыленных органических кислот (олеиновой и нафтеновой) или сульфокислотах, омыленном древесном дегте либо сульфитно-спиртовой барде (ССБ) и других анионоактивных эмульгаторах. Инъекционные эмульсии приготавливают в гомогенизаторах и коллоидных мельницах путем диспергирования горячего битума в нагретом растворе эмульгатора с концентрацией 3—5%. Для битумизации крупнотрещиноватой скалы и песчаных пород с коэффициентом фильтрации более 50 м/сут применяют концентрированные эмульсии с 50—60% битума, а при меньшей проницаемости грунта их разбавляют водой и подогревают, что позволяет уплотнять трещины до 0,1 мм и грунты с коэффициентом фильтрации до 6 м/сут. Большим недостатком холодной битумизации является текучесть битума в трещинах под постоянным давлением воды, что может привести к прорыву битумизационной завесы. Однако такая опасность возникает лишь в южных районах и при высоких напорах. При напорах более 10 м в эмульсию добавляют цемент или латекс.
Смолизация
Она заключается в инъекции в поры или трещины грунта либо бетона жидких полимеров (реактопластов), которые, отверждаясь, придают водонепроницаемость и прочность грунту или бетону. В последние годы смолизация приобретает все более широкое распространение для инъекционной гидроизоляции сооружений или их ремонта; при этом используются три типа смол. 1)карбамидные (мочевин оформальдегидные) смолы, отверждаемые щавелевой или соляной кислотой в виде водных растворов, — смола МФ-17, крепитель М, карбамол, ММФ и МФ-7, с временем гелеобразования от 2 до 12 ч; применяются для песков; 2) фенолоформальдегидные смолы и фенолоспирты с добавкой щелочных отвердителей (соды, едкого натра и т. п.), что особенно удобно для уплотнения трещиноватого бетона и карбонатных известняков; 3) фурановые смолы (фурфурол, фуриловый спирт, ФРЭС), отверждаемые бензосульфокислотой в соотношении от 10:8 до 10 :5, иногда с добавкой глины или суммарных сланцевых фенолов; служат в более ответственных случаях при трещинах и грунтах сф = 0,3-т-20 м/с; благодаря быстрому твердению используются при сильной фильтрации. Пока смолизация еще дорога и трудоемка; например, при закреплении аллювиального грунта карбамидной смолой ее стоимость составила 81 руб/м3, а трудоемкость2,7 чел.-дн/м3.На Плявиньской и Серебрянской ГЭС, в основании здания театра имени С. М. Кирова в Ленинграде путем смолизации были успешно ликвидированы протечки. Опыт показывает, что она особенно эффективна при мелкотрещиноватом бетоне или скале, когда необходима высокая степень уплотнения, при больших скоростях фильтрационного потока и т. п., но ее нельзя применять в промерзших сооружениях или вечномерзлых основаниях, так как при температуре ниже +10° С смолы полимеризуются весьма медленно.
Монтируемая гидроизоляция
Данный вид изоляции представляет собой покрытия или уплотняющие конструкции, монтируемые из заранее изготовленных металлических или пластмассовых листов и других строительных элементов: полимербетонных или бетонополимерных, керамических и т. п. Гидроизоляция этого вида сложна и дорога, поэтому она осуществляется в особых, специально обосновываемых случаях: а) при крайне неблагоприятных условиях эксплуатации: отрывающем напоре, интенсивной химической и радиационной агрессивности внешней среды, необходимости индустриализации работ; б) при требованиях повышенной механической прочности гидроизоляции или специфических архитектурных требованиях, абразивной стойкости; в) при ремонте гидроизоляции внутри помещений, ликвидации сосредоточенных течей, отрывающем напоре минерализованной воды и т. п.
Металлическая гидроизоляция
Пропущено.
Они являются прекрасным материалом для монтируемой гидроизоляции, защитных ограждений гидроизоляционных покрытий, устройства сопряжений и примыканий, других закладных деталей. Высокая водоустойчивость и химическая стойкость, повышенная деформативная способность обеспечивают надежность и долговечность таких конструкций, а небольшая масса придает этим материалам особые конструктивные преимущества, что можно иллюстрировать значениями коэффициента конструктивного качества как отношения прочности к массе конструкции [68]: Кирпичная кладка 0,02; Листы дюралюминия 1,6; Бетон марки 150 -0,06; Стеклопластик СВАМ 2,2; Стальная обшивка 0,51; Древеснослоистый пластик 2,5; Деревянная обшивка0,70; Листы винипласта ПВХ 2,7. Гидроизоляционное покрытие из пластмассовых листов выполняется либо чисто монтажными средствами ( 2.9, в) на анкерах и прижимных планках, либо путем наклейки на различных клебемассах ( 2.9,г), с последующей сваркой стыков и анкеровкой путем пристрелки нагелями через прижимные планки при помощи строительно-монтажных пистолетов. Наибольшее распространение получила гидроизоляция из полиэтиленовых листов толщиной 2—2,5 мм, с монтажной их наклейкой на мастике БКС; такие покрытия стоят 3,5—4 руб/м2 при трудозатратах 0,02—0,3 чел.-дн./м2, однако они позволяют отказаться от защитного ограждения и отличаются повышенной надежностью, а потому экономичнее оклеечных покрытий [46].
Такие покрытия в виде плит и блоков можно отнести к разновидности монтируемой гидроизоляции. Они представляют собой конструкции комплексного назначения из несущих элементов или облицовок и применяются в условиях интенсивной химической агрессии для электролизных и травильных ванн, емкостей для хранения кислот и других агрессивных растворов, фундаментов и полов в химических цехах и т. п., а также при кавитационной или абразивной эрозии скоростных потоков воды на водосливах при наличии донных наносов, для песколовок, селепроводов и систем гидрозолоудаления, других взвесенесущих потоков [43]. Известно много полимербетонов, из которых наиболее высококачественны на основе эпоксидных и полиэфирных смол [43, 52]. Наибольшее распространение по технико-экономическим соображениям получили полимербетоны на фурфуролацетоновом мономере ФА, фурановоэпоксидной смоле ФАЭД-20, фурановофенолокарбамиднойсмоле «фуритол» и фуриловофенольной смоле 2ФС. Данные о химической стойкости полимербетона на смоле 2ФС приведены в табл. 2.22. Этот полимербетон отличается высокой прочностью (при сжатии—120 МПа, изгибе — 35 МПа, растяжении—15 МПа), хорошей адгезией к цементному бетону, большой прочностью при разрыве и к металлу — более 10 МПа, а также значительным модулем упругости — 3,5-104 МПа [43]. Фурановые полимербетоны весьма стойки против абразивного воздействия и даже кавитационной эрозии; это их свойство можно еще более повысить путем правильного подбора минеральной части; так, гранитный отсев и небольшие добавки графита резко повышают эрозионную стойкость полимербетона. Благодаря перечисленным особенностям полимербетониые плиты весьма эффективны не только для футеровки электролизных ванн, но и для облицовки водосливов горных гидросооружений, где они успешно конкурируют с чугунными плитами и базальтовыми блоками при очень интенсивных истирающих и динамических воздействиях [43]. Недостатками фурановых и карбамидных полимербетонов являются необходимость использования кислых отвердителей (бензосульфокислоты, соляной кислоты) и значительный КРЛТ, что ухудшает их адгезию к бетонному основанию; поэтому полимерные облицовки выполняют из отдельных заранее изготовленных плит, наклеиваемых на бетон на специальных кислотостойких и эластичных клебемассах ( 2.9,(3) или закрепляемых в основном бетоне металлическими анкерами ( 2.9, ё).
Естественно, что такая полимербетонная облицовка обходится дорого (25—30 руб/м2), а потому применяется в особых случаях сочетания физической и химической агрессии внешней среды. Следует отметить, что полимербетонные облицовки отличаются высокими архитектурными качествами: они легко полируются; подбором пигментов и заполнителей им можно придавать любой цвет и имитировать естественный камень. Поэтому они используются для облицовок зданий и внутренних помещений, особенно при капиллярно и гравитационно увлажняемых конструкциях, поскольку такие облицовки стойки к отрывающему гидростатическому напору, а эластичная клебемасса обеспечивает трещиноустойчивость покрытий.
Деформационными швами называются постоянно действующие элементы бетонных и железобетонных сооружений, обеспечивающие свободу деформации их отдельных секций при неравномерной осадке основания, изменении температуры, усадке бетона в период твердения или при изменении внешних нагрузок. Конструкции швов определяются их назначением, конструкцией и классом сооружения, свойствами грунтов основания, климатическими условиями района и действующим напором воды. По назначению различают температурные и осадочные швы, швы примыканий сооружений или отдельных их частей, подразделяя их на сквозные и несквозныешвы-надрезы. Деформационный шов состоит из полости и ее заполнения, противофильтрационного уплотнения, дренажных и контрольных устройств. По конфигурации швы бывают вертикальными и горизонтальными с подразделением на плоские, штрабовидные и уступчатые. В массивных гидротехнических и подземных промышленных сооружениях чаще всего устраивают вертикальные плоские швы. В зависимости от способа заполнения различают полые, частично заполненные и заполненные швы, а по ширине — узкие, (3—20 мм), средние (до 60 мм) и широкие — значительной ширины, как правило, полые. Заполнение шва должно быть сплошным и пластичным, допускающим свободное его раскрытие и сжатие, однако оно не будет водонепроницаемым, поскольку даже при небольшом раскрытии шва пластичное заполнение отрывается от бетона одной из секций сооружения. Узкие температурные швы образуют покраской бетона первой очереди разжиженным битумом (при толщине шва до 1 мм), оклейкой несколькими слоями пергамина или рубероида (до 20 мм) или холодной асфальтовой штукатуркой (до 60 мм). От заполнения шва не требуется долговечности, поэтому разрешается применение негнилостойких и неводоустойчивых материалов и холодных асфальтовых мастик на основе глинобитумных паст и песчаных наполнителей. Средние швы образуют из асфальтовых плит, деревянной опалубки с распорными брусьями, а широкие — посредством удаляемой опалубки для блоков бетонирования второй очереди или при помощи плит-оболочек, ограничивающих бетон первой и второй очередей. Уплотнения деформационных швов предназначены для обеспечения их водонепроницаемости, а иногда и для защиты от засорения мусором, грунтом или льдом. В зависимости от расположения в шве различают вертикальные, горизонтальные и контурные (поверхностные и внутренние) уплотнения. В гидротехнических сооружениях уплотнение шва является его основной очень ответственной конструктивной деталью, так как оно воспринимает весь напор воды [54, 73]. По виду основного материала уплотнения можно подразделить на следующие типы: а) асфальтовые шпонки (3.2,а), основной частью которых является полость, заливаемая асфальтовой мастикой в горячем состоянии;в свою очередь их подразделяют на вертикальные, горизонтальные и контурные, а особенно крупные шпонки называют шахтными; б) бетонные и железобетонные брусья, плиты и пробки, как правило, наружные контурные уплотнения, иногда сочетающиеся с асфальтовыми прокладками; в) металлические и пластмассовые диафрагмы и листы компенсаторы. Все уплотнения деформационных швов должны по надежности и долговечности соответствовать основным сооружениям: так, расчетная долговечность сооружений первого класса капитальности превышает 100 лет, а потому столь же долговечными должны быть и уплотнения в швах. Поэтому при проектировании уплотнений надо предусматривать их повышенную надежность и дублирование; их нужно выполнять из особо долговечных материалов, надежно защищая их от физической и химической агрессии внешней среды. При этом должны соблюдаться указанные ниже правила.
Их заполняют асфальтовыми мастиками, которые для обеспечения максимальной плотности и предотвращения расслоения при заливке и разогреве должны содержать 65—70% минерального наполнителя (известняковый порошок, отходы цемента, зола ТЭС и др.). В южных районах для этой цели используют дорожный битум БНД 40/60, а северных—БНД 60/90, назначая размеры полости шпонки на основе специального расчета по условиям подтекания мастики при деформации в шве. Правильно спроектированная система горизонтальных и вертикальных шпонок создает в любой момент времени избыточное давление асфальтовой мастики внутри полости шпонки над внешним давлением воды в любой точке ее контура [73, 115]. Асфальтовые шпонки — наиболее надежный вид уплотнения швов, особенно при значительных деформациях в осадочных швах, для высоких сооружений в районах с суровым климатом или значительной сейсмичностью (3.3), причем в некоторых шпонках размеры полости достигают 1,2X1,5 м ( 3.3, е). Для повышения надежности шпонок их подвергают ремонтному обогреву, в результате чего асфальтовое заполнение полости шпонки временно разогревается, подвижность мастики повышается, что обеспечивает ликвидацию протечек через свищи, полости или трещины. Такой ремонтный электрообогрев от сварочного трансформатора, осуществляемый по системе изолированных арматурных стержней диаметром 12—14 мм в течение трех-четырех суток, позволил достигнуть полной водонепроницаемости швов на плотине Братской ГЭС и в здании Пля-виньской ГЭС ( 3.3,а и б), которые в дальнейшем в ремонте не нуждались. Шахтные асфальтовые шпонки большого поперечного сечения сложны и дороги (240 руб/м), поэтому естественно стремление найти пути их упрощения, не снижая надежности. Одним из таких путей являются автоматические шпонки, впервые осуществленные на Кегумской ГЭС в 1939г. Затем аналогичные шпонки были применены на плотинах Белфорсен и Лаофорсен в Швеции ( 3.3,г), Янискоски в Финляндии. В деформационных швах этих плотин выполняются шпонки диаметром 10—15 см, заполняемые легкоподвижным битумом БНД 130/180 и подпитываемые из контрольной галереи через специальные питательные колонки ( 3.4) тем же битумом. Избыточное давление во всей системе поддерживается сжатым воздухом от автоматически работающего компрессора. На плотине Кегумской ГЭС такая система действует безупречно уже свыше 40 лет, причем суммарный расход битума за прошедший период составил около 3 т. На плотине Янискоски избыточное давление создают особые резервуары, поднятые над гребнем плотины на 4,5 м. На основании этого опыта Н. Ф. Щавелевым предложены инъектирующие шпонки с расширенным участком шва, переменным сечением по высоте плотины и разогревом трубчатым электроразогревателем в зоне переменных горизонтов. Такие шпонки были впервые осуществлены в 1976—1978 гг. на плотине Андижанского водохранилища высотой ПО м, обеспечив полную водонепроницаемость швов, причем стоимость шпонки была снижена более чем в десять раз [73]. Нами предложено устройство напорных шахт в бычках водосливных плотин для повышения давления в полостях шахтных шпонок и увеличения надежности их работы. Такие шахты выполнены на плотине Каневской ГЭС, что позволило значительно уменьшить сечение шпонок. Расположение асфальтовых шпонок у поверхности сооружения приводит к их промерзанию и вынуждает либо резко увеличивать поперечное их сечение, либо периодически прогревать их. Представляется возможным заполнять полости шпонок хладостойкими полимербитумными сплавами или мастиками (см. § 1.1), подвижными при умеренных морозах; однако при сильных морозах они загустевают настолько, что в полости шпонки при схождении шва возникает избыточное давление столь значительное, что оно может привести к расстройству защитного ограждения шпонки; это наблюдалось в шпонках шлюзов канала имени Москвы. Поэтому нами был предложен гидравлический компенсатор для обеспечения постоянного давления в полости шпонки, с этой целью в нее закладывают пластмассовый шланг на гребне сооружения ( 3.6), устанавливают компенсирующий резервуар и заполняют всю систему легкоподвижным жидким битумом или маслом, вязкость которого подбирают на основании реологического расчета, исходя из условий эксплуатации [65, 109]. Такие шпонки предназначены для насосных станций, стен шлюзов и других сложных случаев тонкостенных железо-, бетонных конструкций при больших осадках.
В сочетании с асфальтовыми прокладками и резиновыми профильными лентами они применяются для поверхностных уплотнений и защиты водонепроницаемых элементов от воздействия льда и волн. Все эти элементы выполняются из морозоустойчивого бетона, а в зоне переменных горизонтов их рекомендуется выполнять из пропитанных сборных элементов. На плотинах Понте де Авио, Бау-Муджерис и Саббионе в Италии брусья сочетаются с поверхностными шпонками, а на плотине Гранд-Диксанс в Швейцарии, плотине Ингурской ГЭС в Грузиии на других арочных плотинах железобетонные брусья сочетаются с цементацией низа и латунными Листами. Металлические диафрагмы и листы-компенсаторы. Они широко используются для уплотнения швов в сочетании с асфальтовыми шпонками и цементацией, но для узких температурных швов их можно применять и самостоятельно. Особенно они эффективны в швах арочных плотин. Однако при этом надо обязательно учитывать климатические условия, ибо в противном случае не достигается желаемый эффект. Например, латунные компенсаторы для уплотнения швов плотин Красноярской и Усть-Илимской ГЭС, находящихся в районах сурового климата, не дали положительных результатов, несмотря на то, что ширина листов была доведена до 1200 мм и они устанавливались в три-четыре ряда. Следует подчеркнуть, что по стоимости и трудоемкости такие уплотнения не дают экономии по сравнению с асфальтовыми шпонками, а надежность их в прямолинейных плотинах. Пластмассовые диафрагмы. В виде профильных лент для внутренних и поверхностных контурных уплотнений они успешно используются в массивных сооружениях — с 1948 г. на плотине План де Амон во Франции и плотине Империэл в США. Вначале для этой цели служила резина на основе натурального каучука, а затем — синтетических каучуков (дивинил-стирольного и бутилкаучука), поливинилхлорида и этиленпропиленовых сополимеров. В СССР такие уплотнения применяются с 1950 г. в тонкостенных сооружениях (см. § 3.2), причем для них используется светоморозоустойчивая резина на изопреновом каучуке.
Под тонкостенными железобетонными конструкциями понимают такие, в которых толщина железобетонного элемента соизмерима с размерами уплотнения и глубиной проникания колебаний температуры внешней среды. К ним относят большинство промышленных сооружений, многочисленные здания и гидротехнические сооружения, причем их делят на подземные и наземные. Требования к герметизирующему материалу зависят от климатических условий и типа сооружения; например, в IV климатической зоне на автодорожных мостах требуется растяжимость герметика до 57%, на лотках и акведуках в надводной части —до 30%, в подводной части — до 22%, а в подземных сооружениях — не более 7,5%. В подводной и подземной частях сооружений от герметика требуется высокая водоустойчивость: водопоглощение не более 3%, набухание—1%, коэффициент водоустойчивости при длительных испытаниях в воде — не ниже 0,8. Конструкция уплотнения деформационного шва в тонкостенных сооружениях, так же как и в массивных, определяется в первую очередь максимальной расчетной деформацией в шве. При небольших деформациях (до 5 мм) в подземных сооружениях швы уплотняют, усиливая гидроизоляцию прокладкой металлических или пластмассовых листов ( 3.7, а), при деформациях до 50 мм уплотнения усиливают уже листами-компенсаторами ( 3.7,6), а при больших деформациях—асфальтовыми шпонками и резиновыми диафрагмами ( 3.7, в и3.8, в). На вертикальных гранях уплотняющие диафрагмы должны быть заанкерены и защищены от внешних воздействий ( 3.7, справа), особенно на напорных гранях гидротехнических сооружений ( 3.8). В тонкостенных конструкциях все уплотнения в наземной и надводной зонах подвергаются воздействию переменной температуры внешней среды, а потому материалы таких уплотнений должны быть морозоустойчивы: например, в этих условиях не следует применять прокладки и диафрагмы из пластифицированного поливинилхлорида, температура стеклования которого не ниже —23° С, а из светоморозоустойчивой резины или стабилизированного полиэтилена (температура хрупкости—70°С). Точно так же поверхностные шпонки нельзя заполнять асфальтовыми мастиками, имеющими температуру хрупкости выше —10° С, используя для этого резинобитумные мастики с температурой хрупкости —17° С или полимербитумные мастики с температурой хрупкости от —25 до —50° С.
Для сборных железобетонных сооружений, облицовок, экранов водопроводящих сооружений, различных резервуаров и бассейнов пригодны облегченные герметизирующие шпонки трех типов: 1) поверхностные герметизирующие шпонки с мастичным заполнением полимерными или полимербитумными герметиками, заливаемыми в полость; 2) профильные резиновые либо пластмассовые полосы, закладываемые в шов между сборными элементами или в специальное его уширение; 3) оклеенные герметизирующие полосы из пластмассы, резины или стеклоэластика; наклеиваемые на примыкающие к шву сборные элементы или секции сооружения специальными клеями или клебемассами. Известно много Различных герметизирующих материалов, выпускаемых советскими и зарубежными заводами, поэтому мы ограничимся лишь рассмотрением отечественной продукции и материалами, пригодными для длительной работы в водной среде.
Тиоколовые герметики относятся к наиболее долговечным и высококачественным по атмосферо и водоустойчивости, однако высокая стоимость, дефицитность и сравнительно сложная технология их применения из-за двухкомпонентности, необходимости подогрева при пониженных температурах и использования ручных шприцев (табл. 3.6) резко ограничивают область их использования, вынуждают удешевлять различными добавками. Из технико-экономического сравнения видно, что полимербитумные герметики наиболее эффективны. Составы полимербитумных сплавов приведены выше (см. § 1.1), однако при использовании таких сплавов в них следует вводить 30—40% минерального наполнителя, например коротковолокнистый асбест 7—8-го сорта, а также смешанную добавку каучуков, благодаря чему достигается наибольшая хладостойкость герметика. Например, полимербитумный герметик из строительного битума БН 70/30 с добавкой 5% этиленпропиленового каучука СКЭП-ЗО, 15% дивинилстирольного термоэластопласта ДСТ-40 и 30% коротковолокнистого асбеста обладает растяжимостью при —40°С свыше 125% ( 3.10); при этом стоимость полимербитумныхгерметиков не превосходит 40 коп/кг, тогда как тиокриловый герметик аналогичной морозостойкости в десять раз дороже, что вынуждает делать герметизирующие шпонки крайне малого размера. Профильные герметизирующие ленты. Такие ленты из резины и различных пластмасс стали применять лишь в последние годы, причем весьма ограниченно из-за сомнений в их долговечности, ускоренного старения полимеров. Но эти сомнения не имеют достаточного обоснования — при правильном подборе состава и размеров такой герметизирующей ленты и соответствии их эксплуатационным условиям долговечность лент может быть гарантирована. Приведем некоторые данные о длительных испытаниях профильных лент. Выпускаемые Курским и Свердловским заводами РТИ профильные резиновые ленты широко применяются в строительстве, причем от них требуется предел прочности при разрыве не ниже 20 МПа, растяжимость — не менее 500% и коэффициент ускоренного старения — не менее 0,7. В последние годы все шире используются профильные герметизирующие ленты из поливинилхлоридного пластиката, полиэтилена и других пластмасс. Профильные герметики успешно служат для уплотнения деформационных швов весьма ответственных сооружений — плотины Гранд-Диксанс в Швейцарии высотой 280 м, здания Кременчугской ГЭС и т. п. Особенно успешно они работают в подводных и подземных условиях, но в последнее время их все шире применяют и для поверхностных уплотнений деформационных швов в облицовках и железобетонных экранах, в зданиях и кровлях из сборных элементов, причем иногда используют многопрофильные ленты очень сложной конфигурации ( 3.12). Очень эффективны комбинированные уплотнения, сочетающие профильные и мастичные герметики ( 3.11,в).
Герметизирующие прокладки. Эти прокладки из пороизола, гернита и резиновых жгутов широко применяются в строительстве, поэтому рассмотрим их подробнее в дополнение к общим технико-экономическим характеристикам (см. табл. 3.3 и 3.4). Пороизол изготавливается из резиновой крошки (70— 75%), нефтяных дистиллятов (20—23%), вспенивателя (1,5—6%) и вулканизующих добавок (1,5—2%). Он выпускается в виде круглых жгутов диаметром 10—45 мм и прямоугольного поперечного сечения 40X20 и 30X40 мм. Пороизол активно насыщается водой (до 20%) и через два года вдвое снижает прочность в воде и в десять раз — деформативную способность; поэтому его следует применять только в качестве вспомогательных прокладок и для уплотнения постоянно обжатых горизонтальных швов [95]. Гернит изготавливается из наирита (20—25%), нефтяного масла ПН-6 (20—25%) и наполнителя (20—60%) с добавками вулканизующих реагентов и антистарителя — неозона Д. Он выпускается в виде жгутов диаметром 20—60 мм из вспененной массы, покрытой наиритным вулканизатом без вспенивателя; поэтому он по своим свойствам лучше пороизола: прочность при растяжении — 0,5—0,7 МПа, растяжимость—150%, водопоглощение — 0,7—6,5%, но через два года его прочность снижается до 0,05 МПа, а растяжимость до 65%, в связи с чем его применяют в сочетании с приклеивающими мастиками. Поробит изготавливается путем пропитки полиуретанового поропласта горячим битумом БНД 40/60 с добавкой пластификатора (2,5%). По техническим условиям ВНИИ полимеркровли МПСМ СССР он выпускается полосами от 10X10 до 100Х ХЮ0 мм, но может быть изготовлен на любой стройке посредством пропитки пенополиуретановых полос горячим битумом. Он рекомендуется для герметизации стыков сборных подземных сооружений при давлении воды до 0,1 МПа, а при дополнительной чеканке шва цементным раствором и наклейке поробита на кумарононаиритных мастиках КН-2 или КН-3 либо наиритном клее 88-Н им можно герметизировать стыки при давлении до 1 МПа и деформации в шве до 1 мм. Поробит более надежен и долговечен, чем пороизол или гернит, и может применяться для герметизации долговременных сооружений, особенно в сочетании с тиоколовым или полимербитумным герметиками. Стоимость поробита сечением 3X3 см не превышает 30 коп/м.
Они уже много лет успешно используются для уплотнения деформационных швов. Это главным образом асфальтовые армированные маты, разработанные П. Д. Глебовым в 1935 г. [39], в виде пропитанной горячим битумом мешковины, покрытой с обеих сторон горячей асфальтовой мастикой. За рубежом аналогичные материалы появились гораздо позже; они известны под названием гидромат. В 1955 г. А. С. Воеводским (авт. свид. № 106081, 1956 г.) был предложен принципиально новый материал — стеклопластикат, представляющий собой стеклоткань, покрытую с обеих сторон пластифицированным поливинилхлоридом (ПВХ). Он был тщательно исследован во ВНИИГе и испытан в натурных условиях в шве судоходного шлюза Кременчугской ГЭС (Изв. ВНИИГ, т. 68, 1962 г.). Испытания показали, что стеклоплас-тикат обладает высокой длительной прочностью, в основном определяемой видом армирующей стеклоткани (при использовании ткани АСТТ-6 —не менее 200 Н/см), и растяжимостью до 1%. Однако ПВХ-пластикат не является надежной защитой стеклоткани, и через семь месяцев коэффициент водоустойчивости составляет 0,8, коэффициент кислотостойкости — 0,5, а в щелочной среде — всего 0,15. Открытая стеклоткань за указанное время полностью разрушается. Поэтому для защиты бетонных сооружений рекомендуется применять щелочестоикие стеклоткани, базальтовые или капроновые ткани, как, например, в изофоле (ЧССР), жертуа (Франция) и др. [54]. Они отличаются достаточно высокой прочностью и водоустойчивостью, но из-за ползучести и действия воды допустимое расчетное напряжение должно быть снижено в восемь-десять раз по сравнению со стандартным пределом прочности. В зоне переменных горизонтов необходимо считаться со старением и статической усталостью материала, но можно не учитывать снижение прочности под действием воды. Таким образом, оклеечные армоэластики можно рекомендовать только для уплотнения узких швов и. трещин (до 2 мм) при напорах до 10 м, а при больших значениях их надо армировать стеклотканью, капроновой или нейлоновой тканью, причем толщину герметика и прочность армирующей ткани нужно назначать по расчету. Исследования Б. Ф. Хасина (авт. свид. № 269795, 1968 г.) и А. Н. Дыманта показали, что в качестве оклеечных герметиков можно использовать: полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), в том числе с добавкой бутилкаучука (БК); этиленпропиленовый сополимер СЭП; вулканизированный ПЭНП; пластифицированный ПВХ и эпоксидно-каучуковые композиции ЭКК-ЮО и ЭКК-200. В заключение нужно особо подчеркнуть обязательность уплотнений сопряжений различных частей сооружений, а также закладных деталей и гидроизоляционного покрытия
Гидроизоляция подвалов зданийи фундаментов. Гидроизоляционная защита наиболее часто применяется в подземных сооружениях: в подвальных частях различных зданий, нуждающихся в противофильтрационнои защите, так как они расположены либо ниже уровня грунтовых вод, либо в зоне капиллярного увлажнения грунтов, а также в зданиях с подвальными и цокольными этажами согласно п. 1.5 СНиП П-Л.1 —71. При химической агрессивности грунтовых или поверхностных вод подземная часть здания и его фундаменты должны иметь антикоррозионную защиту; она проектируется в соответствии с указаниями СН 262—67 [10] и выполняется при превышении следующих норм агрессивности воды-среды: а) при выщелачивающей агрессии — содержание бикарбонатов более 1,5 мг-экв/л при свободном омывании бетона водой; б) при общекислотной агрессии — водородный показатель рН<5,5; в) при углекислой агрессии — содержание свободной углекислоты более 50 мг/л, рН<5,5; г) при магнезиальной агрессии — содержание ионов магния более 1000 мг/л; д) при сульфатной агрессии — содержание ионов сульфатов более 300 мг/л при содержании ионов хлоридов более 1000 мг/л; е) при электрохимической агрессии — напряжение блуждаюшихтоков выше 3 В. В зависимости от местных условий перечисленные нормы могут изменяться; например, в слабофильтрующих грунтах Сф = 0,1 м/сут фундаменты из особо плотного бетона на сульфатостойком портландцементе не нуждаются в антикоррозионной защите даже при содержании сульфатов в воде до 12 000 мг/л. При проектировании гидроизоляции подземных сооружений необходимо учитывать перечисленные ниже особенности проектируемого здания и внешней агрессии: 1) назначение гидроизоляции, тип и конструкцию изолируемого сооружения, которые определяют конструкцию гидроизоляции, степень ее усиления для обеспечения водонепроницаемости, трещиноустойчивости и уплотнения швов и сопряжений; 2) природные условия работы изолируемого сооружения и его гидроизоляции за расчетный период, в том числе свойства окружающих грунтов и грунтовых вод, температурные условия, неравномерные осадки и просадки основания, промерзание и пучение примыкающих к гидроизоляции грунтовых массивов, минерализацию грунтовых вод и промышленных стоков, т. е. все внешние физические и химические агрессивные воздействия; 3) производственные условия возведения сооружения и выполнения его гидроизоляции как комплекса защитных мер: обеспеченность материалами и механизмами, экономические соображения, погодно-климатические факторы, возможность комплексноймеханизацииииндустриализациигидроизоляционных работ. Рассмотрим влияние перечисленных факторов на выбор типа гидроизоляции и ее конструкции при защите подвалов и фундаментов зданий [8, 14, 46, 54]. Первое основное требование к гидроизоляции заключается в ее надежности, ибо она предназначена для защиты от влияния воды при всей совокупности силовых, деформационных и температурных воздействий. Следует подчеркнуть, что в современных зданиях подвалы, как правило, являются эксплуатируемыми помещениями, в связи с чем их ограждающие конструкции должны всегда быть сухими. В зависимости от действующего напора гидроизоляционные покрытия подразделяют на противокапиллярные, нормальные (при напорах до 10 м) и усиленные (при больших напорах, химической агрессии воды-среды или нетрещиноустойчивых конструкциях). Противокапиллярные покрытия. Они предназначены для защиты от верховодки, случайно просочившейся в грунт воды, когда уровень грунтовых вод значительно ниже подошвы здания. При устройстве у фундамента здания кольцевого или пластового дренажа гидроизоляцию, как правило, выполняют напорной, рассчитывая ее на случай выхода дренажа из строя, чем обеспечивают необходимый запас надежности. Часто при проектировании противокапиллярной гидроизоляции, стремясь к облегчению покрытия, ее выполняют путем окраски полимерными лаками и разжиженным битумом или из меньшего числа слоев рулонного материала. Однако нужно учитывать, что увлажненные грунты способствуют снижению водоустойчивости покрытия, ускоренному старению вследствие возможного воздухообмена, а в южных районах — повышению концентрации агрессивных веществ до полной их кристаллизации; поэтому правильнее выполнять нормальную гидроизоляцию, а облегчение ее конструкции в каждом конкретном случае надо обосновывать особо. Нормальные покрытия. Они могут быть окрасочными, штукатурными или оклеенными, причем оптимальная конструкция гидроизоляции определяется трещиноустойчивостью защищаемой конструкции в результате технико-экономического сравнения вариантов. 1. Окрасочная гидроизоляция состоит из горячей резинобитумной мастики БРМ или полимербитумных сплавов типа битэп (см. табл. 1.3 и 1.4), холодной битумноэтинолевой или битумнонаиритной краски БНК (см. табл. 1.8) по грунтовке из разжиженного битума, с защитным ограждением стяжкой или штукатуркой из цементно-песчаного раствора. Поскольку выпуск лака «этиноль» прекращен, его применение и красок ЭКЖС-40 рекомендовать нельзя. Нормальное гидроизоляционное покрытие выполняется из двух слоев краски, а при защите подвалов долговременных зданий обычно армируется стеклохолстом или стеклосеткой, особенно на конструкциях из сборного железобетона или при расчетном раскрытии трещин более 0,3 мм. Таким образом, типовая конструкция окрасочной гидроизоляции при защите подвалов зданий может быть принята следующей: грунтовка бетона битумом БН 70/30, разжиженным автомобильным бензином в соотношении 1:2, с расходом 0,2 кг/м2; окраска поверхности горячей мастикой БРМ или битэпом (два слоя) либо холодной БНК (три слоя), с расходом 1 кг/м2 и защитным ограждением из цементного раствора толщиной 25 мм. 2. Штукатурная гидроизоляция состоит из холодных асфальтовых мастик (хамаст ИИ-20 или БАЭМ-Ц — см. табл. 1.28), с армированием стеклосеткой или стеклохолстом (см. табл. 1.27) без какого-либо защитного ограждения. Покрытие выполняют в два слоя или наметом суммарной толщиной 10 мм и армируют только над швами сборных железобетонных конструкций или при расчетном раскрытии трещин более 0,3 мм.Технико-экономические характеристики гидроизоляции данного вида приведены в табл. 1.30. Для покрытия требуется дорожный битум и отходы асбеста (по 8,5 кг/м2). 3. Оклеенная гидроизоляция выполняется из трех слоев гидроизола или стеклорубероида либо из двух слоев армобитэпа (см. табл. 1.18), наклеиваемых на загрунтованную разжиженным битумом поверхность на горячем битуме БН 70/30 или мастике БРМ, с расходом 0,7—1 кг/м2, а для гидроизола—1—1,2 кг/м2, так как гидроизол водопроницаем и водонепроницаемость покрытия обеспечивается клебемассой. Поверхность гидроизоляции покрывают дополнительным слоем клебемассы и защищают стяжкой или штукатуркой из цементного раствора нормального состава 1:3 при В/Ц=0,4; на вертикальных поверхностях оклеечную гидроизоляцию защищают кирпичной стенкой. Оклеечную гидроизоляцию можно намного упростить с помощью армобитэпа — нового материала с полимербитумной покровной массой; его можно наплавлять огневыми форсунками, выполнять в два слоя вместо трех и защищать набрызгом цементной штукатурки, так как полимербитумное вяжущее обладает повышенной сдвигоустойчивостью (Изв. ВНИИГ, т. 119, 1977 г.). Как видим, наиболее экономична холодная асфальтовая гидроизоляция из битумных эмульсионных мастик хамаст и БАЭМ.
Опыт использования ее на стройках Ленинграда в течение 20 лет (общий объем более 70 тыс. т.) показал высокую ее надежность, возможность применения на стенах подвалов без защитного ограждения при условии обратной засыпки котлована сухим талым песком, так как при присыпке гидроизоляции строительным мусором с помощью бульдозера она может быть повреждена, что и произошло при возведении одного из корпусов Кировского завода трестом Кировстрой-47 в 1975 г. Второе основное требование к гидроизоляции состоит в ее долговечности, которая должна быть не меньше долговечности изолируемого сооружения, составляющей для капитальных жилых и общественных зданий 100 лет (см. табл. 1.1) при допустимом сроке капитального ремонта 30 лет (для промышленных зданий — соответственно 60 и 30 лет). Как указывалось, гидроизоляция в основании сооружения, на подошвах фундаментов и в примыканиях недоступна для осмотра и ремонта, в связи с чем эти поверхности требуют более надежной и долговечной гидроизоляции, не нуждающейся в ремонте. В первых двух главах подробно рассматривались вопросы долговечности гидроизоляционных материалов и методы ее оценки н прогнозирования, однако эти вопросы являются определяющими и при конструировании гидроизоляции или выборе оптимальной ее конструкции. 1. Для обеспечения длительной водоустойчивости не следует применять материалы, содержащие более 0,3% водорастворимых компонентов, например: битумно-латексные композиции БЛК; полимербитумные композиции с добавкой латексов; эмульсионные мастики на основе битумных эмульсий на водорастворимых эмульгаторах; разжиженные битумы, краски и эмали на основе органических растворителей, в том числе битумно-наиритные композиции БНК за исключением БНК-26ГПП, которая содержит стабилизирующую добавку эпоксидной смолы, обеспечивающую длительную водоустойчивость покрытий с расчетной долговечностью в воде свыше 80 лет (Изд. ВНИИГ, т. 101, 1973 г.).
2.Чтобы обеспечить химическую стойкость в условиях агрессивной воды-среды, не следует применять цементную штукатурную гидроизоляцию, асфальтовые и полимербитумные покрытия с химически нестойкими в данной среде наполнителями, а при общекислотной агрессии — выполнять холодную асфальтовую гидроизоляцию из мастики БАЭМ без добавки портландцемента; все покрытия на основе битумов нельзя выполнять при нефтехимической агрессии. 3. В зоне переменных горизонтов, на периодически смачиваемых поверхностях и на стенах подвалов, где имеется доступ воздуха к гидроизоляционному покрытию, оно должно быть еще и биостойким; исходя из этого, для гидроизоляции долговременных сооружений запрещено применение толя, рубероида и экарбита на основе картона, асфальтовых армированных матов на основе мешковины. В наиболее сложных случаях не рекомендуется использовать гидроизол, поскольку он изготавливается из асбестового картона, содержащего до 27% целлюлозы, а в битумы и полимербитумные сплавы — добавлять тиурам, неозон или пентахлорфенол, являющиеся водонерастворимыми антисептиками, так как сам битум антисептическими свойствами не обладает и может повреждаться грибками. 4. Долговечность гидроизоляции могут снизить: повышенная эксплуатационная температура; полимеризация и старение органического вяжущего при интенсивном воздухообмене; статическая усталость от длительного воздействия температурных напряжений, касательных усилий от грунтовой присыпки и пр. Все эти факторы в подземной части зданий влияют меньше, чем в надземной или надводной зонах, но учитывать их необходимо: гидроизоляционное покрытие надо закрывать плотным защитным ограждением, усиливать глиняным или суглинистым замком; в районах повышенной сейсмичности или при вибрационных нагрузках окрасочную и штукатурную гидроизоляцию нужно армировать или заменять оклеечной. Выше (см. § 1.1) были приведены примеры расчета покрытий на долговечность.
Усиленная гидроизоляция
Такую изоляцию устраивают при напоре воды свыше 10 м или при напоре более 5 м и химической агрессивности воды-среды, при интенсивных нагрузках на гидроизоляционное покрытие и в других особых условиях эксплуатации, а также при очень строгих требованиях к надежности гидроизоляции и сухости изолируемых помещений. Усиление гидроизоляции, как правило, заключается в увеличении числа слоев гидроизоляционного покрытия или армирующей ткани, дублировании уплотнений деформационных швов и мест сопряжений, применении наиболее надежных видов гидроизоляции: окрасочной эпоксидной, штукатурной из КДР либо КПЦР, оклеечной из пластмассовых листов, литойасфальтовой. Усиление должно осуществляться по индивидуальным проектам, причем оно должно быть тщательно и всесторонне обосновано. Ниже рассмотрены наиболее часто встречающиеся усиления гидроизоляции. При гидростатическом напоре свыше 10 м усиление необходимо для обеспечения водонепроницаемости покрытия над трещинами в основании и создания запаса надежности, так как случайная не плотность в покрытии может стать очагом интенсивной фильтрации. При этом рекомендуются следующие виды гидроизоляционных покрытий:а) окрасочное покрытие горячей мастикой БРМ или полимербитумной мастикой битэп, с армированием стеклосеткой, а во всех местах перегибов — двойным армированием и нанесением трех-четырех слоев мастики; б) штукатурное покрытие эмульсионными битумными мастиками хамаст или БАЭМ-Ц из трех слоев суммарной толщиной 15—20 мм, с армированием стеклосеткой; увеличение толщины покрытия свыше 20 мм нецелесообразно, так как это не только не повышает надежность, но и приводит к возрастанию опасности усадочного трещинообразования; в) оклеенная гидроизоляция из четырех-пяти слоев гидроизола, с обязательной наклейкой на мастике БРМ-75 в качестве клебемассы, четырех пяти слоев стеклорубероида или трех четырех слоев армобитэпа, с обязательным наплавлением их огневыми форсунками или инфракрасными горелками. Все деформационные швы и сопряжения уплотняют, как обычно ( 4.1, 3.7 и 3.8), но уплотнения необходимо дублировать, например, внутренними и донными (поз. 3 и 6 на4.1) или поверхностными герметиками. Принципиально конструкция гидроизоляции при этом не изменяется ( 4.2, а), но устраивается сплошная фундаментная плита, которая пригружается общей массой всего здания; отрезать же ее от стен ( 4.1, б) можно лишь при небольшом гидростатическом давлении при условии расчета плиты на всплытие. Все места пропуска через гидроизоляционное покрытие надо усиливать полимербитумными заливками (поз. 2 на4.2, в), а места перегибов гидроизоляции — прокладками из металлического листа или пластмассовой диафрагмой между слоями гидроизоляции ( 4.2, г). Вторым способом усиления гидроизоляции является устройство в дополнение к наружной гидроизоляции еще и внутренней ( 4.2, б) как самостоятельного гидроизоляционного элемента, рассчитанного на восприятие полного гидростатического напора. Обычно внутренняя гидроизоляция выполняется из окрасочных или оклеечных покрытий, но дополняется прижимной плитой и поребриком (при напоре до 1,5 м) или заанкеренным защитным ограждением, рассчитанным на восприятие действующего напора ( 4.1 в). Холодная асфальтовая гидроизоляция из мастик БАЭМ или хамаст может наноситься без прижимного защитного ограждения, на очищенную и загрунтованную внутреннюю поверхность стен и пола подвала (см.1.8, б), поскольку она способна длительно воспринимать отрывающий гидростатический напор за счет сил адгезии к бетону. Строительные организации УКР Ленгорисполкома за последние 20 лет таким образом осушили подвалы свыше 500 зданий [56].
Исследования ВНИИГа показали, что холодную асфальтовую гидроизоляцию можно применять при отрывающем напоре до 15 м (21], а из работ Р. К. Ткемаладзе [ПО] следует, что мастики типа БАЭМ обладают длительной адгезией к бетону свыше 0,5 МПа, которая через пять лет повышается до 0,9 МПа, что позволило использовать их на ряде сооружений в Грузии при отрывающем напоре до 50 м на общей площади свыше 100 000 м2. Условия работы гидроизоляции «на отрыв» требуют особенно тщательного ее выполнения; ее нельзя устраивать при химической агрессивности воды. При химической агрессивности воды-среды и напоре свыше 5 м усиление необходимо для повышения общей надежности гидроизоляции, так как даже небольшие протечки могут привести к коррозионному разрушению несущей конструкции. Кроме того, при химической агрессивности воды-среды (общекислотной, сульфатной и морской) нужен специальный подбор состава мастик для окрасочной и штукатурной гидроизоляции, причем не следует применять известняковый, портландцементный и другие нестойкие в данной среде наполнители, а бетонную подготовку нужно заменять подготовкой из слоя щебня с проливкой горячим битумом БН 30/80 или из асфальтобетона ( 4.3,а). Желательно цементную стяжку поверх гидроизоляции в основании сооружения заменять стяжкой из горячего асфальтобетона (поз. 2 на4.3, а), при укладке которойзаплавляютсявсе случайные дефектыи неплотности врасположенномниже гидроизоляционномслое. Таким образом, для защиты подвалов и фундаментов зданий от химически агрессивных грунтовых вод можно применять все типы окрасочной, штукатурной и оклеечной гидроизоляции, указанные в табл. 4.1, но при напорах свыше 5 м или при очень интенсивной агрессивности гидроизоляционное покрытие надо усиливать путем увеличения числа слоев гидроизоляционного материала до четырех-пяти и дублирования уплотнений при пересечении гидроизоляции с деформационными швами и сопряжениями, как это было рассмотрено выше для антифильтрационной гидроизоляции.Особые условия очень часто создаются при нефтехимической агрессивности грунтовых вод, исключающей применение битумных, полимербитумных и асфальтовых материалов, — на заводах нефтехимической промышленности, на нефтебазах, в гаражах, наавтозаправочных станциях и т. п.
Раньше при этом устраивали различные покрытия на основе каменноугольных дегтей и пеков; например, такая гидроизоляция была осуществлена для защиты отстойников Главной водопроводной станции в Ленинграде. В здания, которые было решено приспособить для отстойников, в 1915 г. был спущен мазут, который пропитал все фундаменты и окружающий грунт. Внутри зданий была выполнена асфальтовая штукатурная гидроизоляция из раствора на основе каменноугольного дегтя Д-7. Но из-за его канцерогенности не допускается контакт дегтевых покрытий с питьевой водой, поэтому сверху они были покрыты асфальтом на основе нефтяного битума БН 70/30, который не ухудшает питьевые качества воды. Эти покрытия успешно работают свыше 20 лет. Представляется возможным использовать полимерные материалы повышенной нефтестойкости: листы и пленки из поливинилхлоридного пластиката, полиэтилена, полиизобутилеиа и бутилкаучука (последние два — ограниченно нефтестойки), а также осуществлять разные окраски на основе эпоксидных смол. При нефтехимической агрессии наиболее целесообразна следующая конструкция гидроизоляции подвалов и фундаментов:а) на горизонтальной поверхности — полимерная пленка, со сваркой стыков, укладываемая в один-два слоя на монтажной приклейке из тиоколовой (КБ-05), кумарононаиритной (КН-3) мастики или наиритного клея Н-88; б) на вертикальной поверхности — монтируемая гидроизоляция из полиэтиленовых заанкериваемых листов, со сваркой стыков, гладких листов толщиной от 2 до 4 мм из полиэтилена, пластифицированного ПВХ или бутилкаучука (см. табл. 3.6), с монтажной приклейкой на мастике БЛК. или БК.С, либо с креплением дюбелями, пристреливаемыми строительно-монтажным пистолетом или прибиваемыми гвоздями к заранее заложенным планкам. К усиленной гидроизоляции относятся покрытия из красок и мастик на основе модифицированных эпоксидных смол, литая асфальтовая и монтируемая металлическая гидроизоляция, но из-за их высокой стоимости и трудоемкости они применяются только при особенно интенсивных механических нагрузках или при очень неблагоприятном сочетании внешних агрессивных факторов; как правило, для защиты оснований и фундаментов они не используются, поэтому мы рассмотрим их в § 4.2, так же как и покрытия повышенной прочности из К.ЦР или К.ПЦР.
Ее выполнение требует соблюдения особых правил при производстве гидроизоляционных работ, а также особых мер для обеспечения надежной ее работы в эксплуатационный период. Зона эта достаточно обширна, что видно из схемы климатического районирования территории нашей страны (см.3), выполненной в соответствии с главой СНиП Н-Л. 1—71 о нормах проектирования жилых зданий; в ней указаны климатические зоны по минимуму среднеянварской и максимуму среднеиюльской температур. К гидроизоляции подземных сооружений, находящихся в вечномерзлых грунтах, предъявляются следующие дополнительные требования: а) материал гидроизоляционного покрытия должен обладать повышенной деформативной способностью и трещиноустойчивостью для компенсации повышенных деформаций основания или трещин в изолируемых конструкциях при просадках и морозном пучении грунтов в условиях пониженных эксплуатационных температур, т. е. морозостойкостью; б) конструкция гидроизоляции должна предусматривать повышение ее трещиноустойчивости: армирование, устройство демпфирующих слоев и компенсаторов, усиленное уплотнение деформационных швов при более частой разрезке основной конструкции швами и повышенных сосредоточенных деформациях в них, выполнение комплексной теплогидроизоляции против оттаивания примыкающих вечномерзлых грунтов и т. п.; в) экономичность гидроизоляции должна достигаться минимальным количеством дальнепривозных материалов, использованием индустриальных элементов полной заводской готовности для уменьшения доли работ, производимых в котловане или на строительной площадке; г) конструкция гидроизоляции не должна вызывать дополнительной разработки вечномерзлых грунтов и увеличения объема качественной обратной засыпки, она должна быть приспособлена к производству работ в неблагоприятных температурно-влажностных условиях. Требуемая морозостойкость гидроизоляционных покрытий и герметизирующих шпонок обеспечивается соответствующими добавками к битумам либо применением морозостойких пластмасс в зависимости от минимума температуры в эксплуатационный или строительный период. При этом нужно учитывать, что наиболее употребительные материалы имеют следующую температуру хрупкости (°С): Битумные и полимербитумные окраски и клебемассы. Горячие строительные битумы БН 70/30 и БН 10/90 от —5 до +7. Горячие резинобитумные или бутумнолатексные мастики от —17 до —25. Горячие полимербитумные мастики битэп (до 10% СК) от —30 до —40. Холодные битумнонаиритные композиции БНК от —30 до —35.Рулонные материалы для оклеенной гидроизоляции. Стеклорубероид и гидростеклоизол от —7 до —17. Полимербитумные армобитэп и эластобитот —31 до —40. Поливинилхлоридная пластифицированная пленка В-118 от —20 до —25. Полиэтиленовые пленки и листы ПЭНП или ПЭВПот —60 до —70. Полиизобутиленовые ПСГ и бутил каучуковые листы от —55 до —65. Штукатурные гидроизоляционные покрытия. Холодная битумно-асбестовая эмульсионная мастика БАЭМ от —75 до —90. Холодная известково-битумная эмульсионная мастика от —7 до —17.Горячая асфальтовая мастика на основе БРМ от 0 до —7. Горячая асфальтовая мастика на основе битэпа от —20 до —30. Мастичные герметики для заполнения шпонок.
Горячие асфальтовые мастики на основе битума. БНД 40/60 от —5 до —15. Горячие стирольно-битумные мастики БСМ и БРМ от —15 до —25.
Горячий полимербитумный герметик битэп от —45 до —55. Холодный двухкомпонентныйтиоколовыйгерметик КБ-05 от —55 до —65. Гидроизоляционные покрытия, расположенные в зоне промерзания и колебаний температуры, надо рассчитывать на трещиноустойчивость при температурных напряжениях, возникающих из-за разности К.ЛРТ покрытия и его бетонного основания. При таких расчетах в первую очередь нужно учитывать структурно-реологические особенности материала, зависящие от его природы и состояния, в связи с чем необходимо применять материалы, температура хрупкости которых ниже минимума эксплуатационной температуры, так как в упругохрупком состоянии деформативная способность покрытий снижается настолько, что растрескивание их неизбежно даже при относительной деформации более Ю-4. В вязкоупругом или эластическом состоянии полимерные и полимербитумные материалы при температуре, большей их температуры хрупкости, обладают способностьюкрелаксациинапряжений,иуровень температурных напряжений в зависимости от продолжительности колебаний температуры можно определять по формулам (1.4) и (1.5), а для штукатурных покрытий из эмульсионных мастик — с учетом их структурных особенностей — по (1.11).
Методика расчета герметизирующих шпонок и армогерметиков приведена в третьей главе — см. формулу (3.2) и др.
В данном случае, особенно для поверхностных шпонок, необходимо выбирать герметизирующие мастики и армоэластики, сохраняющие эластичность при наибольших расчетных морозах, и отдавать предпочтение полимербитумным композициям битэп, полиэтиленовым и бутилкаучуковым листам, ибо они наиболее морозостойки (см. табл. 3.4). Конструктивными мерами повышения трещиноустойчивости гидроизоляционных покрытий являются обеспечение свободы их температурных деформаций или уменьшение просадок при оттаивании вечномерзлых грунтов. Рекомендуются следующие меры в зоне оттаивания грунтов или при проникании суточных колебаний температуры: а) на горизонтальных участках — устройство песчаных прослоек, желательно из гидрофобизированного песка между гидроизоляционным покрытием изащитной стяжкой ( 4.4,г); б) на вертикальных поверхностях — устройство демпфирующих прослоек из морозостойких эластичных материалов междугидроизоляционным покрытием и защитным ограждением или между покрытием и его основанием ( 4.4,в). В пределах зоны вечномерзлых грунтов гидроизоляция проектируется по обычным правилам с учетом пониженной эксплуатационной температуры, а в пределах зоны возможного оттаивания грунтов необходимо рассчитывать стеновые покрытия на сплошность и прочность при воздействии сил трения, возникающих при просадочных деформациях и морозном пучении.Для уменьшения сил трения не рекомендуется устраивать выступы в гидроизоляционных покрытиях на стенах, придавать окрасочным и штукатурным покрытиям большую гладкость и покрывать их цементно-латексной суспензией либо смазывать их поверхность пуш смазкой или петролатумом. Прочность гидроизоляционного покрытия против разрывов под воздействием деформации прилегающих мерзлых грунтов может быть повышена применением более прочных материалов, например армированных стеклотканями, либо армированием окрасочного или штукатурного покрытия прокладкой из стеклоткани.
В зданиях, сооружаемых на вечномерзлых грунтах, предусматриваются меры по предотвращению их оттаивания; так, здания приподымают над поверхностью грунта, возводя их на свайных ростверках, однако при необходимости устройства заглубленных подвалов с положительной эксплуатационной температурой их нужно не только гидроизолировать, но и теплоизолировать для исключения возможности оттаивания вечномерзлых грунтов ( 4.4, а),т. е. устраивать комплексную теплогидроизоляцию (см. § 2.1, а также патент США №3966781 от 19.10.76 г. о теплоизоляции зданий на вечной мерзлоте). В общем случае можно устраивать обычные гидроизоляционные покрытия, а подготовку в основании здания и присыпку на стенах подвала выполнять из теплоизолирующего материала: керамзитового гравия, шлака, причем толщина присыпки (или подготовки) назначается в результате специального теплотехнического расчета, предполагающего отсутствие положительной температуры в основании или присыпке при тепловом потоке из подвала в наиболее неблагоприятный период. Однако это потребовало бы укладки очень толстых теплоизолирующих слоев, причем обычно они постепенно увлажняются вследствие оттаивания вечномерзлых грунтов, а замерзающая в их порах вода лишает их теплоизолирующей способности; поэтому такие прослойки выполняют из гидрофобных порошков или песков, гидрофобной золы ТЭС, битумоперлита и т. п., которые не замокают при длительном действии напора воды при условии, что тепловой поток направлен навстречу напору воды ( 4.4,а), так как в противном случае гидрофобный слой в летний период может замокнуть. Следует отметить, что гидрофобные засыпки дешевы. При вероятности длительного воздействия напора грунтовых вод или наличии зон частичного оттаивания вечной мерзлоты подвалы защищают комплексной теплогидроизоляцией из асфальтокерамзитобетона, асфальтошлакобетона или пенопластов ( 4.4,6), или же теплоизоляцию усиливают гидроизоляционными прослойками, например, укладывая гидрофобную золу в полиэтиленовых мешках или защищая засыпку наружным гидроизоляционным покрытием ( 4.5). При проектировании гидроизоляции фундаментов и подвалов зданий в районах вечной мерзлоты необходимо учитывать, что гидроизоляционные работы здесь будут вестись в неблагоприятных температурно-влажностных условиях. Только монтируемая, литая и засыпная гидроизоляция могут устраиваться практически при любой погоде, на любом морозе, а гидроизоляционные покрытия других типов приходится осуществлять в тепляках, обогреваемых горячим воздухом от калориферов. Высокая пожароопасность и вредность работ с летучими органическими растворителями исключают применение окрасочной гидроизоляции, но окраски из горячих полимербитумных сплавов БРМ и битэп возможны. Холодную асфальтовую гидроизоляцию при морозах до —15° С можно выполнять из мастики БНСХА, содержащей добавки антифриза, пластификатора и ускорителя стабилизации, без тепляков методом «термоса», закрывая сразу свеженанесенную влажную мастику цементной стяжкой из раствора с солевыми добавками и стабилизируя мастику путем прогрева бетона несущей конструкции в период его твердения [21, 56]. При ведении работ на вечномерзлых грунтах надо всемерно сокращать объем выемки под котлован здания, в связи с чем рекомендуется ограждать котлован деревянной шпунтовой стенкой и наносить на него гидроизоляционное покрытие, прижимая его бетоном основной конструкции фундамента, бетонируя его «в распор». В этом случае наиболее целесообразна оклеечная гидроизоляция из пластмассовых листов или полимербитумных рулонных материалов(армобитэпа либо эластобита). В заключение отметим, что при больших масштабах гидроизоляционных работ в зимний период наиболее рациональна асфальтовая литая гидроизоляция, стоимость и трудоемкость которой такая же, как оклеечной гидроизоляции из четырех слоев стеклорубероида, что видно из сравнения данных табл. 2.2 и 4.1, а по надежности и возможности устройства в неблагоприятных условиях она значительно превосходит ее. В вечномерзлых грунтах на вертикальной поверхности ее надо выполнять из асфальтополимербетонных растворов для повышения трещиноустойчивости на морозе [65, 109].
Гидроизоляция подземного сооружения является весьма ответственным элементом, обеспечивающим его надежность при постоянном давлении грунтовых вод и самого грунта. В подземных сооружениях гидроизоляция крайне трудно поддается ремонту, в связи с чем стоимость мероприятий по восстановлению водонепроницаемости сооружения в пять-десять раз выше первоначальной стоимости устройства гидроизоляции; поэтому расчетная долговечность гидроизоляционных покрытий должна быть более 100 лет. Однако подземные сооружения работают, как правило, в изотермических условиях, доступ кислорода к гидроизоляции весьма затруднен, ультрафиолетовое облучение вообще исключено, а потому естественное старение материалов очень замедлено.
Выше приводились примеры высокой долговечности битумов и резины в подземных сооружениях. Деформационные условия работы гидроизоляции также облегчены: так, просадочные деформации грунтов на глубине 0,5—1 м достигают 60 мм, на глубине 5—6 м они уменьшаются до 10 мм, а деформации набухающих грунтов составляют 13 мм; правда, при этом давление набухания грунта равно 0,10—0,11 МПа [100], что необходимо учитывать при инженерном расчете гидроизоляционных покрытий. При проектировании гидроизоляции подземных сооружений очень часто встречаются с большими давлениями на гидроизоляцию; например, на гидроизоляцию галерей в основании плотины Нурекской ГЭС действует гидростатическое давление до 3,1 МПа и давление грунта до 6 МПа. Гидроизоляция подземных сооружений в общем случае проектируется так же, как фундаментов и подвалов. Здесь же мы рассмотрим три основных особенности проектирования их гидроизоляции, определяемые условиями их эксплуатации: 1) все швы и места возможных деформаций необходимо тщательно уплотнять, причем уплотнения должны быть рассчитаны на высокие давления; 2) само гидроизоляционное покрытие в ряде случаев должно обладать повышенной прочностью в связи с высокими давлениями воды и грунта; 3) среди подземных сооружений часто встречаются уникальные, со специфическим сочетанием эксплуатационных условий, которые следует рассмотреть особо.
При напорах более 10 м требуется усиление самого гидроизоляционного покрытия. Методы такого усиления были рассмотрены в § 4.1. Кроме того, необходимо повышение гладкости покрытия; ряд зарубежных фирм с этой целью наносят на обе стороны гидроизоляции выравнивающие штукатурные покрытия и добавочные выравнивающие слои рулонного материала (можно рубероида) для сглаживания неровностей ( 4.6,а). При высоте изолируемой поверхности более 4 м рекомендуется защитную кирпичную стенку отрезать от основания швом из литого асфальта, чтобы стенка прижимала гидроизоляцию (4.2,г и 4.6). В подземных сооружениях нужно особенно тщательно уплотнять деформационные швы и примыкания. В дополнение к приведенным в третьей главе рекомендациям по уплотнению швов укажем, что в подземных сооружениях при значительных напоpax надо усиливать гидроизоляционное покрытие над деформационными швами прокладкой листа нержавеющей стали ( 4.6,б), а при напорах свыше 20 м или при ожидаемом раскрытии шва более 10 мм—даже двумя такими прокладками ( 4.6,в) для дублирования уплотнения. Уплотнения швов в подземных сооружениях рекомендуется выполнять в специальных каналах и штрабах, прикрываемых временными крышками, для удобства осмотра и ремонта уплотнений ( 4.7,а), располагая в них поверхностные уплотнения, дублирующие основные внутренние уплотнения. В качестве основных уплотнений наиболее целесообразны профильные герметизирующие ленты (см. табл. 3.2). Они пригодны для уплотнения деформационных швов с раскрытием до 10 мм и напоре до 50 м или при раскрытии швов до 50 мм и напоре до 20 м, а при больших напорах их усиливают цементационным заполнением шва или переходят к системе асфальтовых шпонок (как в гидросооружениях). Все сопряжения с закладными деталями в подземных сооружениях следует усиливать металлическими диафрагмами и фланцами ( 4.7,6), где гидроизоляционное покрытие должно быть зажато на ширине не менее 10 см, причем нижний фланец жестко приваривается к закладной детали, на него наклеивается гидроизоляционный покров и прижимается съемным фланцем (поз. 6 на4.7). Иногда покрытие усиливают путем армирования на ширине 200 мм.
В долговременных подземных сооружениях применяют, как правило, оклеечную гидроизоляцию из рулонных материалов или холодную асфальтовую гидроизоляцию, армируя ее на стыках и швах стеклосеткой. Накоплен обширный и положительный опыт использования этих видов гидроизоляции для подземных каналов и коллекторов, вагоноопрокидывателей и транспортных галерей ТЭС с заглублением до 20 м, насосных станций. Нужно отметить, что не всегда оклеечная гидроизоляция в подземных сооружениях работает удовлетворительно; это, как правило, объясняется производством работ вручную, большим количеством слоев рулонного материала и стыков покрытия. Например, на Новгородской и Павлодарской ТЭЦ произошли значительные протечки в вагоноопрокидывателях, что вынудило ремонтировать гидроизоляцию путем устройства нового внутреннего гидроизоляционного покрытия, работающего на отрыв. На Павлодарской ТЭЦ такая гидроизоляция была выполнена в 1975 г. из КТЩР с добавкой хлоропренового латекса МХ-30. Интересно, что гидроизоляционное покрытие наносили прямо на мокрую поверхность бетона при напоре грунтовых вод до 15 м, что позволило отказаться от водопонижения при производстве работ, в связи с чем суммарная экономия благодаря применению гидроизоляции из КПЦР составила 15 руб/м2. Несколько сложнее обстоит дело с гидроизоляцией насосных станций, которые в некоторые периоды подвергаются сдвигающим нагрузкам от давления грунта или напора воды. В этом случае при небольших горизонтальных усилиях (до 0,1 МПа) днище станции можно изолировать покрытиями из рулонных материалов или горячих литых асфальтов, но только при штраблении подготовки и фундаментной плиты и более надежном выполнении штукатурной гидроизоляции из хамаста или КПЦР либо окрасочной эпоксидной гидроизоляции, обладающих повышенной сдвигоустойчивостью, особенно при присыпке их песком. Кроме того, внутренние поверхности здания насосной станции подвергаются воздействию скоростного турбулентного потока воды и гидродинамическому давлению, что требует от покрытия повышенной прочности и высокой адгезии к бетону. Поэтому на Белоярской и Нововоронежской АЭС насосные станции были изолированы холодной асфальтовой гидроизоляцией, на Троицкой ГРЭС — из КПЦР. На насосной станции Троицкой ГРЭС при помощи КПЦР были оштукатурены также наружные поверхности здания для повышения их морозоустойчивости в зоне переменных горизонтов. Несколько лет эксплуатации показали высокую надежность такой штукатурной гидроизоляции в сложных условиях [41].
В последние годы для защиты насосных станций стали применять окрасочные покрытия из модифицированных эпоксидных смол, поскольку весьма сложные условия эксплуатации вполне оправдывают использование столь дорогого и дефицитного материала [24, 29, 62, 108]. Пример конструктивного решения представлен на4.8, а свойства и технико-экономические характеристики эпоксидно-каменноугольных покрытий приведены в табл. 4.3. Как видим, такие покрытия обладают весьма высокими прочностными и деформационными свойствами, благодаря чему они являются одним из наиболее надежных и долговечных способов защиты подземных сооружений. Отметим все же, что способность эпоксидно-каменноугольных покрытий длительно сохранять эластичные свойства хуже, чем у эпоксидно-каучуковых мастик ЭКК (см. табл. 1.10), но их эластичность вполне достаточна для условий эксплуатации подземных сооружений. Такая гидроизоляция успешно работает на береговой насосной станции Кольской АЭС ( 4.8) и ряде насосных станций Каршинской оросительной системы. Особенно интересен последний объект, поскольку для него характерна высокая сульфатная агрессивность грунтовых вод и значительные сдвигающие нагрузки. Первоначально предполагалось защитить здания насосных станций оклеечной и литой гидроизоляцией, недостаточная сдвигоустойчивость которых потребовала устройства свайных ростверков в основании станций и мощных фундаментных плит; применение же сдвигоустойчивой эпоксидной гидроизоляции позволило от всего этого отказаться и получить экономию до 118 руб/м2. Такая гидроизоляция успешно служит уже десять лет [62]. Большим преимуществом эпоксидной гидроизоляции является ее высокая прочность, благодаря чему ее можно применять без защитного ограждения, а используя покрытия с различной степенью гладкости или, наоборот, придавая им повышенную шероховатость путем посыпки незатвердевшего покрытия сухим песком, можно изменять трение грунта по нему в три-шесть раз.
Она является наиболее техникоэкономически эффективным видом гидроизоляции для защиты подземных сооружений. Она успешно служит на ряде тепловых и атомных электростанций (табл. 4.4), обеспечивая высокий экономический эффект; например, на строительстве Белоярской АЭС вначале применялась асфальтоваялитая гидроизоляция стоимостью 7—9 руб/м2, которая в 1960 г. была заменена холодной асфальтовой гидроизоляцией стоимостью 1 руб/м2. Наиболее широко холодная асфальтовая гидроизоляция использована на стройках Главленинградстроя, Главзапстроя и Главкиевстроя. Она успешно применена для защиты следующих сооружений: а) сильно заглубленных эксплуатируемых помещений — на пример, в здании киноконцертного зала «Октябрьский» (максимальное заглубление 11 м) в Ленинграде, в Памятном зале Монумента героическим защитникам Ленинграда(12 м); б) канализационных и водопроводных насосных станций, а также различных подземных каналов и коллекторов, в том числе Южной канализационной насосной станции в Ленинграде (заглубление 23 м), береговой насосной станции Нововоронежской АЭС (22 м), Дарницкого канализационного коллектора протяженностью 1400 м, Воронежского канализационного коллектора длиной 3600 м и др.; в) вагоноопрокидывателей, топливных транспортных галерей и других сильно заглубленных производственных помещений с максимальным заглублением до 40 м, а также сухих доков (например, завода «Океан» в Николаеве, с переменным напором морской агрессивной воды до 25 м); г) для внутренней гидроизоляции, работающей на отрыв, ряда подземных галерей и тоннелей метрополитена (табл. 4.5) при отрывающем напоре до 20 м, а также карусельного стана завода «Красный выборжец» (Ленинград) при отрывающем напоре до 12 м, вагоноопрокидывателя Змиевской ГРЭС при отрывающем напоре до 14 м и других ответственных сооружений. Весьма интересен опыт устройства гидроизоляции одной из подземных галерей на заводе «Океан». Она прокладывалась на намывном грунте, прикрывающем основное сооружение сухого дока, который опирался на скальный массив; поэтому галерея была оперта на сваи стойки и через них —на то же скальное основание, что предотвратило неравномерные осадки дока и галереи. Но неизбежные осадки намывного грунта привели к необходимости отделения бетонной подготовки от гидроизоляционного покрытия во избежание его повреждения при опускании подготовки ( 4.9).
Резинобитумная мастика БРМ-75
Окраска такой мастикой все шире применяется в строительстве подземных сооружений благодаря созданию высокомеханизированного агрегата АГКР-5 конструкции Ю. И. Самченко, что позволило механизировать приготовление и нанесение мастики с подачей ее по резиновым шлангам на расстояние до 50 м, резко снизило стоимость и трудоемкость этой весьма надежной гидроизоляции. Она успешно служит на Ленинградской и Чернобыльской АЭС и ряде других ответственных объектов. Опыт показал, что при правильной организации производственного процесса бригада из трех изолировщиков в смену может выполнять до 1000 м2 доброкачественного покрытия, т. е. производительность в данном случае не ниже, чем при работах с холодными эмульсионными мастиками (см. «Промышленное строительство», 1971, № 8). Качество покрытия можно резко улучшить, если вместо резинобитумной использовать битумно-каучуковую мастику битэп, обладающую повышенной растяжимостью и морозостойкостью. Окрасочная гидроизоляция из битэпа была удачно осуществлена на Северной канализационной станции Ленинграда, заглубленной более чем на 22 м, и на ряде других объектов, где благодаря ее высокой эластичности отказались от армирования покрытия дефицитными стеклосетками. К недостаткам полимербитумной окрасочной гидроизоляции следует отнести ее способность деформироваться при постоянно действующих нагрузках, в связи с чем ее приходится защищать на горизонтальных поверхностях стяжкой, а на вертикальных — штукатуркой из цементного раствора. Исследованиями Донецкого Промстройниипроекта установлено, что полимербитумное покрытие может быть достаточно надежно защищено набрызгом цементно-латексной суспензии [112].
Такая изоляция из горячих асфальтовых растворов и мастик специальных составов с повышенной тепло и сдвигоустойчивостью, содержащих добавки коротковолокнистого асбета и полимеров [16], отличается повышенной прочностью при статических и динамических нагрузках, высокой химической и эрозионной стойкостью. К сожалению, выполняется это покрытие путем набрызга горячего (180° С) асфальта с помощью ручного асфальтомета ВНИИГ-5 при давлении сжатого воздуха 0,5—0,6 МПа, что усложняет работу, увеличивает трудоемкостьи резко ограничивает применение этой гидроизоляции. Горячая асфальтовая штукатурка используется для защиты внешних поверхностей кессонов и опускных колодцев, которые при опускании подвергаются значительному воздействию грунта. Наглядным примером является гидроизоляция уникального опускного колодца диаметром свыше 40 м на канализационной станции в Ленинграде. Внешняя его поверхность была покрыта штукатурной гидроизоляцией из асфальтового раствора следующего состава: 24% строительного битума БН 70/30, 6% коротковолокнистого асбеста, 30% минерального порошка и 40% среднезернистого песка. Гидроизоляция наносилась тремя наметами толщиной по 5 мм асфальтометом ВНИИГ-5. Она оказалась высоконадежной, выдержав интенсивные воздействия при опускании колодца на глубину 21 м в моренных грунтах, засоренных булыжниками. Лишь в одном месте нож колодца наткнулся на очень крупный валун диаметром около 3 м, который пришлось расколоть, причем расколотый камень процарапал полосу 1x1,5 м в гидроизоляционном покрытии; в этом месте наблюдались небольшие течи. Аналогичный колодец успешно служит в г. Караганде свыше 20 лет в условиях сильно минерализованных грунтовых вод, содержащих свыше 30 000 мг/л сульфатов. Следует подчеркнуть, что горячие асфальтовые штукатурки широко используются за рубежом. Так, в США свыше 75% всех трубопроводов изолировано горячими битумными и каменноугольными покрытиями, причем 85% всех труб изолируют на заводах мастикой «битумастик» и раствором «сомастик»; последний состоит из 12% строительного битума, 1% асбеста, 24% минерального наполнителя и 63% песка. Для защитных покрытий трубопроводов все шире применяется липкая лента «поликен» из полиэтиленовой стабилизированной пленки с полиизобутиленовой клебемассой. Такая замена вызвана меньшей трудоемкостью изолировочных работ. В целом асфальтовые покрытия долговечны; например, покрытие каменноугольной эмалью через 40 лет эксплуатации имеет водопоглощение всего 0,3% и УОЭС=10" Ом-см, т. е. отличается весьма высокими гидроизоляционными свойствами. В Советском Союзе при гидроизоляции подземных сооружений асфальтовая штукатурная гидроизоляция также все чаще заменяется эпоксидной окрасочной гидроизоляцией, а при защите трубопроводов — липкими лентами (см. табл. 1.20). Однако высокая прочность асфальтовых штукатурок в сочетании с дешевизной и недефицитностью исходных компонентов не позволяет пока полностью заменить их новыми полимерами. Высокая надежность асфальтовой штукатурной гидроизоляции была подтверждена при прокладке трубопроводов способом продавливания. На Ленинградском металлическом заводе под построенным корпусом были проложены путем продавливания три нитки трубопроводов длиной по 70 м каждая. Из испытанных при этом различных типов покрытий асфальтовое покрытие из мастики, состоящей из 37% строительного битума, 58% минерального порошка и 5% коротко волокнистого асбеста, показало наивысшую эрозионную стойкость, выдержав продавливание в замусоренном песчаном грунте без каких-либо повреждений. Успешен опыт применения асфальтовой штукатурки и для защиты металлического шпунта, но она неприемлема при забивке шпунта зимой или для защиты его в надводной зоне. Дело в том, что при низких температурах под действием ударов асфальт отслаивается от металла из-за большой разности динамических модулей упругости и нарушения адгезии. Опытные и производственные работы на побережье Баренцева и Белого морей свидетельствуют о том, что наиболее надежна защита шпунта эпоксидной модифицированной эмалью ЭКК-ЮО: такие покрытия несколько повреждались только в замках шпунтин [41]. Для подземных сооружений рекомендуются, как правило, холодная асфальтовая штукатурная и горячая резинобитумная или полимербитумная гидроизоляция (см. табл. 4.6), ибо они обладают существенными технико-экономическими преимуществами перед оклеечной гидроизоляцией: стоимость их ниже в три-четыре раза, а трудоемкость — в четыре-пять раз. Оклеечная гидроизоляция допустима лишь для защиты нетрещиноустойчивых конструкций (см. § 1.2). В подземных сооружениях при интенсивных сдвигающих и других механических воздействиях на гидроизоляционное покрытие следует применять цементную штукатурную гидроизоляцию из КПЦР или армированную эпоксидно-каменноугольную гидроизоляцию (см. табл. 4.6), требующую особого обоснования.
Они представляют значительный интерес, ибо осуществляются в наиболее сложных эксплуатационных или строительных условиях. Поэтому мы остановимся более подробно на самых характерных примерах. Гидроизоляция сухих доков сама по себе достаточно сложна, поскольку они подвергаются переменному напору воды, воздействию переменных температур с очень быстрыми перепадами в периоды наполнения или опорожнения дока, химической агрессии морской воды и динамическим нагрузкам в период строительства или при спуске судна. Все это потребовало особенно тщательного рассмотрения вопросов гидроизоляции Доков. Уже при строительстве сухих доков в Мурманске П. Д. Глебов предложил для их защиты литую гидроизоляцию из асфальтовой мастики, заливаемой в горячем состоянии за деревянную опалубку из сосновых брусьев. Такая гидроизоляция служит более 45 лет без ремонта — лишь в отдельных местах были заменены подгнившие брусья [39]. Ее осуществляли с внутренней поверхности камеры дока, благодаря чему она служила одновременно и теплоизоляцией бетона его стенок, защитив недостаточно морозостойкий литой бетон от размораживания. В основании дока гидроизоляция была выполнена из пластичного песчаного асфальта следующего состава: 10—12% битума БНД 40/60, 26—27% портландцемента, 61—62% среднезернистого песка. Стенки доков со стороны грунтовой засыпки были изолированы окраской горячей асфальтовой мастикой из 35—40% битума БНД 40/60, 5—10% коротковолокнистого асбеста и 55— 65% среднезернистого песка, а для гидроизоляции междоковой насосной станции впервые в мире был применен штукатурный асфальт из 20% битума БНД 40/60,5% асбеста, 30% портландцемента и 45% песка. Следует отметить особенно высокую надежность асфальтовой гидроизоляции, так как грунтовые воды отличаются здесь интенсивной углекислой и общекислотной агрессивностью с рН до 1,2. Данный пример убедительно подтверждает надежность и долговечность такой гидроизоляции. Известен пример еще более долговременной гидроизоляции на судоремонтном доке в Кронштадте — литая гидроизоляция из природного ганноверского асфальта с защитой каменной кладкой и дубовыми брусьями. При ее осуществлении в 1874— 1878 гг. был учтен опыт гидроизоляции подземных частей зданий Зимнего дворца и Публичной библиотеки, изолированных в 1864—1868 гг. тем же асфальтом. Все эти покрытия эксплуатируются без ремонта свыше 100 лет и свидетельствуют об удивительной долговечности литых асфальтов. Данный опыт был также использован для гидроизоляции в 1937—1939 гг. сухих доков в Комсомольске-на-Амуре. Вследствие очень суровых климатических условий района (минимум зимних температур до —55° С) здесь были применены впервые в Советском Союзе резинобитумные мастики, а на нетрещиноустойчивых участках — асфальтовыеармированные маты [39]. Литая гидроизоляция отличается еще одним достоинством — ее можно выполнять в любых погодных условиях при низких температурах и на замороженной поверхности бетона, что очень важно для строительства объектов на Крайнем Севере и Дальнем Востоке.
Уже накоплен значительный положительный опыт применения холодной асфальтовой гидроизоляции на доках ( 4.9), однако при устройстве этих покрытий зимой возникают большие трудности, как правило, снижается их адгезия к стенам, что вынуждает оттаивать и очищать бетон, осуществлять покрытия в тепляках; поэтому для особо ответственных сооружений в северных районах целесообразна литая гидроизоляция. На4.10 (узел А) в качестве примера представлена конструкция гидроизоляции на горизонтальных и слабонаклонных участках, где возможны просадки грунтовой засыпки, с защитой заанкеренной бетонной армированной подготовкой, обеспечивающей целостность гидроизоляции при просадке грунта. Такое решение усложняет конструкцию гидроизоляции, но зато гарантирует надежность покрытия. Гидроизоляция нефтехранилищ также относится к сложным типам гидроизоляции, так как от нее требуется нефтенепроницаемость и нефтестойкость покрытий, высокая теплостойкость (мазут подогревают до 90° С), а иногда и высокая трещиноустойчивость. Различные асфальтовые и полимербитумные покрытия в данном случае непригодны из-за их недостаточной нефтестоикости; в связи с этим, как правило, применяют цементный торкрет, а в последние годы — стеклоцементную гидроизоляцию [22] и покрытия из КЦР [27], отличающиеся повышенной надежностью. Однако цементная штукатурная гидроизоляция нетрещиноустойчива — при образовании трещин шире 0,1 мм она расстраивается; поэтому для хранения нефтепродуктов используют металлические резервуары или сложные сооружения из предварительно-напряженного железобетона, что приводит к удорожанию конструкций и перерасходу металла. Весьма перспективна эпоксидная окрасочная гидроизоляция, эффективность которой доказана настроительстве четырех мазутохранилищ Архангельской ТЭЦ емкостью до 10 000 т каждое. Эти крупные резервуары размером 42x42x6 м возводились на заторфованных грунтах; слой торфа толщиной 3—3,5 м был удален и заменен рефулированной песчаной подушкой( 4.11, а), на которой располагалось днище из монолитного железобетона, а стены, колонны и перекрытие резервуара были выполнены из сборных элементов. Несмотря на особые меры по омоноличиванию сборных элементов стен с сопряжением арматуры стыком передерия и заполнением высокопрочным безусадочным бетоном ( 4.11, в), при первых гидравлических испытаниях были обнаружены недопустимые утечки. В 1969 г. вся внутренняя поверхность первого резервуара была оштукатурена цементным раствором с уплотняющими добавками и окрашена жидким стеклом, однако уже в 1970 г. гидравлические испытания вновь дали неудовлетворительные результаты. Тщательные исследования показали, что в швах образовались трещины 0,3—0,4 мм из-за неравномерных осадок резервуара на 80—150 мм вследствие заторфованности песчаной намывной подушки и наличия линз торфа на глубине до 8 м ( 4.11, а); поэтому осадки будут длительными. По предложению ВНИИГа в 1972 г. для гидроизоляции мазутохранилища была применена эпоксидная окрасочная и оклеенная гидроизоляция («Энергетическое строительство», 1974, № 4) из эпоксидно-каучуковых лаков и красок (табл. 4.7). Швы между сборными железобетонными конструкциями оклеивались(4.11, бив) эпоксидно-каучуковым армоэластиком, который для повышения деформативной способности наклеивался только по краям (поз. 6 на4.11, в). Таким же способом был уплотнен стык стен с монолитным днищем. Уже первое наполнение резервуара показало высокую эффективность гидроизоляции, что позволило своевременно ввести ТЭЦ в эксплуатацию, однако со временем были вновь обнаружены отдельные протечки из-за недостаточно плотной наклейки армоэластика на запачканные мазутом стены. В дальнейшем на втором резервуаре была сделана металлическая монтируемая гидроизоляция, на что было израсходовано около 50 т стального листа, однако из-за продолжающихся осадок она скоро вышла из строя и была отремонтирована оклейкой эпоксидным армоэластиком.
Поэтому на третьем и четвертом резервуарах была применена эпоксидная окрасочная гидроизоляция, выполняемая следующим образом: поверхность стен и днища тщательно очищали и сушили, а затем грунтовали эпоксидно-каучуковым лаком (табл. 4.7); все раковины и неровности шпаклевали эпоксидной шпаклевкой; все швы оклеивали эпоксидным армоэластиком из стеклоткани Т-10, пропитанной эпоксидно-каучуковой композицией ЭКК-Ю, а потом окрашивали эпоксидной краской ЭКК-50. В среднем такая гидроизоляция стоила 8—9 руб/м2, а металлическая—26 руб/м2, т. е. в три раза ниже, причем трудозатраты были уменьшены в 5,6 раза. Освидетельствование мазутохранилища в 1974 г. показало, что протечек мазута из резервуаров, изолированных эпоксидными мастиками, нет, но армоэластик стал чрезмерно жестким из-за того, что мазут постоянно подогревался до 90° С; поэтому, учитывая термостарение, армоэластики надо выполнять из более эластичной композиции, например ЭКК-200 («Энергетическое строительство», 1974, № 4). В резервуаре же с металлоизоляцией наблюдаются постоянные протечки; это наглядно демонстрирует преимущества эпоксидной гидроизоляции перед металлической и позволяет рекомендовать ее как наиболее надежную для защиты нефтехранилищ из сборных железобетонных элементов. Гидроизоляция подземных каналов и трубопроводов неоднократно освещалась выше, однако остановимся на данном вопросе еще раз в связи с появлением новых материалов, которые зачастую применяют без должной проверки, например нетрещиноустойчивые и быстро стареющие битумнокукерсольные эмали БЛК, неводоустойчивые битумнолатексные композиции типа ЭГИК, фенолоформальдегидные, полиацетатные и кремнийорганические недостаточно водоустойчивые покрытия. Поэтому на долговременных сооружениях можно осуществлять лишь те покрытия, которые успешно выдержали долговременные испытания. Перечисленные покрытия выдерживают длительное воздействие горячей воды при 50—70° С и 5%-ного раствора серной кислоты, что свидетельствует об их повышенной надежности («Лакокрасочные материалы», 1978, № 3), и стоят несколько ниже обычных модифицированных эпоксидных лаков и эмалей (3— 3,5 руб/кг). Поэтому такие краски можно рекомендовать для устройства уплотнений из армоэластиков, различных сопряжений, а также для армированных гидроизоляционных покрытий, ибо они хорошо сочетаются с разными стеклотканями и сетками.
Транспортные тоннели. Самым распространенным видом подземных сооружений, гидроизоляция которых разработана наиболее тщательно [31, 60], являются тоннели метрополитенов. Этот вопрос выходит за рамки настоящей монографии, но мы все же кратко на нем остановимся, ибо он важен для уяснения принципов проектирования гидроизоляции подземных сооружений. Чаще всего в тоннелях осуществляется тюбинговая облицовка из высокоплотных бетонов марок 600 и 700. В 1956 г. П. Д. Глебовым и Н. С. Покровским была обоснована возможность применения железобетонных тюбингов из бетонов марок 250 и 350, пропитанных битумом и петролатумом [Сб. Мосмет-ростроя № 4(8), 1957], для условий химически агрессивных грунтовых вод, однако в настоящее время тюбинговые облицовки не имеют особой гидроизоляции. В связи с тем, что такие облицовки допускают протечки, на всех эскалаторных и станционных тоннелях устраивают подвесные шатры и облицовки из асбесто и армоцементных элементов, покрывая их с обратной стороны окрасочной гидроизоляцией; просочившуюся через тюбинговую обделку воду отводят дренажом.Тюбинговые облицовки могут быть усовершенствованы путем установки на стяжные болты уплотняющих асбобитумных шайб, предложенных Мосметростроем. Главленинград-инжстрой ставит в канализационных коллекторах уплотняющие прокладки из полимербитумного герметика битэп, разработанного ВНИИГом [65], причем с внутренней стороны тюбинговая облицовка покрывается торкретом и шприцбетоном. Совершенствованию тюбинговых облицовок уделяется внимание и за рубежом. Так, в Японии для обеспечения водонепроницаемости болтовых соединений тюбингов на болты надевают пластмассовые втулки, которые при затягивании болтов расплющиваются и уплотняют стык (японский патент № 50-3580, 1975 г.). В транспортных тоннелях, проходимых открытым способом, прибегают к обычным средствам гидроизоляции (см. § 4.2), однако динамические условия работы обделок таких тоннелей вынуждают применять оклеечную гидроизоляцию как наиболее трещиноустойчивую. Например, Мосметрострой, широко использующий оклеечную гидроизоляцию, вначале применял гидроизоляцию из трех-четырех слоев гнилостойкого толя, а затем специальные рулонные материалы: борулин и металлоизол на алюминиевой фольге. В последнее время им осуществляется весьма сложный комплекс гидроизоляционных мероприятий: уплотнение стыков между тюбингами, сбалчивание их на асбобитумных шайбах, чеканка стыков освинцованным шнуром и дополнительное их уплотнение дивинилстирольным герметикой ТЭП-4, причем на участках открытой проходки железобетонная облицовка тоннеля изолируется оклеечной гидроизоляцией из трех-четырех слоев гидростеклоизола (см. табл. 1.16), наклеиваемого на резинобитумной мастике (Сб. МДНТП имени Ф. Э. Дзержинского, 1977). Наиболее наглядное представление о развитии способов гидроизоляции тоннелей дает Берлинский метрополитен. Вначале, в 1897 г., здесь применили пропитанный войлок, наклеенный на дегте с прокладкой листов материала типа «текстолит»; в 1898—1931 гг. — оклеечную гидроизоляцию из толя на сложных клебемассах из битумов и дегтей с добавками до 50% тринидадского асфальта и мексиканского природного битума; в 1946—1953 гг. — из усиленного рубероида и алюминиевой фольги типа «алькута», причем на вертикальные участки стен наклеивали четыре-пять слоев рулонного материала и семь-восемь слоев битумной клебемассы, с защитой кирпичной или бетонной стенкой толщиной 100—120 мм; все это укладывалось поверх мощной железобетонной облицовки из плотного бетона. Следует отметить несколько новых и прогрессивных решений гидроизоляции транспортных тоннелей, осуществленных за рубежом. Например, в США, Австрии и Швейцарии на ряде автотранспортных тоннелей применена гидроизоляция из пластифицированного поливинилхлорида; предел прочности его при растяжении составляет 17 МПа, при сжатии—10 МПа, наибольшая растяжимость 400% (Proc. ASCE J. of the constr. div., 1976, v. 102, №C01, p. 111). Пластмассовые листы шириной 50—150 см, толщиной 2 мм сваривали в стыках горячим воздухом с присадочными стержнями, а швы в бетонной обделке уплотняли профильными ПВХ-лентами сложного профиля. Сверху такую гидроизоляцию защищали железобетонной облицовкой, рассчитанной на восприятие внешнего гидростатического давления. Необходимо подчеркнуть высокое качество пластификаторов в поливинилхлориде, что позволяет применять листы и ленты в диапазоне температур от +70 до —40° С и даже после длительного воздействия воды сохранять УОЭС =5-10 Ом-см. В Голландии для гидроизоляции тоннелей используют покрытия из горячего асфальта, армированные высокопрочной полиэфирной тканью «структурофос»; в частности, такая гидроизоляция успешно служит для защиты транспортного тоннеля длиной 1 км в Амстердаме, железобетонные секции которого стыковались под водой, причем особо отмечается высокая водонепроницаемость его облицовки («Bitumen, Asphalte u. s. w.», 1968, № 12, S. 497). На транспортном тоннеле под Эльбой в Гамбурге (ФРГ) оклеечная гидроизоляция была выполнена путем окраски полиэфирной смолой, армированной стеклотканью, с дополнительным усилением покрытия над швами медной фольгой толщиной 0,1 мм и покрытием сверху тремя слоями стеклоткани на резинобитумной клебемассе с добавкой порошка «пульватекс». В Дании аналогичный тоннель под Лимфиордом был изолирован листами толщиной 2 мм из бутилкаучука, которые наклеивали на поливинилхлоридно-цементной композиции, причем все гидроизоляционное покрытие состояло всего из одного слоя. На ряде тоннелей в Западной Европе осуществлена гидроизоляция из поливинилхлоридной пленки, причем фирмы, ее выполняющие, гарантируют долговечность более 40 лет при условии ее защиты («Bitumen, Asphalte u. s. w.», 1974, № 1, S. 11).В Ленинграде, по предложению ВНИИГа, на транспортных тоннелях вдоль Невы у мостов Александра Невского и Литейного в 1970—1972 гг. была применена холодная асфальтовая гидроизоляция из мастики хамаст ИАЦ-15 и БНСХА (см. табл. 1.28), с армированием стеклотканью ( 4.12). Эти покрытия успешно служат почти десять лет над сборными железобетонными элементами подпорных стенок в подъездах к тоннелям. Лишь в одном месте было отмечено отслоение стеклоткани, наклеенной на мастике БНСХА во время морозов [56]. Гидротехнические тоннели. Эти тоннели нуждаются в особо надежной гидроизоляции, так как она подвергается еще и воздействию напора воды изнутри скоростного потока. Кроме того, требуется ее высокая трещиноустойчивость в деформируемых грунтах. На более ранних сооружениях облицовку из армированного бетона покрывали, как правило, гидроизоляцией из торкрета, иногда по сетке [39], но такие покрытия оказывались недостаточно трещиноустоичивыми; например, на некоторых тоннелях были зарегистрированы следующие удельные (на 1 м2 облицовки и 1 м напора)фильтрационные расходы (л/с): Напорный тоннель ДзораГЭС (Грузия)0,84; Напорный тоннель Храмской ГЭС (Грузия) 0,037; Отводящий тоннель ГЭС Гизельдон (Грузия) 0,035; Отводящий тоннель Севанской ГЭС (Армения) 0,16; Опытный штрек отводящего тоннеля Храмской ГЭС 0,10; Напорный тоннель ГЭС Амстэ (Швейцария) 0,06; Штольня № 7 этого тоннеля 0,17; Напорный тоннель ГЭС Барбарине (Швейцария) 1,0. Как видим, фильтрация через такие облицовки недопустимо велика, в связи с чем во всех случаях пришлось провести дорогие цементационные работы. Поэтому тоннели чаще всего защищают оклеечной гидроизоляцией. Гидроизоляция из рулонных материалов требует устройства многослойной облицовки .( 4.13), причем внешняя железобетонная рубашка выполняется из условия восприятия горного давления, а внутренняя — гидростатического напора ( 4.13, а и б), поскольку оклеечная гидроизоляция сама не воспринимает отрывающий напор, а передает его на внутреннюю облицовку. Рассмотрим пример неправильного решения данной проблемы. На построенном в 1937—1938 гг. напорном тоннеле ДзораГЭС с железобетонной облицовкой внутреннимдиаметром 2,3 м, рассчитанной на восприятие внешнего напора 32,5 м, в 1940 г. было отмечено раскрытие швов и трещин на 3—4 мм, которое усугубилось в 1941 г. смещением отдельных секций на 2 мм со средней скоростью 6,4Х10~9 см/с, в результате чего фильтрационный расход из тоннеля достиг 10 м3/с и потребовался ремонт. С этой целью частично была выполнена металлическая обшивка, а частично — оклеечная гидроизоляция из четырех слоев рулонного материала, наклеенного на битуме БН 70/30; она усилена поверхностной окраской асфальтовой горячей мастикой АМ-40, причем внутри тоннеля оклеечная гидроизоляциябылазащищенаторкретомпосетке, которая, конечно, не могла воспринять внешнее гидростатическое давление свыше 30 м, поэтому даже после столь сложного ремонта удельный фильтрационный расход все же составил 0,025 л/с («Гидротехническое строительство», 1952, № 5). Учитывая этот неудачный опыт, на напорном тоннеле Алма-Атинской ГЭС, где после землетрясения образовались трещины, изнутри была устроена оклеечная гидроизоляция и защищена мощной железобетонной рубашкой, рассчитанной на восприятие внешнего давления воды. Другим примером, свидетельствующим о необходимости тщательного проектирования и выполнения гидроизоляции тоннелей, может служить опыт эксплуатации деривационных галерей Мингечаурской ГЭС ( 4.14). Напорные трубопроводы станции прокладывались в специальных подземных галереях сечением 7,5x7,5 м, объединяющих все шесть трубопроводов в виде монолитного железобетонного массива, проложенного в мягких лёссовых грунтах берега под намывным телом грунтовой плотины( 4.14, а). Такое расположение галерей потребовало разрезки их частыми деформационными швами, а расчетный напор до 63 м — усиленной гидроизоляции и уплотнения швов сооружения, темболее, что ожидались значительные и неравномерные во времени осадки, которые могли вызвать деформации в швах со скоростью до 1-5 см/с. По предложению ВНИИГа, была запроектирована сложная система автоматических шпонок,обеспечивающих надежное уплотнение швов путем нагнетания в полости шпонок специально подобранной легкоподвижной мастики (40% битума БН 90/30и60%минерального порошка). К сожалению, при строительстве галерей некоторыеавтоматические шпонки ( 4.14, в) были заполнены нагнетаемым цементным раствором, который при осадках секций водоводов постоянно растрескивался и вызывал интенсивные течи, а в четвертом шве даже привел к выносу 75 м3 грунта из тела плотины, что требовало постоянногоремонташвовпутемнагнетания цементного раствора в местах протечек. Наружная гидроизоляция галерей состояла из асфальтовых армированных матов толщиной 5—6 мм, наклеенных в два слоя и защищенных стяжкой из цементного раствора (4.14,б);она работала вполне удовлетворительно, однако из-за ее сложности и многодельности напоследующих стройках от нее пришлось отказаться. В теле плотины Нурекской ГЭС высотой до 300 м проложены смотровые и цементационные галереи, подвергающиеся действию напора воды до 300 м, давлению грунта до 6 МПа и значительным деформациям при неравномерных осадках тела плотины ( 4.15). Здесь, по предложению НИС Гидропроекта, была применена армированная эпоксидная гидроизоляция ( 4.15, а) из эпоксидно-каменноугольных композиций, технико-экономические характеристики которых приведены в табл. 4.3. Как видим, в данном случае эпоксидная окрасочная гидроизоляция по стоимости и трудоемкости превосходит асфальтовую, что объясняется весьма необычными условиями эксплуатации: высоким напором воды (до 300 м), давлением грунта на гидроизоляционное покрытие до 6 МПа при сдвигающем напряжении до 1 МПа, а также возможным раскрытием трещин и швов до 2 мм («Гидротехническое строительство», 1979, № 3). В таких условиях эпоксидная гидроизоляция может быть заменена лишь стальной обшивкой, стоимость которой при этом достигает 30 руб/м2. В гидротехнических тоннелях необходимо учитывать также интенсивное механическое воздействие наносов и кавитационную эрозию скоростного водного потока. Например, через строительный тоннель Нурекской ГЭС в 1967—1972 гг. пропускали паводки со скоростями потока 16—17 м/с, что привело к частичному разрушению его бетонной облицовки на глубину до 30 см с обнажением зерен заполнителя и арматуры («Энергетическое строительство», 1978, № 11) и потребовало большого ремонта облицовки. Во ВНИИГе и НИС Гидропроекта проводились многолетниеисследованияантикавитационных полимерных покрытий поскольку было установлено, что пластмассы лучше сопротивляются кавитационной эрозии, чем бетоны, уступая в этом отношении только стальной обшивке[26, 42]. Этими исследованиями было показано, что эпоксидные покрытия лучше других сопротивляются кавитационной эрозии (табл. 4.8), причем оказалось, что наивысшей кавитационной стойкостью обладают эпоксидно-каучуковые покрытия из краски ЭКК-200, т. е. чем выше пластификация покрытия, тем выше его кавитационная стойкость, а старение покрытия увеличивает его Жесткость и снижает стойкость. Следует отметить, что увеличение толщины пластифицированных покрытий повышает их кавитационную стойкость, а жестких покрытий, наоборот, — снижает, приводя к их адгезионному отрыву [42]. Об эффективности антикавитационных эпоксидных покрытий свидетельствует опыт их применения в водосборных тоннелях Нурекской ГЭС, где в 1972 г. при сбросе потока со скоростью 16—17 м/с бетонная облицовка была разрушена на глубину до 30 см с обнажением арматуры и щебня; после же нанесения эпоксидного покрытия никаких повреждений не возникало, несмотря на то, что скорости потока достигали 35—42 м/с («Энергетическое строительство»,1978, №11). При защите тоннелей, в том числе и гидротехнических, наиболее надежны эпоксидные пластифицированные покрытия, так как они отличаются не только высокой механической прочностью и трещиноустойчивстью, хорошей адгезией к бетонной поверхности, позволяющей им успешно сопротивляться отрывающему напору воды, но и гладкостью самого покрытия (коэффициент шероховатости меньше в 1,5—2 раза), что резко снижает гидравлические потери в тоннеле. Однако они требуют высокой гладкости основания, т. е. специального выравнивания и шпаклевки поверхности бетона; кроме того, при работах в тоннеле возникают дополнительные трудности из-за необходимости подсушки поверхности бетона, усиленной вентиляции вследствие вредности и пожароопасности операций по нанесению покрытия. Поэтому ведутся поиски более рациональных гидроизоляционных покрытий для защиты тоннелей и других подземных выработок, требующих повышенной водонепроницаемости [71]. При строительстве тоннелей и других сооружений в скальных выработках широко применяется штукатурная гидроизоляция из цементного торкрета, которая наносится прямо на скалу с последующим покрытием железобетонной облицовкой ( 4.16). Например, таким способом была осуществлена гидроизоляция камеры затворов Нурекской ГЭС ( 4.16 а), где поверхность скалы была тщательно выровнена и покрыта цементным торкретом толщиной до 50 мм, что потребовало многослойного его нанесения и повысило стоимость покрытия до 5 руб/м2, а на некоторых участках — даже армирования торкрета металлической сеткой, с увеличением стоимости покрытия до 7 руб/м2. Кроме того, возникновение протечек вызвало необходимость в дополнительной цементации скалы за облицовкой (поз. 8 на4.16). Однако все эти дорогостоящие мероприятия не обеспечивали в полной мере водонепроницаемость облицовок, в связи с чем стали применятьдополнительные «чистые» облицовки, отводя фильтрационные воды по сложной дренажной системе в межоблицовочном пространстве. Такая система общеизвестна по станционным и эскалаторным тоннелям станций метрополитенов. Одним из первых примеров сочетания гидроизоляции с дренажом, осуществленного в 1946—1947 гг. по предложению П. Д. Глебова, является здание Севанской ГЭС в Армении ( 4.16, б). Здесь был устроен подвесной потолок, покрытый с обратной стороны окрасочной гидроизоляцией из горячей асфальтовой мастики, состоящей из 40% битума БН 70/30, 3% коротковолнистого асбеста, 57% известнякового порошка и армированной мешковиной, пропитанной горячим битумом БНД 40/60. Стены тоже были покрыты второй, чистой облицовкой, на обратную сторону которой также нанесена окрасочная гидроизоляция. Автор через 20 лет осматривал эту облицовку и убедился в высоком ее качестве; лишь в двух местах замечалось протекание битума через швы подвесного потолка, что свидетельствует о недостаточной теплоустойчивости асфальтовой мастики, так как температура в межпотолочном пространстве повышается до 30—35° С, что не было учтено составом мастики. Следует подчеркнуть, что, таким образом, непроизводительно используется значительная часть дорогостоящей скальной выемки, объем которой на Севанской ГЭС достигает 10 000 м3. Весьма интересен опыт применения в тоннелях и подземных зданиях ГЭС эпоксидной окрасочной и цементной штукатурной гидроизоляции. Так, для защиты бетонной облицовки напорных водоводов Нурекской ГЭС от кавитационной эрозии в 1972 г. была использована эпоксидно-полиэфирная окраска поз. 3 на4.16, а) из эпоксидной смолы ЭД-20 с добавкой полиэфира МГФ-9 (60 частей массы на 100 частей массы смолы), которая не только, выдержала воздействие потока со скоростью до 40 м/с, но и обеспечила водонепроницаемость облицовки. Поэтому эпоксидная окрасочная гидроизоляция нашла применение на многих водоводах, в том числе и на ГЭС Костешты-Стынка в Румынии ( 4.15,6), где она работает при отрывающем напоре до 40 м, а при армировании стеклотканью над швами водоводов — и при деформациях раскрытия швов, до 2 мм. Мы еще вернемся к этому вопросу в § 6.3. Несомненными технико-экономическими преимуществами обладают покрытия из коллоидного полимерцементного раствора (КПЦР), который рекомендован для внутренней защиты бетонных облицовок тоннелей и подземных ГЭС; его преимущества ясны из данных табл. 4.6. Опытное покрытие из КЦР, состоявшего из портландцемента марки 500 (70 ч. м.), молотого песка (30 ч. м.) и среднезернистого песка (200 ч. м.) при В/Ц = 0,35, на водосбросном тоннеле успешно проработало шесть лет при скоростях потока до 58 м/с, что позволило в 1978 г. расширить его применение для ремонта бетонной облицовки тоннеля. Опыт применения КЦР и КПЦР в различных эксплуатационных условиях достаточно обширен. Сначала осуществляли двухслойные покрытия путем набрызга коллоидного цементного клея КЦК, состоявшего из 70 ч. м. портландцемента и 30 ч. м. молотого песка при В/Ц = 0,35, с последующим перекрытием той же композицией с добавкой песка (КЦР), а затем стали применять полимерцементные покрытия из КПЦР, содержавшего добавки латексов (авт. свид. № 537972,1976) или эпоксидно-каучуковой эмульсионной пасты (авт. свид. № 551287, 1977). Эти полимерные добавки резко улучшили качество покрытий, прежде всего их усадочную трещиноустойчивость, и упростили технологию их нанесения при помощи обычных растворонасосов с приставкой Марчукова и виброрастворо-нагнетателей высокой производительности [27, 41]. Такая штукатурная гидроизоляция отличается следующими преимуществами: а) покрытие из КХЩР обладает очень большой прочностью (марок 600 и даже 800), что позволяет применять его для защиты напорных граней гидротехнических сооружений без защитного ограждения; б) данное покрытие имеет высокую сдвигоустойчивость и динамическую прочность, хорошую износостойкость против абразивного воздействия и кавитационную стойкость, благодаря чему его можно использовать на опускных колодцах, кессонах и для защиты свай, облицовки поверхностей песколовок, золопроводов, для антикавитационной защиты тоннельных облицовок и водоводов; в) небольшая стоимость покрытия, составляющая менее 2 руб/м2, и низкая трудоемкость (менее 0,2 чел.-ч) при комплексной механизации с помощью вибросмесителей и растворонасосов всего производственного процесса делают его наиболее экономичным. Исследования последних лет (Изв. ВНИИГ, т. 119, 1977) показали, что такие покрытия отличаются высокой сульфатостойкостью, а потому их можно применять для защиты сооружений от коррозии; дисперсное же армирование отрезками стальной проволоки типа «фибробетон» обеспечивает также высокую их трещиноустойчивость; вводя добавки металлических опилок, можно получить покрытие марки 1100, что гарантирует их кавитационную и абразивную стойкость. Поэтому покрытия из КПЦР следует отнести к наиболее перспективным в гидроизоляционной технике. Высокая морозоустойчивость покрытий из КПЦР позволяет применять их в районах с суровым климатом, однако необходимость производства работ зимой в обогреваемых тепляках ограничивает область их применения.
Гидроизоляция наземных строительных конструкций. Наземные строительные конструкции весьма многочисленны; к ним относятся: различные промышленные и общественные здания, междуэтажные перекрытия которых должны быть водонепроницаемы; всевозможные резервуары, бассейны и хранилища жидких продуктов; разнообразные промышленные сооружения, по условиям эксплуатации нуждающиеся в гидроизоляционной и антикоррозионной защите; транспортные и гидротехнические наземные сооружения; крыши всех зданий, также требующие гидроизоляции. Рассмотрим общие особенности эксплуатации упомянутых зданий и сооружений, перед тем как перейти к изложению правил проектирования гидроизоляции конкретных объектов. Наиболее характерными из них являются следующие: а) чаще всего сооружения и их гидроизоляционная защита подвергаются воздействию внешних климатических факторов, в первую очередь перепадов температуры, атмосферных осадков и ультрафиолетового солнечного облучения; б) изолируемые строительные конструкции испытывают значительные деформации от осадок основания, изменений температуры, воздействия движущегося транспорта и работающего оборудования; эти конструкции выполняются из тонкостенных или сборных элементов, в связи с чем гидроизоляционные покрытия должны обладать очень большой деформативной способностью; в) к гидроизоляционным конструкциям упомянутых сооружений предъявляются повышенные архитектурные требования, поэтому для них устраиваются специальные защитные ограждения, наносятся поверхностные окраски и облицовки, а открытые покрытия и конструктивные элементы должны еще и эстетически отвечать соответствующим условиям; г) как правило, гидроизоляционные конструкции доступны для осмотра и ремонта, а потому их расчетная долговечность определяется не общей долговечностью здания или сооружения(80—100 лет), а сроком их капитального ремонта(20—30лет), что облегчает выполнение предъявляемых к ним требований. Рассмотрим перечисленные эксплуатационные особенности гидроизоляции наземных сооружений. Температурно-климатические условия устанавливаются СНиПом [12] для данного района строительства (см.4.4) — они имеют определяющее значение для наземных сооружений при формулировке требований к гидроизоляционным и герметизирующим материалам. По химической агрессивности воды-среды, не рассматривая особые случаи сооружений химических заводов, следует отметить некоторые экстремальные случаи: промывочные воды энергетических котлов, сооружений химводо- очисткииразличных очистныхсооружений — общекислотная агрессия с рН до 5,0 и общещелочная агрессия с рН до 12,0, а в промывочных коллекторах оросительных систем — содержание ионов сульфатов до 55000 мг/л; в сточных водах коммунальных бань и прачечных — щелочная агрессия мыльной воды с рН до 12,0 при максимальной температуре до +40° С. Осадочные деформации были рассмотрены в предыдущей главе, однако следует снова указать, что при проектировании гидроизоляции наземных сооружений и предварительном выборе типа уплотнений нужно учитывать наибольшие осадки этих сооружений. При деформациях в шве более 5 мм гидроизоляционное покрытие надо усиливать прокладками металлического листа или пластмассовой диафрагмы (см.4.6, в и г), а усиливающий дополнительный слой гидроизоляционного материала рекомендуется на ширине 20—25 см не приклеивать, чем повышается его растяжимость. Такие конструкции широко применяют в США и ФРГ(см.4.6, г). Для гидроизоляции наземных сооружений служат те же материалы и гидроизоляционные конструкции, что и для подземных; и в данном случае асфальтовая и цементная штукатурные гидроизоляции наиболее эффективны, однако при этом возможно использование и менее долговечных материалов: оклеечной гидроизоляции из рубероида и толя, окрасочной гидроизоляции из битумно-латексных композиций, битумно-латекснокукерсольных мастик, материалов типа ЭГИК и эластим и т. п., которые запрещено применять в недоступных для осмотра и ремонта подземных сооружениях [8, 14, 46, 54]. Рассмотрим некоторые наиболее характерные примеры гидроизоляции. При строительстве арены Спортивно-концертного комплекса им. В. И. Ленина в Ленинграде, под которой, а также под трибунами находится обширная система служебных помещений и каналов различного заглубления ( 5.2, а), ЛенЗНИИЭП запроектировал оклеечную гидроизоляцию из трех слоев гидроизола и четырех слоев резинобитумной клебемассы ( 5.2,6), что потребовало устройства специальных подготовок, защитных стяжек и стенок, а сложная конфигурация каналов вызвала у строителей большие трудности, тем более что зимой работы велись в тепляках. Рационализаторы треста № 16 Главленинградстроя предложили применить на данном объекте холодную асфальтовую гидроизоляцию из мастики БНСХА, нанося ее на внутренние поверхности железобетонных конструкций ( 5.2, в). Таким образом, гидроизоляционное покрытие должно было работать при отрывающем внешнем напоре воды до 4,5 м (в комнате «Эхо», отмеченной крестиком на5.2, а). Это решение позволило получить экономию до 7 руб/м2 и до 1 чел.-дн./м2 трудозатрат, а главное — резко сократить сроки строительства. Поскольку общая площадь гидроизоляции на объекте составляла 12 000 м2, суммарная экономия оказалась весьма значительной. Подземная часть спортивной арены успешно эксплуатируется десять лет без ремонта. Такое же конструктивное решение было осуществлено тем же трестом при гидроизоляции тоннелей для тралаторов аэропорта «Пулково», расположенных под летным полем, и ряда других объектов в Ленинграде; все они изолировались мастикой БНСХА в виде штукатурных покрытийтолщиной 10— 15 мм [56]. Интересен опыт гидроизоляции экспериментальных установок в зданиях ВНИИГа имени Б. Е. Веденеева. Здесь в 1964 г. был введен в эксплуатацию новый корпус лаборатории гидравликигидротехническихсооружений, основнаячастькоторого занята сплошной железобетонной плитой размером 140x45 м. На ней должны были размещаться гидравлические модели, в связи с чем она тщательно изолировалась покрытием из холодных асфальтовых мастик хамаст ИАЦ-15 и ИЦ-10 (известково-битумная эмульсионная паста + 10—15% портландцемента или его смеси с асбестом 7-го сорта). Под этой площадкой расположен кольцевой канал сечением 1,5X2 м, внутренняя поверхность которого также была покрыта холодной асфальтовой гидроизоляцией из мастик указанного состава. При первом испытательном наполнении канала в нем было обнаружено до 40 протечек, возникших из-за недоброкачественного выполнения гидроизоляции при температуре до — 15° С. Дефектные места были исправлены путем нанесения дополнительного слоя мастики хамаст ИАЦ-15. Тем не менее в течение последующих 15 лет гидроизоляция на потолочных участках, выполненных на морозе, неоднократно отслаивалась. Гидроизоляция площадки для моделей устраивалась летом, когда строители накопили уже некоторый опыт работы с эмульсионными мастиками, поэтому качество гидроизоляции было выше, и при первом испытании были обнаружены и исправлены лишь два дефектных места. После этого гидроизоляция была перекрыта армированной цементной стяжкой толщиной 40 мм. В последующие 15 лет ремонта гидроизоляции не потребовалось, хотя ее площадь превышает 30 000 м2 [56].Во ВНИИГе сооружается новый корпус для модели комплекса гидротехнических сооружений по защите Ленинграда от наводнений. Эта модель будет иметь плановые размеры 160x80 м и располагаться в железобетонной ванне, которую намечено, по проекту ЛенЗНИИЭПа, защитить наружной гидроизоляцией из штукатурного покрытия мастикой БАЭМ-Ц (см. табл. 1.28), а изнутри покрыть цементной штукатурной гидроизоляцией из КПЦР (см. табл. 1.25), высокая прочность которого позволяет устраивать покрытие без защитного ограждения и размещать на нем крупные гидравлические модели, передвигаться автотранспорту и тракторам. Под железобетонной плитой площадки предусматриваются каналы для металлических трубопроводов, которые также предполагается защитить двойной гидроизоляцией: холодной асфальтовой из мастик БАЭМ-Ц снаружи и цементной из КПЦР — внутри, а стыки герметизировать тиоколовым герметикой с прокладкой гернита или пороизола ( 5.3). Дублирование гидроизоляции такой уникальной по размерам железобетонной ванны вполне оправдывается жесткими требованиями к водонепроницаемости испытуемых моделей. Отметим также, что суммарная стоимость внутренней и наружной гидроизоляции не превосходит стоимости общеупотребительной оклеечной гидроизоляции, например из гидроизола, что видно из табл. 4.6.Данное решение опирается на уже установившуюся практику гидроизоляции плавательных бассейнов, где вместо применявшейся ранее оклеечной гидроизоляции и цементного торкрета все шире стали использовать штукатурную гидроизоляцию из холодных асфальтовых мастик и КПЦР ( 5.4), ибо они наиболее надежны.Холодная асфальтовая гидроизоляция плавательных бассейнов впервые была осуществлена в 1958 г. (бассейн ВЦСПС в Ленинграде). Уже тогда совершенно новый вид гидроизоляции оказался высокоэффективным — полная водонепроницаемость ванны бассейна была установлена при контрольном ее наполнении после устройства гидроизоляций, но до выполнения защитного ограждения. Последнее состояло из цементной штукатурки по металлической сетке, закрепленной анкерами в основной железобетонной конструкции ванны ( 5.5), а по ней уже укладывали облицовку из керамических плиток. Это обусловленонеобходимостьюобеспеченияпрочного сцепления облицовки с основанием, которое рассчитывают на гидродинамический отрывающий удар при одновременном прыжке в бассейн десяти спортсменов. Ранее, когда применялась битумная окрасочная или оклеечная гидроизоляция, облицовка анкеровалась через каждые 70 см по высоте и длине стен ванны, а при холодной асфальтовой гидроизоляции анкеры были оставлены лишь сверху и по низу стен. В дальнейшем в плавательном бассейне в Мурманске была устроена облицовка без анкеров; она работает с 1962 г. без каких-либо отслоений. Штукатурная гидроизоляция из эмульсионных мастик хамаст и коллоидного цементного раствора (КЦР) широко используется для гидроизоляции различных производственных помещений с мокрым режимом работы и на междуэтажных перекрытиях, а также санузлов, душевых, моечных помещений промышленных предприятий и гаражей, отстойников и других очистных сооружений, коммунальных прачечных и бань; все они нуждаются во внутренней гидроизоляции полов (или днища) и стен. Не имея возможности подробно описать устройство всех этих сооружений, остановимся лишь на некоторых общих правилах применительно к моечным и парильным помещениям бань, эксплуатация которых характеризуется наиболее тяжелыми условиями как в отношении температурного режима (до 100° С), так и щелочной агрессивности горячей мыльной воды (до 40° С, рН до 12). Ранее гидроизоляция моечных и парильных помещений производилась оклеечными покрытиями из толя на полах и «обмазочными» (окрасочными) покрытиями из горячего битума на стенах. Такая гидроизоляционная защита совершенно несостоятельна не только из-за низкого качества нанесения покрытий вручную, но также из-за негнилостойкости рубероида, которым стали заменять каменноугольный толь, и недостаточной теплоустойчивости. Как показали неоднократные осмотры бань, уже через пять-шесть лет рубероидные покрытия полностью разрушались в результате гниения картонной основы, чему способствовала повышенная температура в банных помещениях, а битумные покрытия на стенах оплывали и растрескивались; вследствие этого кирпич стен насыщался водой и разрушался при размораживании, что требовало уже ремонта не только гидроизоляции, но и несущих стен. По рекомендации ВНИИГа в 1958 г. в шестиэтажном здании бани № 62 (Ленинград) была применена штукатурная гидроизоляция из холодной асфальтовой мастики, состоявшей из битумной эмульсионной пасты с добавками портландцемента и кукермита — сланцевой золы (). Исследования показали, что такое покрытие отличается не только хорошей теплоустойчивостью (не оплывает на стенах при 80°С), но и высокой паронепроницаемостью (коэффициент паронепроницаемости Ю-7—10~8 г/м-с-Па), намного лучшей, чем у слоя битума либо наклеенного на нем гидроизола или бризола (коэффициентпаропроницаемости2 • 10~6 г/м-с-Па). Прочное сцепление с основанием позволило в дальнейшем отказаться от защитного ограждения из цементной штукатурки по сетке. Первый опыт оказался удачным — с тех пор баня № 62 работает уже свыше 20 лет без ремонта гидроизоляции, не требуют ремонта и ее стены из неморозостойкого кирпича, что свидетельствует о высокой паронепроницаемости покрытий. С тех пор во всех ленинградских банях, как ремонтируемых, так и возводимых вновь, гидро и пароизоляция всех помещений выполняется из мастик хамаст и БНСХА. Следует подчеркнуть, что в помещениях с повышенной эксплуатационной температурой обязательна добавка портландцемента к мастике. Так, по ТУ Главленинградстроя 401-07-555—72, в мастику БНСХА надо на месте работ добавлять 5—10% портландцемента. На строительстве одной из бань такую добавку не ввели, т. е. использовали эмульсионную мастику всего с 10% наполнителя (асбеста 7-го сорта). В результате уже при опробовании парильных помещений началось оплывание гидроизоляционного покрытия на стенах и обрушение защитной штукатурки, в связи с чем потребовался значительный ремонт. Однако в мыльных помещениях, где эксплуатационная температура ниже, нарушений гидроизоляции не наблюдалось. На основании изложенного можно сформулировать правила выполнения гидроизоляции вовнутренних помещениях бань. 1. Для гидро и пароизоляции междуэтажных перекрытий, стен и полов рекомендуется холодная асфальтовая гидроизоляция из мастик БНСХА, хамаст ИАЦ-15 и БАЭМ-Ц, содержащих до 10% портландцемента в качестве наполнителя. На полах допускаются оклеечные покрытия из гнилостойких материалов (стеклорубероида, гидростеклоизола, армобитэпа, полимерных пленок), а на стенах допустима замена холодной асфальтовой гидроизоляции штукатуркой из КХЩР, окраской полимербитумными теплоустойчивыми мастиками (битумноэтинолевыми, битумнокаучуковыми, битумно-латекснокукерсольными и др.). 2. Гидроизоляционное покрытие должно обязательно защищаться соответствующим ограждением: на полах — из цементной стяжки с укладкой метлахских плиток (при необходимости), а на стенах — цементной штукатуркой с облицовкой керамическими плитками. В парильных и других помещениях с эксплуатационной температурой выше 40° С поверх гидроизоляции нужно наносить защитную цементную штукатурку по металлической сетке, заанкеренной за основные стены, причем анкеры должны иметь шайбы или розетки, препятствующие прониканию пара вдоль стержня. 3. Штукатурные и окрасочные покрытия надо армировать во всех местах примыканий и сопряжений с закладными деталями (трубами,шинами ипр.) и над стыкамисборных железобетонных конструкций, а в ответственных случаях, кроме того, дублировать герметизирующими шпонками или проклейками стеклоэластика. Следует помнить, что проезжающий транспорт или работающее оборудование вызывают вибрации наземных конструкций, а это ведет к расстройству гидроизоляционных покрытий над стыками и швами. 4. Особое внимание должно уделяться контролю качества гидроизоляции и возможности ее ремонта в эксплуатации. Водонепроницаемость каждого изолированного помещения или резервуара проверяют путем опытного наполнения с выдержкой в течение трех-семи суток. Гидроизоляционный покров около всех сопряжений с трубами и другими закладными деталями, особенно около воронок водостоков, необходимо накрывать пергамином или рубероидом до нанесения защитной цементной стяжки, чтобы в дальнейшем можно было снять эту стяжку и отремонтировать гидроизоляцию. Кроме того, нужно предусматривать люки, смотровые колодцы и т. п. Для обеспечения возможности ремонта гидроизоляции нельзя покрывать стены битумной краской, ибо она исключает устройство внутренней гидроизоляции, работающей на отрыв. Зарубежные фирмы также уделяют этим вопросам много внимания, применяя съемные панели и плиты на пластмассовых анкерах в качестве защитного ограждения. Весьма важны гидроизоляция и антикоррозионная защита сооружений со сложными условиями эксплуатации при интенсивной химической и физической агрессивности внешней среды: различных очистных сооружений, отстойников и скрубберов, силосных и грануляционных башен, промышленных охладителей и градирен; все они отличаются резко переменным температурным режимом, подвергаются воздействию атмосферных факторов, химической агрессии воды-среды, а потому нуждаются в гидроизоляционной защите, работающей в тяжелых условиях. Ярким примером сооружений, подвергающихся разнообразному воздействию физической и химической агрессии на строительные конструкции, являются башенные градирни ( 5.6), которых строится все больше и больше. Так, атомная электростанция имеет 8—12 высотных градирен с башнями диаметром 70—100 м и высотой 100—120 м. В особенно тяжелых условиях находится вытяжная башня: эта тонкая железобетонная оболочка толщиной 150—200 мм снаружи подвергается атмосферным воздействиям, например низких температур до —55 С, а изнутри — влиянию подогретого и увлажненного воздуха с температурой до +40°С, выщелачивающему воздействию стекающего конденсата, причем опорная колоннада и нижний пояс башни еще и обмерзают. Химически агрессивны также присадки к воде, вводимые для предотвращения накипь пенобразования в котлах. Значительные повреждения железобетонных конструкций произошли на нескольких электростанциях, причем было установлено, что окраска разжиженным битумом разрушается уже через три-четыре года; отмечено также разрушение цементного торкрета [56]. Во ВНИИГе осуществлены большие работы по совершенствованиюгидроизоляцииградирен. Сначалабылаулучшена гидроизоляция водосборного бассейна, для чего была применена холодная асфальтовая гидроизоляция. Такому решению предшествовали испытания эмульсионных мастик разных составов не только в лабораторных условиях, но и специальных образцов на Сланцевской ТЭЦ в течение четырех лет, на Калужской ТЭЦ-20 Мосэнерго (шесть лет). Затем холодная асфальтовая гидроизоляция была успешно использована для защиты водосборных бассейнов градирен на Томской ТЭЦ-2 и Симферопольской ГРЭС (1958 г.),Барнаульской иНижнетагильской ТЭЦ (1959 г.), на Омской и Ярославской ТЭЦ-3 (1961 г.). Этот опыт показал высокую водонепроницаемость покрытий из эмульсионных мастик, но недостаточную их прочность на вертикальных поверхностях, особенно на оголовке бассейна, где происходит намерзание льда и ощущается механическое воздействие при очистке; в связи с этим на градирне Томской ТЭЦ-2 потребовался ремонт оголовка с устройством защитного ограждения. Однако попытка применения эмульсионных мастик для защиты башен градирен оказалась неудачной — покрытие слишком размягчается в горячей воде и повреждается стекающим конденсатом; например, на Омской ТЭЦ-4 холодная асфальтовая гидроизоляция на опытном участке была разрушена уже через два месяца испытаний из-за того, что в оборотной охлаждаемой воде содержались нефтепродукты (до 50 мг/л). Несмотря на то, что холодная асфальтовая гидроизоляция на башне из сборного железобетона градирни завода «Светлана» (Ленинград) успешно эксплуатируется уже 20 лет, с 1961 г. этот способ защиты градирен не рекомендуется. Оказались также недостаточно надежными из-за пониженной трещино и водоустойчивости покрытия из битумнолатексно кукерсольных окрасок и окраски «альтинами», материалов на основе сланцевых фенолов; на Северной ТЭЦ Ленинграда, Дарницкой ТЭЦ (Киев) и Рижской ТЭЦ такие покрытия разрушались. Не всегда успешно работает и цементный торкрет, ибо его качество зависит от квалификации сопловщиков. Исходя из изложенного, для защиты башенных градирен рекомендуются два способа: окрасочная гидроизоляция модифицированными эпоксидными эмалями и штукатурная гидроизоляция из КПЦР. Эпоксидно-сланцевые покрытия из эмали ЭСФЖС [61] успешно выдержали испытания на градирне Сланцевской ТЭЦ в течение 8 лет постоянного наблюдения, на Челябинской ТЭЦ-2 (12 лет) и на вентиляторных градирнях в Киришах (15 лет); они могут быть рекомендованы как наиболее надежные и долговечные, причем качество их может быть улучшено, если использовать более эластичные покрытия из эпоксидно-каучуковых эмалей ЭКК-50 или ЭКК-ЮО (см. табл. 1.10 и 4.6). Цементное штукатурное покрытие из КПЦР также успешно выдержало испытания на градирне Северной ТЭЦ (Ленинград) в течение шести лет. Оно гораздо дешевле и технологичнее эпоксидного покрытия, а большой опыт использования торкрета подтверждает его надежность и долговечность; кроме того, оно выполняется из заранее приготовленного и тщательно дозированного раствора, благодаря чему качество покрытий получается значительно выше. Все же недостаточная трещиноустойчивость покрытий из КПЦР требует, чтобы они сочетались с уплотнением рабочих швов бетонирования прокладки оцинкованных стальных листов шириной 50—100 мм. Эпоксидная окраска и штукатурка КПЦР наиболее приемлемы для защиты открытых железобетонных конструкций, ибо они отличаются наибольшей механической прочностью и морозоустойчивостью. Примером использования открытых гидроизоляционных покрытий являютсясбросныежелезобетонные лотки Братского ЛПК. Эти лотки сечением 2x2 м и общей протяженностью до 8 км ( 5.7) транспортируют подогретую до +30° С воду с различными отходами лесо переработки, причем на открытых участках они подвергаются воздействию низкой температуры (до —53° С); поэтому они были выполнены из бетона марок В-12 и Мрз-150 и, по рекомендации Сибирского филиала ВНИИГа, были защищены асфальтовым раствором на дне и эпоксидным покрытием на стенах ( 5.7, а и б). Сборные железобетонные элементы соединялись монолитными участками с деформационными швами, уплотненными листами-компенсаторами из нержавеющей стали. Однако уже через три года эпоксидное покрытие в зоне колебаний горизонта воды в лотках растрескалось, что было вызвано применением дибутилфталатного пластификатора. В результате началось массовое разрушение бетона из-за его размораживания, особенно на участках омоноличивания, что потребовало серьезного ремонта лотков первой очереди. На закрытых участках никаких разрушений не произошло, поэтому часть лотков была закрыта, а часть восстановлена, но с более тщательным уплотнением швов ( 5.7, в и д) и окраской эпоксидно-каучуковой эмалью ЭКК-25. С тех пор свыше 15 лет лотки эксплуатируются без ремонта в условиях весьма сложных переменных температурных перепадов от +40 до —50° С и абразивного воздействия потока. Рассмотрим некоторые особенности проектирования гидроизоляции сооружений, подверженных различным динамическим и вибрационным воздействиям сосредоточенных деформаций до 10 мм. В заключение приведем некоторые сведения о гидроизоляции мостов — весьма многочисленных надземных сооружений со сложными условиями эксплуатации, в которых динамические нагрузки сочетаются с резкопеременным температурным режимом. Поэтому на пролетных строениях мостов, как правило, применяются оклеечные и сильно армированные покрытия, а в последние годы — полимерные материалы. Следует обратить внимание на все шире распространяющийся за рубежом метод обеспечения свободы деформации покрытий между пролетным строением моста и дорожным покрытием путем точечной приклейки или свободной укладки гидроизоляционных покрытий, а также на применение антиадгезионных прокладок и демпфирующих слоев; эти меры уравнивают разность температурных деформаций разных слоев и снимают напряжения в гидроизоляции. И у нас начинают прибегать к укладке демпфирующих слоев (авт. свид. № 348677, 1970 г.). Весьма интересны конструкции гидроизоляционных покрытий на автодорожных мостах. Приведем некоторые примеры. 1. На мосту через Рейн по дороге Кельн — Мюльгейм (ФРГ) было устроено следующее покрытие: на очищенный пескоструйным аппаратом стальной лист наносили грунтовку битумным лаком (расход 1,4 кг/м2) и присыпали битуминированным щебнем крупностью 5—8 мм (расход битума — 2%, расход щебня— 10 кг/м2); такая присыпка играла роль демпфирующего слоя, обеспечивающего равномерность температурных деформаций. Поверх укладывали слой резинобитумной мастики пульватекс (8 мм) и дорожное покрытие из литого асфальта толщиной 40 мм (два слоя). 2. На мостах через р. Везер (ФРГ), мосту «Европа» в Инсбруке (Австрия), мосту Эржебет (Венгрия) и ряде мостов в СССР слой битумной мастики (8 мм) укладывался прямо на загрунтованное бетонное основание, но сверху его прикрывали слоем черного щебня толщиной 30—40 мм, который гарантировал свободу деформации гидроизоляции. 3. По нормам ФРГ, с 1967 г. на автодорожных мостах слой резинобитумной мастики армируют стеклотканью и перекрывают слоем рифленой алюминиевой фольги до укладки слоев литого и уплотняемого асфальта.
Кровельные покрытия промышленных и жилых зданий
Широкое строительство промышленных предприятий с крупнейшими зданиями, интенсивное развитие жилищного строительства с возведением больших массивов и целых городов, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке, потребовали разработки новых принципов конструирования кровель.В последние два десятилетия преобладающее распространение получили сборные крыши большой площади и весьма сложной конфигурации из железобетонных плит и арочных элементов, комплексных металлических настилов [5, 49, 71, 84, 89, 98, 108, 112]. Тенденции развития конструкций кровель можно проследить на примере зданий тепловых и атомных электростанций, всевозрастающая единичная мощность которых ведет к резкому увеличению плановых размеров и высоты. Так, здание Березовской ГРЭС мощностью 6,4 МВт имеет высоту более 120 м, протяженность свыше 600 м и общую площадь кровельных покрытий, расположенных на четырех разных уровнях, свыше 100 000 м2. Весьма существенно, что в 1975 г. здания электростанций на 35% выполнялись из сборных конструкций, в 1980 г. сборность возросла до 45%, а к 1985 г. она составит 65—80%, что потребует высокой индустриализации работ. Между тем, уровень механизации кровельных работ намного ниже, чем других видов работ; так, наклеивание рубероида на горячем битуме механизировано лишь на 10—12%. Невелика и долговечность мягких кровель— при расчетной их долговечности15—17 лет уже через 5—6 лет предусматривается плановый капитальный ремонт [6]. В результате в некоторых районах объем ремонтных работ превосходит объем нового строительства, причем более половины дефицитных рулонныхматериаловиспользуетсядляремонта старых кровель;поэтому столь актуальнымстало повышение долговечности кровель. В § 1.2 были указаны свойства кровельных рулонных материалов, выпускаемых в СССР и за рубежом (см. табл. 1.16, 1.17 и 1.18), и рассмотрены тенденции их совершенствования; одна из них заключается в применении полимербитумной покровной массы повышенной толщины, армировании стекловолокнистыми материалами, а также посредством укладки с наплавлением [47]. Вторым направлением кардинального совершенствования кровель является довольно значительное использование штукатурных гидроизоляционных покрытий из эмульсионных и полимербитумных мастик — так называемых мастичных, или безрулонных, кровель [19, 21, 56]. К этому же направлению относятся индустриальные кровли из сборных комплексных панелей и настилов полной заводской готовности с покрытиями из мастик и рулонных материалов. Наконец, промышленный выпуск относительно дешевых и долговечных полимерных пленок, в первую очередь полиэтиленовой и поливинилхлоридной, открыл новые возможности для устройства эксплуатируемых крыш-террас с утепленными кровельными покрытиями типа «погребенной мембраны» [50]. Таким образом, наиболее перспективными для промышленных и жилых зданий представляются следующие типы кровельных покрытий ( 5.10): 1) рулонные кровли из утолщенных наплавляемых рулонных материалов; 2) безрулонные, или мастичные, кровли с штукатурным гидроизоляционным покрытием из эмульсионных или полимер битумных материалов; 3) индустриальные кровли из элементов заводской готовности; 4) эксплуатируемые крыши-террасы с погребенным или утепленным кровельным покрытием типа «погребенной мембраны».
Они являются наиболее распространенным типом кровельных покрытий в строительстве, причем основным материалом для них служит рубероид, выпуск которого составляет 92%от общего выпуска мягких кровельных материалов. При устройстве таких кровель рубероид наклеивают на горячих битумных клебемассах. Недостаточная долговечность и деформативная способность рулонных кровель вынуждают делать их многослойными: из трех-пяти слоев рубероида и такого же количества слоев клебемассы — как правило, горячего битума или битумной мастики, содержащей до 20% наполнителя. Рассматриваемые кровли весьма многодельны, устройство их не поддается механизации из-за необходимости нанесения горячего битума, а качество их весьма низко из-за того, что работы ведутся вручную. В табл. 5.8 приведены примеры некоторых рулонных кровель, выполненных в СССР и за рубежом. Число слоев в таких кровлях достигает 15—16, в том числе 4—5 слоев рулонного кровельного материала и 5—7 слоев клебемассы. В результате толщина кровельного покрытия на эксплуатируемых крышах-террасах высотных зданий в Москве составляет 40—62 см при общей массе 650—990 кг/м2, общей стоимости 28—42 руб/м2 и общей трудоемкости 6,8—12,4 чел.-ч/м2 [49]. Вторым недостатком рулонных кровель является малая их долговечность: она не превышает 17 лет по экспертной оценке специалистов, а строительные фирмы США гарантируют долговечность таких кровель в 20 лет при условии использования более гиилостойких дегтевых материалов типа толя, укладки его в четыре-пять слоев и пригрузки защитным слоем щебня или гравия. Таким образом, рулонные кровли должны быть кардинально усовершенствованы как в отношении качества рубероида, так конструкции покрытия и технологии выполнения. Нужно подчеркнуть, что выпускаемый у нас рубероид не отвечает требованиям массового строительства в районах с суровым климатом, уступает по качеству лучшим образцам зарубежных фирм (см. табл. 1.6) и нуждается в коренном совершенствовании (см. § 1.2). Намечен массовый выпуск улучшенных сортов рубероида с привесом пропиточного битума до 140% к массе усиленного картона 500 г/м2 и массой покровного слоя 1—1,2 кг/м2; разработаны новые рулонные материалы увеличенной толщины: маст-рум, стеклорубероид, экарбит, армобитэп, монобитэп и фольго-битэп (см. табл. 1.18), которые превосходят выпускаемые ныне рубероиды и зарубежные материалы (см. табл. 1.17). В табл.5.9 дано сравнение некоторых свойств этих материалов, из которого видны преимущества советских полимербитумных материалов. Следует подчеркнуть, что экарбит стоит 40—65 коп/м2 вместо 2,5—5,6 руб/м2. В последние годы все шире применяется способ наплавления утолщенных кровельных материалов при помощи газовых горелок. В СССР этот способ, рекомендованный ИФХ АН СССР для материалов типа «маструм», впервые был использован в Главмосстрое, а затем в Минстрое ЛитСССР. Используется этот способ и в северных районах согласно указаниям ВСН 196—75 Главленинградстроя. Для наплавления служат газовые горелки на пропан-бутане и специальный станок для газопламенного наплавления рулонных материалов ( 5.11, а). При этом способе температура пламени достигает 900° С; расход газа может регулироваться специальным редуктором в пределах от 0,05 до 1,5 м3/ч. При трехрожковой горелке, обеспечивающей наплавление рулонного материала по всей ширине полотнища, расход газа составляет 40 г/м2, и звено из трех кровельщиков наклеивает до 100 м2 трехслойного покрытия в смену, что экономит до 70 коп/м2 и до 0,2 чел.-ч/м2. Существенным недостатком газопламенного наплавления является пережог нижнего слоя покровного битума и даже армирующего картона, поэтому намного эффективнее использование полимербитумных материалов — экарбита и армобитэпа, которые более теплоустойчивы, а также низкотемпературных нефтяных горелок типа «Фламекс», разработанных в ЧССР (патент № 136943, 1970 г.). Этот агрегат ( 5.11, б) работает на соляровом топливе (расход 6—9 л/ч) и благодаря электровентилятору мощностью 120 Вт образует пламя с температурой 500—600°С. Особенно эффективно наплавление в сочетании с полимербитумными материалами типа экарбита — в этом случае можно ограничиваться укладкой всего двух слоев рулонного материала: подкладочного с массой 2,5 кг/м2 и покровного с массой 3,5 кг/м2. Рулонные кровли из наплавляемых полимербитумных материалов обладают следующими технико-экономическими преимуществами: а) отпадает необходимость в приготовлении и подаче к месту укладки горячей клебемассы, что повышает уровень механизации до 60—70%; б) полимербитумная покровная масса обеспечивает повышенную теплоустойчивость кровли летом и трещиноустойчивость в период зимних холодов, причем, меняя вид и количество полимерной добавки, можно менять эти свойства в достаточно широких пределах, увеличивая диапазон пластичности материала от —50 до + 120° С; в) просто решаются конструкции примыканий и сопряжений кровельного покрытия( 5.10, 5.12 и 5.13) путем укладки дополнительного слоя рулонного материала, прочность которого может быть легко увеличена, например при вибрационных воздействиях, применением армобитэпа или фольгобитэпа, армированного стекловолокном либо стеклосеткой; г) использование огневых форсунок для предварительной сушки основания и подогрева рулона позволяет выполнять кровельные работы в неблагоприятных температурно-влажностных условиях, даже при температуре до — ЗСГС, практически ликвидируя их сезонность. К сожалению, полимербитумные материалы (экарбит и армобитэп) выпускаются только Минераловодским опытным рубероидным заводом в весьма ограниченном количестве, в связи с чем их следует пока применять лишь на шедовых и купольных крышах, сводах-оболочках двоякой кривизны и на других крышах с большими уклонами, а в остальных случаях использовать наплавляемый рубероид или стеклорубероид, выпускаемые в гораздо больших количествах. Центртяжстрой Минтяжстроя СССР в 1974—1978 гг. израсходовал на стройках Курской магнитной аномалии свыше 1 млн. м2 экарбита и армобитэпа, накопив значительный опыт применения этих материалов [47].
Безрулонные, или мастичные, кровли
Впервые они были предложены И. А. Кизима как многослойные покрытия из битума, цемента и глины в 1948 г., а применение известково-битумных эмульсионных мастик для устройства кровель и сам термин «безрулонные кровли» были предложены Л. А. Афониным в 1956 г.; армированные покрытия из горячих резинобитумных мастик впервые были предложены П. Д. Глебовым в 1937 г. [39, 56]. За рубежом также разработано много мастичных покрытий; из них наиболее интересны следующие: а) в Румынии (с 1949 г., стандарт РНР 661—49) —известково-битумные эмульсионные пасты «филлербитум» и с добавкой целлюлозы — «челокит» [56]; б) в США, ФРГ и Франции — кровельные покрытия на основе глинобитумной эмульсионной пасты с армированием рубленым стекловолокном по способу «флинткоте-моноформ», в том числе на таких ответственных крышах, как купольно-шедовая на здании Высшей школы в штате Канзас, купольная на спортивном зале в г. Кантоне в том же штате («Bitumen, Asphalte u. s. w.», 1968, № 10); в) в Польше — известково-битумные эмульсионные мастики «субит» с соотношением битума к порошку 1 :5 («Dragownict-wo», 1960, № 1);г)в Чехословакии (с 1962 г.) —кровельные покрытия из битумно-латексных композиций, иногда с армированием рубленым стекловолокном или стеклохолстом («Pozemni Stavby», 1967, № з) [49, 88, 98]; д) в ФРГ — широко применяемые кровельные покрытия из литого асфальта; так, в 1961—1965 гг. было выполнено 1,2 млн. м2 таких покрытий, причем они укрепляются армирующими стеклотканями и подкладкой рулонных материалов на картонной основе; например, кровельное покрытие на здании в Ганновере состоит из 16 слоев: алюминиевой фольги, стеклоткани, битуминированного войлока и т. п. („Bitumen, Asphalte u. s. w." 1968, № 10). Естественно, что такая многослойность лишает мастичные кровли всех присущих им преимуществ. И в нашей стране резинобитумные мастики в условиях сурового климата требуют армирования двумя или тремя слоями стеклоткани либо стеклосетки [5, 49], что превращает их в обычные рулонные покрытия, причем высокой стоимости. Рассмотрим опыт устройства мастичных кровель из наиболее перспективных материалов.
Безрулонные кровельные покрытия из битумно-асбестовой эмульсионной мастики БАЭМ
Безрулонные кровельные покрытия из битумно-асбестовой эмульсионной мастики БАЭМ разработаны ВНИИГом [21, 56, 103]. Такие кровли впервые были выполнены на зданиях Крас-новодской ТЭЦ (40 000 м2) в 1963—1964 гг.; на основании сер-пентинитобитумной мастики они с 1967 г. применяются в Грузии [ПО]; в 1976 г. было начато уже производственное их использование на Троицкой ГРЭС, стадионе в Челябинске (свыше 40 000 м2), а с 1977 г . на гостинице «Ашхабад» в Туркмении и на жилых домах в Узбекской ССР(свыше 50 000 м2). Данные покрытия являются усовершенствованием ранее применявшихся безрулонных кровель из мастик хамаст на основе известково-битумных эмульсионных паст, которые, однако, оказались недостаточно трещиноустойчивыми и потребовали через три-четыре года ремонта на 75% площади в северных районах и 25% в южных. Мастики же БАЭМ обладают повышенной трещиноустойчнвостью и морозостойкостью (см. табл. 1.28) при растяжимости до 32% и температуре хрупкости ниже —70° С. Исследования В. Н. Трофимова [47] структуры мастик БАЭМ и их изменения при длительном воздействии атмосферы показали, что расчетная долговечность кровель из мастик превосходит 28 лет, а это значительно больше, чем рулонных кровель. Важное достоинство мастик БАЭМ — нейтральная реакция — позволяет армировать их во всех местах примыканий и над швами между сборными кровельными панелями обычным стеклохолстом ВВ-К и стеклосеткой СС-1А (см. табл. 1.27), что повышает трещиноустойчивость кровель ( 5.13 и 5.14). Действенным способом повышения трещиноустойчивости покрытий является добавка в них синтетических латексов(до 10%), что увеличивает их растяжимость до 65%, а при добавке натурального латекса гектолекса — даже до 95% [47]. Такие мастики, называемые асбилатом, успешно применены в аэропорту «Пулково». Еще одним положительным качеством мастик БАЭМ является возможность комплексной механизации кровельных работ с помощью серийных растворомешалок и растворонасосов ( 5.15), благодаря чему звено кровельщиков из трех человек выполняет до 1000 м2 двухслойного покрытия в смену. К недостаткам таких кровель относятся невозможность их выполнения в дождь и при температуре ниже +5° С, а также ручные работы при армировании и бронировании покрытий.
Безрулонные кровельные покрытия из полимербитумных горячих мастик типа битэп
Безрулонные кровельные покрытия из полимербитумных горячих мастик типа битэп являются дальнейшим совершенствованием кровельных покрытий из резинобитумных мастик БРМ, достаточно широко применяемых в строительстве [5]. При их нанесении агрегатом АГКР-5 производительность кровельных работ возрастает до 100 м2 однослойного покрытия в смену [23, 24]. Однако температура хрупкости мастик БРМ (—17° С) ограничивает их применение южными районами или приводит к необходимости двойного армирования. 'Полимерби-тумные мастики битэп с добавками до 5% каучука имеют температуру хрупкости до —35° С, благодаря чему они пригодны практически на всей территории европейской частиСССР (см.3), а в Сибири и на Дальнем Востоке требуются специальные морозостойкие мастики битэп с 10—15% каучука [47]. В данном случае покрытие можно армировать только над швами и примыканиями ( 5.14). Исследования Л. Л. Ладыженской (ВНИИГ) показали, что расчетная долговечность полимербитумных мастик в условиях Ленинграда и Белгорода превышает 25 лет. Такая кровля была выполнена Главленинград-строем на здании касс Октябрьской ж. д.(канал Грибоедова, д. 44), крыша которого «изрезана» зенитными фонарями, что затруднило укладку рулонной кровли. В 1975 г. на этой крыше было устроено кровельное покрытие толщиной 4—4,5 мм с двойным армированием стеклотканью и посыпкой каменной крошкой. При стоимости мастики битэп (выпускаемой комбинатом «Победа» Главленстройматериалов по ТУ 401-08-515 — 73) всего 44 коп/м2 кровельное покрытие стоило до 4,4 руб/м2 при общих трудозатратах до 0,6 чел.-ч/м2.
Безрулонные кровельные покрытия из битумно-наиритной мастики БНК-2 армированные стеклохолстом ВВ-К
Безрулонные кровельные покрытия из битумно-наиритной мастики БНК-2 армированные стеклохолстом ВВ-К , широко применяются в строительстве благодаря разработкам Донецкого Промстройниипроекта. Исследования М. К. Фроловой [112] показали, что такие покрытия толщиной 2,5 мм обладают долговечностью свыше 20 лет при условии армирования. Мастики БНК приготавливаются на специальных установках. Одна из них (в тресте Азовжелезобетонстрой, г. Жданов) имеет производительность 1,5. т/сутки при стоимости мастики 286руб/т, а аналогичная установка в тресте Донбассэнергострой(г. Сла-вянск) — 8_т/сутки при стоимости 282 руб/т. Эти установки обеспечивают возможность выполнения до 70 000 м2 в год гидроизоляционных и кровельных покрытий. С 1975 г. сооружено много безрулонных кровель, в том числе кровля овощехранилища в г. Жданове площадью свыше 10 000 м2, которые работают вполне удовлетворительно.
Безрулонные кровли из эмульсионных и битумно-латексных мастик
Безрулонные кровли из эмульсионных и битумно-латексных мастик все шире применяются в строительстве [, ибо они позволяют комплексно механизировать кровельные работы, причем покрытия из них выполняются сравнительно просто.К сожалению, битумные эмульсии на основе водорастворимых эмульгаторов, являющихся вяжущим таких мастик, лишают покрытия из них водоустойчивости. Еще в 1967 г. Н. С. Покровским (ВНИИГ) в результате десятилетних испытаний было показано, что при наличии в битумном или асфальтовом покрытии всего 0,3% водорастворимого вещества оно становится неводоустойчивым. Тогда же нами совместно с Г. К- Захарьиной было доказано, что мастики на основе битумных (анионных и катионных) эмульсий и битумнолатексных композиций уже через два месяца пребывания в воде набухают до 4% и теряют до 50% прочности, причем в дальнейшем процесс разрушения усиливается. Более того, эти эмульсии непригодны даже для грунтовки, так как сцепление асфальта с бетоном, загрунтованным эмульсией, уже через 35 суток снижается на 30% при отрыве и на 50—70% при сдвиге. Поэтому такие покрытия можно применять лишь в качестве временных, в дальнейшем перекрывая кровлю иным, более надежным, покрытием. Нужно также учитывать, что температура хрупкости таких мастик не бывает ниже —25° С и покрытия из них обладают низкой тепло- и атмосфероустойчивостью, сравнительно быстро старея под воздействием солнечных лучей. Научно-исследовательским институтом Главмосстроя разработана мастика ЭГИК, состоящая из битумной эмульсии на основе асидол-мылонафтового эмульгатора (2%) с добавками (по 0,8%) едкого натра и жидкого стекла.
Битумно-латексные композиции марок ЭБЛ-Х-75, ЭБЛ-Х-85 и ЭБЛ-Х-100
Битумно-латексные композиции марок ЭБЛ-Х-75, ЭБЛ-Х-85 и ЭБЛ-Х-100 применяют (в зависимости от температуры размягчения покрытия) с добавкой 16—35% синтетического латекса СКС-65ГП, Л-4 и др. Отметим, что битумно-латексно-ку-керсольные мастики БЛК с добавкой 45—55% лака кукерсоль (ТУ ЭССР 510—63) очень быстро стареют и становятся жесткими, а потому их можно использовать только при приклеивания рубероида нижнего слоя, обычно при необходимости быстрого перекрытия кровли в зимних условиях в качестве временного покрытия.
Мастика Эмульбит
Эмульбит — мастика, разработанная И. И. Буштедтом и Л. И. Маниной (Днепропетровский филиал НИИСП Госстроя УССР) на основе битумной эмульсии на эмульгаторе из ССБ и минеральных наполнителей, нашла применение на кровлях промышленных строек Главприднепровстроя, Кировоградстроя, Куйбышевгидростроя и Киевгорстроя-6. Эта мастика стоит всего 28,3 руб/т, и кровельное покрытие из 12 кг/м2 змульбита, армированное стеклохолстом ВВ-К, стоит 97 коп/м2 при трудозатратах 0,06 чел.-ч/м2, что экономит 50—75% затрат труда и средств по сравнению с рулонной кровлей {101]. Данная мастика очень проста в приготовлении, позволяет использовать в качестве эмульгатора обычную растворомешалку, причем в зависимости от емкости ее барабана стоимость приготовления змульбита изменяется от 30 до 55 руб/т, трудоемкость— от 18 до 50 чел.-ч/т. Мастику легко наносить на кровлю, подавая и распыляя ее при помощи передвижной штукатурной станции, автогудронатора и даже обычной автоцистерны. Как видим, покрытия из змульбита имеют значительные технико-экономические преимущества, в том числе и перед безрулонной кровлей из горячей резинобитумной мастики БРМ стоимостью 98 руб/т и из эмульсионной мастики БАЭМ стоимостью 45 руб/т, однако эти кровли недолговечны из-за низкой тепло- трещиноустойчивости и старения.
Индустриальные кровли из сборных элементов полной заводской готовности
В зависимости от назначения кровельных панелей и конструкции крыши, для которой они предназначены, панели могут быть: несовмещенными — для чердачных и холодных крыш ( 5.16, а) совмещенными, но с раздельно формируемыми паро- и теплоизоляционными элементами ( 5.16, б) комплексными совмещенными ( 5.16, в). При этом каждому типу кровельных панелей присуще много разновидностей, способов герметизации деформационных швов и других конструктивных особенностей. Уже первые опытные работы с использованием для гидро-и пароизоляционных слоев рулонных материалов показали значительные технико-экономические преимущества индустриальных кровель. Рассмотрим их на примере устройства на Конаковской ГРЭС кровель из элементов частичной и полной заводской готовности с гидроизоляционным покрытием из горячей резинобитумной мастики с армированием стеклохолстом и теплоизоляцией из фенопласта ФРП-1.1. Работы здесь показали (табл. 5.13), что индустриальная технология сокращает трудозатраты на строительной площадке до 7,5%, а общую трудоемкость и стоимость — в 1,5 раза по сравнению с показателями рулонной кровли [56].
Эмульсионные мастики хамаст, БАЭМ и ЭГИК
Особенно эффективны для индустриальных кровель эмульсионные мастики хамаст, БАЭМ и ЭГИК, ибо их можно наносить непосредственно на свежеуложенный бетон и стабилизировать при совместной пропарке с ним в камерах ускоренного твердения (КУТ). Однако эмульсионные мастики в заводских условиях стабилизируются медленно что требует нерационального увеличения производственных площадей; поэтому стабилизацию мастикускоряют путем вакуумирования свеженанесенного слоя мастики, обдува горячим воздухом от электрокалориферов или прогрева горелками инфракрасного излучения [56]. Технологическая схема производства комплексных кровельных панелей полной заводской готовности - такие схемы были испытаны на заводе ЖБИ-4 Главленстройматериалов и ЖБИ-8 Минстроя Латвийской ССР (г. Екабпилс), причем готовые панели перевозили (180 км) в Ригу. Первый опыт устройства сборных крыш из комплексных кровельных панелей с гидроизоляционным слоем из мастики хамаст ИАЦ-15 был осуществлен в 1967 г. на одном из домов в кварталеПурвциэмс г. Риги ( 5.16, г). В ряде городов действуют такие поточные линии. Опыт их эксплуатации показал, что индустриальные кровли обладают следующими технико-экономическимипреимуществами: а) позволяют полностью и комплексно механизировать кровельные работы при одновременном повышении качества покрытий; б) ликвидируют сезонность кровельных работ, что особенно важно в районах с суровым климатом; в) удобны при ведении работ на разбросанных и удаленных объектах, так как только 5—7% кровельных операций производятся на строительной площадке, а остальные — на централизованных базах стройиндустрии, что весьма эффективно в мелиоративном и сельскохозяйственном строительстве, при создании временных поселков. Способы герметизации швов между комплексными кровельными панелями были проанализированы в § 3.2, а технико-экономические характеристики наиболее эффективных конструкций уплотнений швов были приведены на3.9. По рекомендации СибЗНИИЭПа для индустриальных кровельных панелей можно осуществлять три вида покрытий из новых полимерных материалов [69]: 1) окраска хлорсульфированным полиэтиленом (ХСПЭ), выдерживающая раскрытие трещин до 0,3 мм; такие покрытия разработаны НИИЖБом на основе лака и эмали ХСПЭ и успешно применены на крыше Курского вокзала в Москве; при стоимости лака 15%-ной концентрации 356 руб/т и эмали ХСПЭ — 410 руб/т стоимость покрытия составляет 1 — 1,5 руб/м2, что вполне экономично; 2) окраска водной дисперсией тиокола Т-50, покрытие из которой сохраняет эластичность в пределах от —30 до +70°С и при стоимости краски 3,1 руб/кг позволяет получить достаточно долговечные покрытия при их стоимости около 3 руб/м2; такое покрытие успешно эксплуатируется на здании цирка в Казани уже свыше 10 лет; « 3) окрасочные латексные покрытия из наиритного латекса Л-7или дивилстирольного латекса СКС-65ГП, краска ЛСГ-226 с добавками коагулятора, антистарителей и пигментов, светозащитная краска ЛСЗ-79 из латексов Л-7 и СВХ-1 с добавками тринатрийфосфата и алюминиевой пудры могут применяться в районах с суровым климатом при среднемесячной температуре ниже—28° С и абсолютном ее минимуме до —48С; при толщине покрытия 1,2—1,5 мм стоимость его составляет 1,5—2 руб/м2. Перечисленные окраски весьма технологичны и хорошо сочетаются с заводской технологией изготовления комплексных кровельных панелей. К их недостаткам следует отнести вредность и огнеопасность работ с лаками и эмалями ХСПЭ, содержащими ароматические растворители (толуол,ксилол и пр.), а также сравнительно медленную стабилизацию эмульсионных покрытий из тиоколов и латексов, что усложняет работы, требуя искусственной сушки [69].
Комплексные кровельные настилы из штампованных металлических листов с полимерными теплоизоляционными и гидроизоляционными покрытиями
Дальнейшим совершенствованием индустриальных кровель являются комплексные кровельные настилы из штампованных металлических листов с полимерными теплоизоляционными и гидроизоляционными покрытиями. В 1958 г. английская фирма ASA создала поточную линию для изготовления настилов типа «сэндвич»; затем такие настилы стали применяться в ряде стран, однако высокая горючесть пенополистирола, используемого для их теплоизоляции, вынудила заменять его немного более дорогим пенополиуретаном (пенополистирол стоит 21 долл/м3, а пенополиуретан — 30 долл/м3). Стремление снизить стоимость пенополиуретановой теплоизоляции привело к предложению совмещать его с легкими заполнителями; например, фирмы «Байер» (ФРГ) и «Дюмонт де Бесон» (Франция) используют наполненные пенополиуретаны (ППУ), свойства которых приведены в табл. 5.14. Весьма интересен опыт фирмы «Истмэн Кодак», которая осуществляет набрызг пенополиуретана на кровли и стены с производительностью 1,5 м2/мин с выдержкой в течение 24 ч. Западногерманская фирма BASF применяет для указанной цели стиропорбетон, состоящий из 70% полистирола, 30% цемента и минерального наполнителя, что делает материал очень огнестойким, с объемной массой 200—1000 кг/м3, пределом прочностиприсжатии0,5—7МПаикоэффициентомтеплопроводности 0,08—0,2 Вт/м-°С(«Bitumen, Asphalte u.s.w.», 1974, №2). В Англии гидроизоляционными материалами для комплексных настилов «сэндвич» служат: хайпалон; рулонный материал из ХСПЭ с асбестовым наполнителем — материал унируф; наплавляемые рулонные материалы лукобит и витэк. В ФРГ тоже применяют такие материалы, а также штукатурные поли-мербитумные композиции толщиной 5—8 мм (патент № 1509141.5, 1974 г.), во Франции — композиции из суспензии поливинилхлорида в антраценовом масле в смеси с каменноугольными дегтями (патент № 1814445, 1968 г.), которые наносятся в горячем состоянии при 140—170° С («Bitumen, Asphalte u.s.w.», 1974, № 2). В Италии комплексные панели типа «монопанель» выпускаются с пенопластовым утеплителем и гидроизоляцией из наплавляемых материалов виапол и арвенол (см. табл. 5.9).
Комплексные кровельные панели и настилы из профилированных стальных листов
Комплексные кровельные панели и настилы из профилированных стальных листов уже свыше десяти лет используются и в СССР; например, в 1969 г. на строительстве Ладыженской ГРЭС были применены комплексные панели размером 12ХЗХ ХОД м с теплоизоляцией из пенополистирола и гидроизоляцией из рубероида. Было изготовлено более 35 000 м2 таких плит, причем их стоимость составила 29 руб/м2, трудоемкость 3,54 чел.-ч/м2 вместо 22,8—35,7 руб/м2 и 4,77 чел.-ч/м2 для сборных железобетонных плит (экономия 18,7 и 25,8% соответственно); при этом общая масса кровельного настила снижается до 85 кг/м2, вместо 391 кг/м2 при увеличении расхода стали всего на 5 кг/м2 — около 8% (экспресс-информация Информэнерго— «Стройиндустрия», № 1 и 11, 1969; № 5 и 11, 1970; «Строительство тепловых электростанций», 1969, № 1). Значительные трудности возникли из-за горючести утеплителя, так как пенополистирол и пенополиуретан ППУ 308-Н по ГОСТ 17088—71 относятся к горючим материалам. В настоящее время разработан негорючий пенополиуретан ППУ 316-Н с &г = 0,92. В 1976 г. на строительстве Троицкой ГРЭС была выполнена холодная асфальтовая гидроизоляция комплексных кровельных настилов из профильного стального листа, теплоизоляцией которых служили пенополиуретановые плиты, обернутые рубероидом, причеммастику БАЭМ наносили прямона рубероид («Энергетическое строительство», 1979, № 1). Покрытие, к сожалению, не было армировано, что привело к образованию нескольких трещин над поперечными стыками панелей примерно на расстоянии 12 м. Это вновь подтвердило эффективность индустриальных кровель и безрулонных кровельных покрытий из эмульсионных мастик БАЭМ, но в то же время еще раз послужило убедительным доводом необходимости армирования мастичных покрытий над стыками сборных элементов и в примыканиях.
Такие крыши с погребенными или утепленными кровельными покрытиями все шире применяются за рубежом на различных общественных зданиях, на крышах которых размещаются кафе, рестораны, спортивные площадки [49, 50]. Их обычно выполняют из плоских железобетонных плит, покрываемых бетонной стяжкой, одновременно образующей уклоны к воронкам внутренних водостоков, и по ним укладывают гидроизоляционное покрытие, перекрываемое дренажным слоем песка или гравия, а затем — бетонными плитками. Такое кровельное покрытие обладает рядом преимуществ, основные из которых заключаются в следующем: а) покрытие защищено от ультрафиолетового солнечного облучения, что позволяет использовать тонкие полимерные полиэтиленовые и поливинилхлоридные пленки, которые на открытой поверхности быстро стареют и разрушаются уже через два-три года. Например, в Англии на эксплуатируемых крышах-террасах применяется гидроизоляция из синтапруфа (битумно-латексной композиции), перекрываемая слоем бетона с втопленными в него трубами отопления и чистым полом («Bouw», 1966, № 38); она оказалась достаточно долговечной; б) деформации в швах и примыканиях кровли уменьшаются: при динамических воздействиях и сейсмических импульсах с частотой 1—4 Гц и амплитудой 0,6—10 мм максимальное раскрытие швов при длине плит до 6 м может достигать 2,2 мм, а при длине 12 м— 1,1 мм; во время зимних холодов раскрытие стыков открытых плит длиной 12 м может достигать 7,5 мм [101], а в погребенных кровельных покрытиях максимальное раскрытие швов 3,2 мм, что позволяет применять для них менее трещиноустойчивые и менее морозостойкие материалы. Крыши-террасы создают большие нагрузки на перекрытия, что требует их усиления, но оно вполне компенсируется использованием площади крыш, составляющих в современных городах до 17% их территории. Кровельные материалы при этом должны обладать повышенной биостойкостью, а потому их подвергают испытаниям. Известно, что ряд бактерий и грибков разрушают битумы [68]; биостойкость последних обеспечивают антистарители (тиурам и неозон), вводимые в состав покровных масс полимербитумных материалов — экарбита и армобитэпа, которые одновременно являются и антисептиками. Рулонные и мастичные покрытия из других асфальтовых и полимербитумных материалов необходимо в данном случае обрабатывать антисептиками — пентахлорфенолом, кремнефтористым натрием. Следует иметь в виду, что плесневые грибки разрушающе действуют на поливинилхлорид, особенно пластифицированный, разрушая его пластификатор, в результате чего уже через год растяжимость ПВХ-пластиката снижается с 420 до 330% («Механика полимеров», 1977, № 6).Технико-экономические характеристики крыш-террас с погребенными пленочными покрытиями были приведены в табл. 5.6 и 5.7, а их конструктивные особенности показаны на5.12 и 5.13, поэтому ограничимся лишь некоторыми наиболее интересными примерами.Самые сложные условия эксплуатации создаются на трибунах стадионов, покрытие которых одновременно служит кровлей подтрибунных помещений. Так, трибуны Центральной спортивной арены в Лужниках были гидроизолированы асбестоцементом; для изготовления листов из него на поле стадиона был построен специальный завод, и еще не успевшие затвердеть листы обжимались по ступеням стадиона; однако столь дорогое мероприятие себя не оправдало — уже при приемке стадиона было зафиксировано 367 протечек. В 1978 г. был произведен капитальный ремонт трибун и нанесено, по рекомендации НИИСПа Госстроя УССР, новое покрытие из эмульсионных мастик. Такое решение не случайно — еще в 1957 г., по рекомендации ВНИИГа и проекту Ленпроекта, эмульсионные мастики хамаст были использованы для гидроизоляции трибун (см.5.13, д) стадиона имени В. И. Ленина в Ленинграде; она работает вполне удовлетворительно уже свыше 20 лет. В этом покрытии возникли протечки над швами между сборными железобетонными элементами, в примыканиях к парапетам и лестницам [56], где конструкция уплотнений из плоских стальных листов и рулонного гидроизола оказалась неудачной, что потребовало в 1968 г. ремонта этих мест; в мастичном же покрытии никаких повреждений не было. На основании данного опыта были устроены гидроизоляционные покрытия, с использованием эмульсионных мастик хамаст и БАЭМ, на стадионах в Петрозаводске, Волгограде, Тбилиси, Челябинске и других городах. Эмульсионные мастики послужили также для устройства погребенных кровельных покрытий на ряде уникальных памятников архитектуры в Ленинграде. Так, на Зотовом бастионе Петропавловской крепости глиняная гидроизоляция, армированная берестой, разрушилась, что привело к затоплению расположенных в стенах казематов и образованию высолов на кирпичных стенах.В 1969 г.старое покрытиебыло удалено, стены покрыты бетонной подготовкой толщиной 20 см, затем гидроизоляцией из хамаста БНСХА(17—20 мм) и сверху присыпаны слоем песка и дерна(20—40 см). Вот уже свыше десяти лет это покрытие работает безупречно, причем дождевые воды отводятся из песчаного слоя в дренажную систему и далее в Неву. Аналогично выполнена гидроизоляция стилобата здания Военно-морского музея(б. Фондовой биржи), а в 1977 г. и уникального Музейного зала Монумента героическим защитникам Ленинграда; после рассмотрениянескольких вариантовЛен-ЗНИИЭП остановился на погребенном покрытиииз эмульсионных мастик БНСХА как наиболее надежном.
КОНСТРУКЦИИ ГИДРОИЗОЛЯЦИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Гидроизоляция железобетонных сооружений. Гидротехнические сооружения крупных гидроузлов уникальны как по размерам, так и по ответственности их назначения и расчетной долговечности [13, 14]. Поэтому самые крупные из них возводятся из железобетона, дополняемого различными гидроизоляционными мерами для повышения их надежности и срока службы, особенно в районах с суровым климатом. Интенсивное гидротехническое строительство в Сибири и на Дальнем Востоке, в высокогорных районах Средней Азии и Кавказа с гидроузлами на напоры 200—300 м в очень суровых естественно-климатических и опасных сейсмических условиях потребовало принципиально новых конструктивных решений гидроизоляции этих уникальных сооружений, новых материалов и технологических приемов, более глубокого теоретического обоснования инженерного расчета гидроизоляции и ее долговечности в особенно сложных эксплуатационных условиях («Энергетическое строительство», 1978, № 2;1979, № 1). В четвертой и пятой главах были рассмотрены способы гидроизоляции различных гидросооружений, поэтому, ниже будут затронуты только вопросы противофильтрационной защиты наиболее крупных плотин и водохранилищ, гидроизоляции самых ответственных их элементов, а также приведены примеры прогрессивных конструктивных и технологических решений в этой области [34, 40, 54, 62, 73]. Железобетонные гидросооружения нуждаются в гидроизоляционной защите прежде всего для обеспечения их водонепроницаемости, так как даже при высокопрочных бетонах с расходом цемента до 400 кг/м3 и особо плотном их составе с четырьмя-пятью фракциями заполнителей с точки зрения фильтрационной надежности нельзя допускать в сооружениях градиентов напора более 12, а внутри служебных помещений — даже 5, что в высоконапорных гидроузлах ведет к значительному перерасходу бетона и цемента, вынуждает отдавать предпочтение Гравитационным плотинам перед арочными и контрфорсными. Опыт применения асфальтовой штукатурной и эпоксидной окрасочной гидроизоляции на плотинах Павловской, Плявиньской, Чиркейской, Ингурской и Саяно-Шушенской ГЭС показывает, что при водонепроницаемом противофильтрационном экране представляется возможным сооружать плотины из малоцементного бетона с расходом цемента 100—200 кг/м3, т. е. сокращать его расход вдвое, значительно снижая трудозатраты на приготовление и укладку бетонной смеси — примерно тоже вдвое. В районах с суровым климатом теплогидроизоляция напорных граней плотин защищает бетон от размораживания и избыточных температурных напряжений ( 6.1), причем такая защита требуется не только на плотине со стороны верхнего бьефа, но и для всех направляющих и подпорных стенок со стороны нижнего бьефа, где при работе станции в режиме суточного регулирования в бетоне возникают три-четыре цикла замораживания и оттаивания в сутки, т. е. свыше 300 циклов в год, что приводит к его разрушению. В табл. 6.1 представлены примеры разрушения бетона на некоторых сооружениях [62, 84, 108]. Опыт строительства и эксплуатации бетонных гидросооружений весьма обширен и может стать темой особой монографии, но следует все же остановиться на некоторых ошибках проектирования гидроизоляции, представляющих интерес и в наши дни. Рассмотрим несколько примеров. Общеизвестны аварии на плотинах Аустин и Сен-Фреисис (США), которые разрушились из-за отсутствия деформационных швов, что привело к образованию трещин в плотинах, подмыву оснований, разрыву и обрушению частей тела плотин и прорыву водохранилищ в нижний бьеф, в результате чего была затоплена обширная территория и погибло свыше 500 человек. Эти «классические» примеры должны послужить суровым уроком тем инженерам, которые и по сей день предлагают отказаться от швов или их надежного уплотнения. В некоторых плотинах швы не были доведены до подошвы, что вызвало возникновение трещин (как продолжение швов) и потребовало трудоемких цементационных работ: а) первая Асуанская плотина (Египет, 1903 г.) длиной 2120 м была построена без швов, вследствие чего в русловой ее части на длине 900 м образовалось свыше 200 крупных трещин, из них 36 сквозных, что потребовало переделки плотины дважды —в 1912 и 1938 гг., с увеличением ее высоты до 53,2 м и устройством деформационных швов при надстройке; б) на итальянских плотинах Карданелло (высота 76 м), Кампличчиоли (73 м) и др., построенных в 1928—1931 гг., температурные швы были выполнены через 43—53 м и не доведены до основания, что привело к образованию трещин через 8—10 м и в продолжении несквозных швов, а также к массовым протечкам (на плотине Кампличчиоли — суммарный расход до 2О л/с) и потребовало большого ремонта с цементацией трещин; в) на французской плотине Сен-Марк (1930 г., высота 46 м), плотине Норрис в США (1936 г., 81 м) и ряде других швы были устроены через 20—30 м и не всегда доводились до основания, что привело к возникновению трещин через 6—10 м и потребовало их неоднократного ремонта путем цементации. Следует подчеркнуть эти, ставшие уже историческими, факты, чтобы напомнить о необходимости тщательного устройства деформационных швов, особенно в малоармированных гравитационных плотинах, поскольку в последние годы распространяется тенденция возведения таких плотин «токтогульским методом», но при небрежном отношении к деформационным швам. Деформационные швы гидросооружений нуждаются в тщательном уплотнении, конструкция которого должна соответствовать температурно-деформационным условиям его работы. Данный вопрос достаточно подробно рассмотрен Н. Ф. Щавелевым [73, 115] и кратко освещен нами в § 3.1, но мы все же снова остановимся на основных выводах из этих работ, иллюстрируя их примерами из практики. 1. В гравитационных бетонных плотинах, прямолинейных в плане, надо учитывать значительное расхождение деформационных швов, особенно в районах с суровым климатом (табл. 6.2); поэтому уплотнения швов в каждом конкретном случае необходимо проектировать индивидуально и обосновывать особым инженерным расчетом, а гидроизоляцию напорной грани над швами следует прерывать, дополняя ее специальным уплотнением, способным воспринимать такие деформации. Например, на плотине Саяно-Шушенской ГЭС окрасочная эпоксидная гидроизоляция была рассчитана на раскрытие случайных трещин до 2 мм и армирована двумя слоями стеклоткани АСТТ-6. Таким же способом были перекрыты выходы деформационных швов на напорную грань плотины, причем особые уплотнения не были выполнены, что привело к разрывам покрытия над швами, раскрытие которых достигало 7 мм уже в первый год эксплуатации. 2. Деформационные швы гравитационных плотин не следует уплотнять жесткими уплотнениями, неспособными к восприятию значительных деформаций. Это стало очевидным уже на первых бетонных плотинах, где были предприняты попыткиуплотнить швы колодцами с последующим заполнением их бетоном: Эрраурок (США, 1916 г., высота 106 м), Аггер (Германия, 1929 г., 46 м), Шварцах (Германия, 1931 г., 43 м) и Барбелино(Италия, 1931 г., 73 м); здесь швы были уплотнены колодцами размером от 1х1 до 3х3 м, иногда по три в ряд, что во всех случаях привело к протечкам от 1 до 5 л/с и потребовало ремонта. Несмотря на эти общеизвестные факты, на плотине Лох-Слой в Англии в 1952 г. снова была предпринята негодная попытка уплотнить швы колодцами сечением 3х1,2 м, заполняемыми бетоном, что опять-таки привело к протечкам. Точно так же недостаточно надежна в прямолинейных плотинах цементация швов, уплотнение металлическими листами-компенсаторами и асфальтовыми шпонками небольшого поперечного сечения. Например, на французской плотине Мареж была установлена особая система цементационных труб и клапанов, рассчитанная на многократную цементацию швов. С 1935 г. пришлось уже трижды цементировать швы, так как в них периодически возникали протечки до 3 л/с. На другой французской плотине Сарран высотой 114,5 м швы были уплотнены небольшой асфальтовой шпонкой сечением 7х10 см, но оборудованной электрообогревом. Каждый год в швах возникают протечки до 0,6 л/с, в связи с чем приходится их прогревать, периодически включая электрообогрев, и кольматировать шпонки посредством засыпки золы ТЭС в верхний бьеф около шва. Серьезные трудности, вызванные фильтрацией через швы из-за небольшого сечения асфальтовых шпонок, возникли на плотинах Усть-Каменогорской и Бухтарминской ГЭС, а из-за ненадежной работы листов-компенсаторов и невозможности повторной цементации швов — на плотинах Усть-Илимской и Красноярской ГЭС. Исследования ВНИИГа достаточно убедительно доказывают, что в плотинах на сжимаемых основаниях и высоких плотинах на скальных основаниях деформационные швы нужно уплотнять системой асфальтовых шпонок в сочетании с контурными резиновыми лентами [72, 114]. Примеры рекомендуемых уплотнений были приведены на3.3, 3.4 и 3.5, а на6.2 в качестве иллюстрации представлены схемы гидроизоляции зданий гидроэлектростанций,. Такие же уплотнения можно применять и в суровых климатических условиях при заполнении полостей шпонок полимербитумными мастиками [65]. 3. Гидроизоляция напорных граней крупных бетонных плотин, как правило, не устраивается из-за отсутствия простых и надежных гидроизоляционных покрытий. Это вызвано прежде всего весьма тяжелыми условиями эксплуатации такой гидроизоляции — она подвергается интенсивному воздействию волновых и ледовых нагрузок, судов и плавающих тел, резко переменным температурным перепадам, а также действию напора воды и выщелачивающей агрессии мягкой воды водохранилища. Все это определяет очень жесткие требования, которым не удовлетворяет большинство гидроизоляционных покрытий. Уже при строительстве первых бетонных плотин для повышения их водонепроницаемости стали применять цементную торкрет-штукатурку, которая, однако, из-за низкой трещиноустой-чивости оказалась недолговечной. Поскольку даже в настоящее время гидросооружения предлагается защищать различными цементными покрытиями, приведем примеры плотин с торкретной гидроизоляцией (табл. 6.3). Перечень неудачных решений, приведенных в табл. 6.3, можно продолжить, однако после 1939 г. цементный торкрет перестали применять — было установлено, что его можно использовать лишь на сильно армированных сооружениях с расчетным раскрытием трещин менее 0,1 мм. Ремонт многих бетонных плотин стал крайне необходимым: достаточно отметить, что водохранилища плотин Арно и Са-ларно в Италии пришлось спустить, удалить 2500—4000 м3 разрушенного бетона и уложить новый бетонный слой толщиной 1,5—3 м, общим объемом 14 000—15 000 м3, а на многоарочной плотине Гем Лейк в США — арки заполнить бетоном, превратив ее таким образом в гравитационную. На гравитационной плотине Баркер (США) через 30 лет эксплуатации бетон разрушился на глубину до 1 м, вследствие чего в 1946—1947 гг. был проведен дорогостоящий ремонт: после удаления разрушенного бетона были установлены железобетонные плиты на анкерах, и в зазор за них сначала был засыпан щебень, а затем нагнетали цементный раствор (способ «препакт-бетона»). Таким образом была устроена новая облицовка толщиной 0,9—2,7 м, с общим объемом бетона свыше 13 000 м3. Аналогичным способом был отремонтирован в 1949 г. шлюз на р. Мононгахилла (США), а в 1950 г. — Нью-Йоркский шлюз, но здесь препакт- бетон выполнялся за деревянной опалубкой и металлической обшивкой. В Англии подобные разрушения бетона и торкрета произошли на плотинах Майнтрог, Хенд Мур, Тросфайнис и Чайфай-нис, в связи с чем в 1944 г. они были отремонтированы торкретбетоном по заанкеренной металлической сетке из катанки диаметром 4,2 мм, с разделкой трещин асфальтовой мастикой при общей толщине торкрет-бетонной облицовки 0,8—-1,2 м. Через 14 лет облицовка растрескалась, и в 1958 г. был вторично произведен ремонт: на напорной грани была устроена оклеечная гидроизоляция из материала типа стеклорубероида с защитой железобетонными плитами толщиной 12 см [62,108]. Актуальным стал вопрос об использовании противофильтрационных экранов из асфальтовых материалов с защитой железобетонными плитами. Один из первых таких экранов был сооружен на плотине Флоуренс Лейк (США). На ней за 15 лет эксплуатации появились протечки и трещины, и она была отремонтирована торкретным покрытием толщиной 5—7 см, но уже через два года оно разрушилось, и тогда в 1947 г. на плотине был устроен противофильтрационный экран из рулонного материала типа гидроизол (гидромат), защищенный железобетонными плитами из особо плотного гидротехнического бетона толщиной 10 см. Такая гидроизоляция прослужила без какого-либо ремонта в течение 20 лет. На плотинах Аггер в ФРГ, Хор-шпрангет в Швеции, Маринума в Японии и на ряде других были выполнены экраны из асфальтобетона толщиной 10—12 см с защитой железобетонными плитами или железобетонной монолитной стенкой толщиной до 28 см. Все эти экраны удовлетворительно работают 20—30 лет («Wasserwirtschaft», 1968, №7). Подобные технические решения опираются на положительный опыт эксплуатации асфальтовых экранов ряда плотин из каменной кладки и каменной наброски, где они сочетались с железобетонной защитой (табл. 6.4). Этот опыт убедительно подтверждает надежность и долговечность асфальтовых экранов -как из асфальтобетона, так и из рулонных материалов. Например, на плотине Эль-Гриб (Алжир) через 20 лет в покровных железобетонных плитах проржавели арматурные соединения, что привело к срыву нескольких плит волнами водохранилища. Во время их ремонта был обследован асфальтобетон экрана, который находился в хорошем состоянии, но все же его испытали ультразвуковым дефектоскопом. Испытание показало, что только в надводной зоне отмечается некоторое старение асфальтобетона с уменьшением динамического модуля упругости примерно на 10%, а внизу он, наоборот, возрос.также примерно на 10% (колебания модуля от 8500 до 10 300 МПа), что свидетельствует о высокой его долговечности и надежности («Тга-vaux», 1958, № 286). Таким образом, для противофильтрационных экранов бетонных плотин можно рекомендовать оклеечную гидроизоляцию с защитой бетонными плитами или деревянной опалубкой в подводной зоне ( 6.3, в), а в надводной — теплогидроизоляцию из асфальтокерамзитобетона, защищенную железобетонными плитами из специального бетона высокой морозостойкости или плитами, пропитанными петролатумом либо битумом ( 6.3, а и б). Данная рекомендация основывается на описанных выше испытаниях теплогидроизоляции (см. § 2.1) на плотинах Ви-люйской и Андижанской ГЭС (Изв. ВНИИГ, т. 128, 1979 г.), ряда морских гидротехнических сооружений на побережье Баренцева и Охотского морей [64]. Противофильтрационные экраны из асфальтовых армированных матов с защитой деревянной опалубкой из досок и прижимных брусьев успешно эксплуатируются уже свыше 25 лет на плотинах Маткожненской, Широковской и Ульбинской ГЭС, где они были осуществлены по предложению П. Д. Глебов а [39]. В подводной зоне никаких повреждений экранов не наблюдалось, а в зоне, переменных горизонтов, несмотря на ежегодную их окраску горячим битумом, древесина все же была повреждена в результате гниения, а потому в этой зоне защиту гидроизоляции рекомендуется выполнять из морозостойкого железобетона.
Экономическая эффективность противофильтрационных экрановвесьма высока;так,присокращении расхода цемента всего на 100 кг/м3 сокращение его стоимости только в верховой части тела плотины глубиной 3 м превысит 60 руб/м2. Следует подчеркнуть, что столь значительное сокращение стоимости достигается также благодаря поточной технологии бетонных работ и использованию экрана в качестве опалубки боков бетонирования. В экономических расчетах выполнение асфальтовых работ предполагалось в основном вручную, а при их индустриализации на Андижангидрострое экран из сборных железобетонных плит толщиной 10 см со слоем асфальтокерамзитобетона той же толщины стоил 26—20 руб/м2 (Изв. ВНИИГ, т. 128, 1979 г.). Большим достоинством предлагаемых конструкций противо-фильтрационных экранов является их высокая трещиноустойчивость — трещины в основном бетоне до 5 мм не нарушают их водонепроницаемость, а литой асфальтокерамзитобетон обладает еще и способностью самозалечивания трещин, что подтверждается натурными наблюдениями на плотине Андижанской ГЭС и плотине Эль-Гриб в Алжире [55].Применение полимерных материалов для противофильтрационного экранирования бетонных плотин весьма перспективно. На крупных гидротехнических сооружениях полимерные окраски впервые были осуществлены в 1961 г. На бетонной плотине д'Эш-Сюр-Сюр в Люксембурге. Эта гравитационная плотина (высотой 50 м и длиной 180 м) из гидротехнического бетона нуждалась в гидроизоляционной защите из-за выщелачивающей агрессивности мягкой воды горного водохранилища и относительно сурового климата. Вся напорнаягрань плотины на площади свыше 10 000 м2 была покрыта наиритным (хлоро-преновым) каучуком толщиной 1—1,2 мм. Такие покрытия к тому времени уже достаточно широко использовались для защиты резервуаров в США, где фирма «Дюпон» изготавливает такой каучук с1941г.под названием«неопрен KNP». В частности, на р. Лос-Анджелес была построена надувная плотина длиной 46 м и высотой 1,75 м в виде шланга из нейлоновой ткани с неопреновым покрытием со стенкой толщиной 3,2 мм и диаметром 2,8 м, который был закреплен на бетонном флютбете анкерными болтами. В ФРГ наирит выпускается (фирмой «Байер») под названием «байпрен», во Франции — «бутиклор», в Японии — «денка-неопрен». Неопреновые покрытия водо- и атмосфероустойчивы, длительно сохраняют эластичность; однако в надводной зоне плотины д'Эш-Сюр-Сюр для повышения их атмосфероустойчивости они сверху были еще перекрыты краской на основе хлор-сульфированного полиэтилена (ХПСЭ) под фирменным названием «хайпалон». Неопрен весьма экономичен; в США он стоит около 1 долл/кг, в ФРГ 4 — 5 марок/кг. В СССР он выпускается под названием «наирит» по ТУ МХП 1562—54 по цене 83,2 коп/кг, применяется для гуммировочных составов и в качестве основного компонента битумно-наиритных мастик БНК (см. § 1.1). Следует отметить, что неопрен используется в гидротехнике и как антикоррозионный материал: например, в ФРГ с его помощью защищен резервуар для воды емкостью 7000 м3, а в Австрии — металлоконструкции Дунайской ГЭС, в Италии — тонкостенный акведук ГЭС Мольвино. Однако наиболее распространены для защиты крупных гидротехнических сооружений эмали и мастики на основе эпоксидых смол. Эпоксидные покрытия отличаются повышенной прочностью и долговечностью, что было установлено уже при первом опыте их применения. На многоарочной плотине Суорва (Швеция), расположенной на р. Луле-Эльв за Полярным кругом и построенной в 1920 г., был значительно поврежден бетон, однако произведенный в 1940 г. ремонт путем цементации трещин успеха не принес, в связи с чем в 1962 г. был предпринят капитальный ремонт, при котором на одной из арок был устроен асфальтированный экран, защищенный мощной железобетонной облицовкой, что оказалось многодельным и дорогим. Поэтому две арки были окрашены неопреном в три слоя, что было втрое дешевле асфальтового экрана, а на двух других арках было выполнено покрытие из эпоксидного полимерраствора с трехслойным армированием стеклотканью, которое было дороже неопренового, но вдвое дешевле асфальтобетонного. К сожалению, неопреновое покрытие не выдержало суровых условий и уже через год сильно разрушилось, поэтому в 1966 г. оно было заменено эпоксидным, армированным стеклотканью; это покрытие работает надежно [73]. Данный опыт был успешно повторен на плотине Номенланд (Норвегия), также расположенной на Крайнем Севере, и на ряде других объектов (табл. 6.6), благодаря чему эпоксидные покрытия зарекомендовали себя как наиболее надежные. Во ВНИИГе такие покрытия начали изучать в 1956 г. Г. М. Ильяшев и Н. С. Покровский [42]; затем А. Н. Дымант [86] обосновал пригодность их для высоконапорных плотин, доказав в 1970 г. натурными испытаниями на водосливе Братской ГЭС их надежность как антикавитационной защиты. В 1965 г. исследования эпоксидных покрытий были начаты в НИС Гидропроекта имени С. Я. Жука, где П. А. Пшенициным, В. И. Сахаровым, Р. Е. Язевым и В. Ф. Мичко [62, 108] было много сделано для их широкого использования в гидротехнике (табл. 6.6). Из них прежде всего нужно выделить пеноэпоксидную тепло-гидроизоляцию, которая была успешно применена для защиты Кислогубской ПЭС, и эпоксидно-каменноугольные окраски, использованные для защиты водопроводящих трактов той же ПЭС и ДнепроГЭС имени В. И. Ленина. В четвертой и пятой главах приводились примеры применения таких материалов и их технико-экономическая эффективность; поэтому укажем лишь, что эпоксидно-каменноугольное покрытие, даже при армировании двумя слоями стеклоткани, стоит от 4,5 до 7 руб/м2 (см. табл. 4.3) и успешно заменяет асфальтовую гидроизоляцию с защитным ограждением стоимостью 35—40 руб/м2 (см. табл. 6.5), причем при этом в десять (1) раз снижаются трудозатраты и потребность в привозных материалах [62]. Уже накоплен значительный опыт устройства эпоксидной гидроизоляции на напорных гранях высоких бетонных плотин (табл. 6.6). Например, на плотине Чиркейской ГЭС [42] эпоксидно-каучуковое покрытие длительно работает при напорах до 180 м, причем из 300 датчиков влажности, установленных в теле плотины, только два показывают признаки проникновения влаги из-за фильтрации воды через скальный береговой массив ( 6.6,а). По мере накопления опыта было установлено, что противофильтрационное экранирование бетонных плотин ЭПОКСИДНЫМИ покрытиями может быть сокращено, в связи с чем на плотине Ингурской ГЭС экран был поднят только на 150 м от ее основания, где расчетные градиенты превышают 10 ( 6.6,в), а на плотине Саяно-Шушенской ГЭС была экранирована лишь нижняя часть напорной грани, где градиенты фильтрации через подошву плотины в скальное основание могут превышать 5 ( 6.6,6). Еще раз подчеркнем, что гидроизоляционные покрытия нужно выполнять только из эпоксидных смол ЭД-16 или ЭД-20, модифицированных в подводной зоне каменноугольной смолой (краска ЭКС), а в надводной и зоне переменных горизонтов — карбоксилатным каучуком СКН-10-1А (краска ЭКК-ЮО), причем обязательно армирование покрытий стеклотканью над всеми швами и примыканиями. Следует отметить, что иногда даются неверные рекомендации по составам эпоксидных композиций, так как не учитываются условия их эксплуатации. Например, на Новооктябрьском канализационном коллекторе Москвы (1962 г.), в плавательном бассейне в Рыбинске (1968 г.) и на Оби-Киикском гидротехническом тоннеле в Таджикистане (1968 г.) были успешно использованы гидроизоляционные покрытия на основе эпоксидных шпаклевок Э-4020 и Э-4022, где они защищены от колебаний температуры и пластифицируются постоянным воздействием воды, а потому не растрескиваются. На основании этого опыта были даны неверные рекомендации по устройству непластифицированных покрытий из эпоксидной шпаклевки ЭП-00-10 в железнодорожном тоннеле ветки Абакан — Тайшет и для защиты сооружений химводоочистки тепловых электростанций, где на открытых поверхностях такие покрытия неизбежно растрескиваются в результате температурных колебаний. Поэтому эпоксидные композиции для гидроизоляции ответственных гидросооружений должны тщательно подбираться специализированными лабораториями в зависимости от эксплуатационных условий с обязательным введением в их состав длительно действующих пластификаторов. Эпоксидные покрытия отличаются высокой стойкостью против кавитациониой эрозии и абразивного износа при истирающем действии донных насосов, что резко расширяет область их применения в гидротехнике. Эти вопросы уже рассматривались в первой и четвертой главах, где были показаны преимущества таких покрытий и в отношении стойкости против эрозии вообще. Не останавливаясь снова на них подробно, укажем, что югославские специалисты при разработке способов защиты сооружений ГЭС Джердап на Дунае установили, что штукатурное покрытие из эпоксидного полимерраствора из смеси смолы ФК-22 с песком в соотношении 1 :4 в 70 раз более кавитационностойко, чем бетон с 350 кг/м3 портландцемента, а эпоксидная окраска — в 400 раз более стойка, тогда как, увеличивая расход цемента до 550 кг/м3, можно повысить кавитационную стойкость бетона лишь в 7 раз. Точно так же абразивный износ покрытия из эпоксидного полимерраствора в 5 раз ниже, чем бетона с расходом цемента 450 кг/м3, а эпоксидной окраски — даже в 65 раз. Эти данные весьма убедительно подтверждают преимущества эпоксидных красок. В заключение отметим, что эпоксидные смолы — дефицитный и дорогостоящий материал, а потому их следует расходовать весьма экономно и только там, где они действительно эффективны. Например, типовой проект Ленгипроводхоза предусматривает возможность замены внутренней эпоксидной гидроизоляции труб водовыпуска наружной холодной асфальтовой ( 6.7). Необходимо подчеркнуть, что эпоксидная окрасочная гидроизоляция пришла на смену асфальтовой штукатурной из горячих асфальтовых растворов [16], которая успешно служит на ряде гидроэлектростанций (табл. 6.7). Все перечисленные экраны служат вполне удовлетворительно, хотя на плотинах Маткожненской и Мамаканской ГЭС толщина ледового покрова достигает 2,3 м. Отмечено лишь повреждение штукатурного покрытия при навале баржи на напорную грань одной из плотин, причем поврежден был не только асфальт, но и бетон. Участок экрана на плотине Мамаканской ГЭС был армирован металлической сеткой, что привело к нарушению сцепления асфальта с бетоном напорной грани еще при нанесении асфальта. К сожалению, асфальтовая штукатурная гидроизоляция, наносимая горячим способом асфальтометом ВНИИГ-5 (см. § 1.3.), весьма многодельна и требует устройства подвесных или стационарных лесов; так, бригада из четырех рабочих выполняет только 100 м2 за смену, тогда как эпоксидную окраску такая же бригада наносит до 1500 м2 за смену с подвесных люлек и даже прямо с плотов при наполненииводохранилища. Поэтому на напорных гранях гидросооружений рекомендуется устраивать противофильтрационные экраны из эпоксидной армированной окраски, а при малоцементном бетоне тела плотины— из асфальтокерамзитобетона с защитой железобетонными плитами или стеклопластиком.
Данный вид гидроизоляции служит прежде всего для противофильтрационного экранирования плотин, водохранилищ, бассейнов и каналов, а в последние годы — шламоотвалов, золоотвалов и других сооружений по охране природы [55]. Именно массовое строительство очистных бассейнов для обезвреживания промышленных стоков, отвалов для хранения вредных промышленных отходов вызвало особенно острую необходимость в создании надежных и экономичных противофильтрационных экранов. Традиционные же экраны в этом случае малоэффективны, ибо тонкие суглинистые экраны толщиной 0,5— 0,8 м трудно уложить и уплотнить так, чтобы экран большой площади имел средний коэффициент фильтрации менее 2- Ю-5 см/с, т. е. фильтрационный расход вредных веществ с каждого гектара составит 20 л/с, что очень опасно для окружающей территории. На откосах же толщина экрана достигает 3—4 м. Кроме того, такие экраны весьма многодельны и дороги; например, по расчетам Укрводоканалпроекта, наиболее экономичный грунтовой экран шламохранилища из двух слоев суглинка с промежуточным дренажным слоем из песка обходится более 4 руб/м2. Поэтому начали применять асфальтобетонные покрытия [55],. которые достаточно широко используются за рубежом [35]. Асфальтобетон на основе природных асфальтов и песка был известен еще в глубокой древности: в древнем городе Мохенджо-Даро (Пакистан) имеется ритуальный бассейн, облицованный асфальтом, который существует уже свыше 5 тыс. лет; сирийским природным асфальтом укреплены берега Тигра ( 6.8, а) и Евфрата, висячие сады Семирамиды в Вавилоне («Наука и жизнь», 1974, № 2). Эти примеры иллюстрируют удивительную долговечность асфальтовых покрытий. И среди современных сооружений уже имеются такие, где литой и уплотняемый асфальтобетоны служат 50—100 лет (6.8,б—д),однако для противофильтрационного экранирования определилась конструкция экранов из двух слоев уплотняемого асфальтобетона общей толщиной 12—15 см. Такие экраны эффективно работают на ряде бассейнов ГАЭС и водохранилищ. Например, в бассейне ГАЭС Глемс (ФРГ) при площади облицовки 70 000 м2 и напоредо21 м средний коэффициент фильтрации через асфальтобетонную облицовку составил 7-Ю-9 см/с, суммарно — менее 0,01 л/с. На всех крупных объектах, где удавалось наблюдать за фильтрацией, ее коэффициент не превосходил Ю-7 см/с, причем протечки отмечались лишь через случайные трещины или неуплотненные сменные швы. В Советском Союзе накоплен обширный опыт устройства асфальтобетонныхэкранов различныхбассейнов и каналов (табл. 6.8), который позволяет сделать некоторые выводы. 1. Для облицовок и экранов гидротехнических сооружений следует применять гидротехнический асфальтобетон, отличающийся повышенным содержанием битума и наполнителя, добавками коротковолокнистого асбеста и ПАВ, а в районах с более суровыми климатическими условиями надо применять асфальтополимербетон на основе полимербитумных вяжущих, придающих ему высокую трещиноустойчивость на морозе. Рекомендуемые составы асфальтополимербетона для районов с абсолютным минимумом температуры воздуха не ниже —40° С приведены в табл. 6.9. 2. Покрытия из гидротехнического асфальтобетона правильно подобранного состава [17] и уплотненные до конечной пористости менее 3% обладают практически полной водонепроницаемостью (испытаны при давлении 1 МПа) и очень высокой водоустойчивостью— через 10 лет пребывания в воде водопоглощение их не превысило 6%, набухание 3%, а прочность снизилась не более чем на 5%. Такие покрытия толщиной 6—8 см не оплывают на откосе с заложением даже 1 : 1 и надежно противодействуют волновым и ледовым нагрузкам (испытаны при высоте волны 2 м и толщине льда 1,5 м). 3. Оптимальной конструкцией асфальтобетонного экрана является многослойное покрытие, состоящее из протравленного гербицидами и гидрофобизированного разжиженным битумом или битумной эмульсией грунта основания, подготовительного слоя пористого уплотняемого асфальтобетона (черный щебень или биндер) и собственно водонепроницаемого слоя плотного гидротехнического асфальтополимербетона с поверхностной обработкой полимербитумным вяжущим и посыпкой каменной крошкой или крупным песком. Состав асфальтополимербетона нужно подбирать в зависимости от климатического района строительства, а толщины слоев экрана — на основании инженерного расчета, учитывающего температурные напряжения, действия льда и волн, свойства асфальтобетона [17, 34, 54, 55, 59]. Оптимальные толщины экрана — от 6 см (150 кг/м2) до 8 см (200 кг/м2) асфальтополимербетона, что требует подвоза только 15—20 кг/м2 дорожного битума и 1 — 1,2 кг/м2 каучука или 2—2,5 кг/м2 латекса ( 6.9).4. Асфальтобетонные экраны экономически весьма эффективныпри комплексноймеханизациипроизводственногопроцесса с помощью обычных дорожных асфальтобетонных заводов, асфальтоукладчиков и статических или вибрационных катков; для укладки асфальтобетона на откосах разработаны специальные механизмы [33,55]. Например, облицовка Копетдагского канала (табл. 6.8) протяженностью 22 км была сооружена всего за 8 месяцев, причем бригада асфальтировала в среднем 150 м русла в смену. Стоимость облицовки толщиной 8 см составила 3,62 руб/м2 при трудозатратах 0,3 чел.-ч/м2, тогдакак бетоннаяоблицовкастоила 7,12 руб/м2, требовала в два раза больше трудозатрат и в три раза больше привозных материалов, а облицовка из сборных железобетонных плит в этих условиях стоила около 12 руб/м2. По данным Саратовгэсстроя, асфальтополимербетонная облицовка толщиной 5 см стоит 2,29 руб/м2, а с учетом стоимости щебеночной подготовки — 4,4 руб/м2, что также вдвое дешевле бетонной подготовки. Существенными недостатками асфальтобетонных экранов являются необходимость в специальных механизмах при работе на откосах и зависимость от погодных условий, так как при температуре ниже +5° С и во время дождей покрытия из уплотняемого асфальтобетона на мокром основании выполнять нельзя. Поэтому за рубежом большое распространение получили сборные асфальтобетонные тюфяки, армированные металлической сеткой, которые заранее изготавливаются на заводе или плавучей установке и могут опускаться даже под воду. Такие тюфяки успешно применены на Суэцком канале, канале Дортмунд—Эмс (ФРГ), ряде каналов и бассейнов во Франции. В СССР сборные тюфяки впервые были применены в 1963 г. (табл. 6.8); в настоящее время по рекомендации ВНИИГа трест Южгидроспецстрой выполняет их них противофильтрационный экран на откосах шламоотвала Николаевского глиноземного завода (табл. 6.8), причем согласно калькуляции Укрводоканалпроекта стоимость облицовки при толщине тюфяков 6 см и герметизации швов между ними полимербитумным раствором не превосходит 8 руб/м2. Для шламоотвала в Тобольске Укрводоканалпроект в содружестве с НИИВТом разработал конструкцию противофильтрационного экрана из двух рядов асфальтобетонных тюфяков толщиной по 4 см, стоимостью по 5,5 руб/м2, тогда как стоимость экрана из сборных железобетонных плит доходит в этих условиях до 27 руб/м2 (без стоимости герметизации швов). Все же асфальтобетонные противофильтрационные экраны дороги и трудоемки, в связи с чем для экранирования крупных водохранилищ требуются более экономичные решения. Современные полимерные пленочные материалы открыли в этой области новые возможности. Впервые полимерные пленки для противофильтрационных экранов гидротехнических сооружений были использованы в 1951 г. в Италии для экранирования водоема Падова объемом 15 000 м3, а затем они стали широко применяться во многих странах для экранирования различных водохранилищ, причем для этой цели служили главным образом полиэтиленовые (ПЭ) и поливинилхлоридные (ПВХ) пленки толщиной 0,15—0,20 мм [40]. В Советском Союзе пленки начали употреблять с 1958 г. — сначала для экранирования каналов, а затем и водохранилищ («Гидротехника и мелиорация», 1961, № 4) по предложению ВНИИГиМа, АрмНИИГиМа и ВНИИГа [76, 94, 96, 98]. Перечень объектов с пленочными экранами приведен в табл. 6.10, а свойства пленок были указаны в табл. 1.20. Накопленный опыт в этой области позволяет сделать некоторые практические выводы и дать рекомендации. 1. Наиболее эффективны пленочные экраны из стабилизированной полиэтиленовой пленки толщиной 0,2—0,4 мм, выпускаемой в виде рукавов шириной до 7,9 и даже 9 м, что позволяет устраивать швы в экране только через 16—18 м. Толщина пленки назначается путем расчета прочности и долговечности в зависимости от действующего напора воды и крупности зерен примыкающих к пленке грунтовых слоев [29]; для бассейнов, как правило,— 0,2 мм. 2. Пленку рекомендуется сваривать в полотнища шириной до 30 м и свободно расстилать по поверхности спланированного грунта или песчаной подготовки, после чего ее присыпают слоем песка, толщина которого для предотвращения повреждений в пленке при движении по ней бульдозера должна быть не менее 70 см. Швы между полотнищами при напоре до 10 м можно выполнять, просто скручивая края пленки, а при больших напорах — сваривая их импульсными полозами или экструдерами; такой экран стоит 1,2—1,5 руб/м2. 3.При использовании пленки из стабилизированного полиэтилена (черной) и длительно действующем растягивающем напряжении в ней не более 1 МПа расчетная долговечность погребенного экрана превышает 100 лет, что делает пригодными такие экраны для долговременных объектов. 4. Пленочные экраны рациональны при тяжелой гидрогеологической обстановке, ибо они отличаются высокой деформативной способностью (выдерживают сосредоточенные деформации до 40 см), а также при сложных условиях их выполнения, о чем свидетельствует опыт сооружения экранов в затопленном котловане на Магаданской ТЭЦ, подводной укладки пленочного покрытия на Воронежской ТЭЦ, устройства экрана на заторфованных грунтах на Череповецком химическом заводе и ведение работ при температуре до —20 °С на Усть-Хантайской ГЭС. Следует особо подчеркнуть низкую трудоемкость (0,15— 0,2 чел.-ч/м2) и высокую производительность при осуществлении подобных экранов; так, на строительстве шламонакопителя Лисичанской ТЭЦ она составила 10 000 м2/сут, а Тортгульского водохранилища — даже до 20 000 м2/сут. К недостаткам пленочных полимерных экранов следует отнести возможность их повреждения при сооружении, в связи с чем принимаются различные меры вплоть до запрещения передвижения по растянутой пленке людей, обутых в сапоги; но, несмотря на это, на комбинате «Фосфорит» и других объектах отмечались протечки сквозь экраны из-за случайных повреждений, а на водоеме у г. Павии (Италия) — даже разрыв пленки. Контроль и ремонт погребенных пленочных экранов очень затруднены [40, 96, 94, 98]. Поэтому представляет большой интерес опыт использования более прочных гидроизоляционных материалов для экранирования бассейнов. Так, асфальтовые армированные маты «кальт-эластик» были применены еще на первых немецких плотинах Айштаг и Трюбзее в 1924—1926 гг., однако только на водохранилище Брингсхаузен, где маты были защищены слоем песка и щебня, они выдержали многолетнюю эксплуатацию. Весьма интересен опыт экранирования в 1973 г. бассейна питьевой воды Бисбош (Нидерланды) рулонными матами «ги-пофорс» шириной 5 м, толщиной 5 мм. Сначала употребляли рулоны длиной 29 м и общей массой 1200 кг, а затем длиной 56—100 м и массой 2000—2200 кг. Эти маты армированы нейлоновой тканью «энканейлон-суперфест», которая при удельной массе 180 г/м2 имеет предел прочности при разрыве до 30 МПа, растяжимость до 25% и отличается высокой теплоустойчивостью (при 190° С плавится только 1,2%), что позволяет пропитывать ее горячим битумом и наносить поверх нее горячую полимербитумную покровную массу с расходом от 2 до 10 кг/м2 (обычно 5 кг/м2). Материал сочетается с подстилающей полиэфирной пленкой толщиной 25 мкм или крафт-бумагой, защищающих асфальтовое покрытие от повреждения растительностью. При укладке гипофорса применялся специальный гусеничный кран ( 6.10), швы проклеивались горячей клебемассой, а сверху экран защищался слоем песка и камня, который в зоне переменных горизонтов заливали горячим асфальтом («Water and Water Eng, 1973, № 929). В Голландии площадь таких экранов составила 325 000 м2 (два больших бассейна для питьевой воды), а в Венесуэле — 472 000 м2 (крупнейший на американском континенте бассейн «Эмабальс Эль Табако» емкостью 3,5 млн. м3). Такие покрытия представляются весьма надежными и экономичными. Для устройства аналогичных покрытий возможно использование советского материала армобитэпа (см. табл. 1.18), для чего необходимо выпускать его полосами большей ширины и длины, а также дублирование полимерной пленкой (материалом типа монобитэп). Стоимость материала не превосходит 1 руб/м2. Особо надо остановиться на противофильтрационных экранах бассейнов суточного регулирования ГАЭС, эксплуатация которых крайне осложняется многократными и большими колебаниями горизонта воды, приводящими к намерзанию льда на откосах. На первых советских ГАЭС — Киевской и Загорской — были устроены железобетонные облицовки с герметизированными швами именно из-за опасения воздействия намерзающего льда, толщина которого достигает 7 м. Так же поступили в 1953 г. и на ГАЭС Рейзах-Рабенлейте (ФРГ), где верховой бассейн был облицован бетонными плитами, усиленными оклеечной гидроизоляцией и слоем асфальтовой мастики толщиной 12 мм, и в 1963 г. на ГАЭС Том-Сок (США), где на дне был уложен суглинистый экран, а на откосах — бетонные плиты; однако в дальнейшем в бассейнах ГАЭС выполнялись только асфальтобетонные экраны (табл. 6.11). Именно поэтому на ГАЭС Лудингтон (США) асфальтобетонная облицовка имела толщину до 72 см, ибо здесь толщина льда могла достигать 11 м, а колебания температуры воздуха от —29 до +38° С. Попутно заметим, что в бассейне ГАЭС Лудингтон были хорошо организованы работы по укладке асфальтобетона: смонтированы специальные мостовые асфальтоукладчики фирмы «Страбаг» с фермами пролетом до 40 м и асфальтобетонный завод мощностью 180 т/ч. Каждый асфальтоукладчик имел производительность 35 т/ч, что позволило всего за два месяца уложить на откосах 465 000 т асфальтобетона и 310 000 м3 черного щебня. Исследования ВНИИГа показали, что все опасения и чрезмерные запасы в прочности покрытия откосов бассейнов ГАЭС необоснованны. Расчетами и испытаниями на специальном крупномасштабном стенде, где покрытие имело толщину всего 4 см, а толщина намороженного льда достигала 1,8 м, установлено' что давление льда не превосходит 0,2 МПа, причем напряжения в покрытии при колебаниях горизонта воды не превышают 0,02 МПа. Это объясняется очень пористой структурой льда в большей части намороженного массива, которая отделяет покрытие от ледового поля на поверхности воды; поэтому расчетным случаем является перерыв в работе ГАЭС, когда возможно примораживание ледового поля к асфальтобетонному покрытию и его консольное воздействие при колебаниях горизонта воды. Для данного случая при толщине льда до 1 м достаточна толщина покрытия 10—12 см (Изв. ВНИИГ, 1976, № 113 и л. 55), а потому на современных ГАЭС суммарная толщина асфальтобетонных экранов принимается не более 15 см [35]. При экранировании крупных бассейнов возникает еще одна трудность: поскольку покрытие из гидротехнического асфальтобетона не только водонепроницаемо, но и воздухонепроницаемо, то под экраномбольшой площади приколебаниях горизонта грунтовых вод может создаваться пневматическое противодавление. Например, в покрытии бассейна Шатон (Англия) в результате этого образовались «пузыри» асфальта диаметром до 10 м и высотой до 1 м, которые пришлось проколоть и выпустить из них воздух, после чего покрытие опустилось на дно. Аналогичное поднятие экрана из полиэтиленовой пленки под воздействием ключей наблюдалось на шламоотвале Магаданской ТЭЦ. Понижение атмосферного давления после грозы точно так же явилось причиной вздутий на дне бассейна Геештахт (ФРГ); поэтому экраны больших бассейнов надо тщательно дренировать; на большинстве немецких ГАЭС, кроме того, устраивают дренажные галереи (либо под днищами бассейнов, либо у основания дамб обвалования), которые позволяют не только выравнивать гидростатическое или пневматическое противодавление, но и контролировать работу экрана. Еще раз следует подчеркнуть, что все асфальтобетонные экраны бассейнов ГАЭС работают хорошо: например, суммарный расход в дренаже бассейна ГАЭС Вианден не превосходит 1,32 л/с, Эрцхаузен — 0,1 л/с, Глемс — 0,01 л/с, причем площади экранов этих бассейнов относятся как 7,3:1,6:1. Для сравнения укажем, что на ГАЭС Том-Сок (США), где экран выполнен из железобетонных плит со швами через 18 м, уплотненными латунными листами-компенсаторами, суммарный фильтрационный расход достигал 1100 л/с. После многократных ремонтных работ, во время которых дно было покрыто двойным слоем асфальтобетона толщиной 10 см, а нижняя часть откосов — торкретом, фильтрационные потери удалось снизить только в два раза [35, 55].В заключение укажем, что для противофильтрационного экранирования оросительных каналов и водохранилищ все чаще устраиваются бетоно-пленочные облицовки: по поверхности грунта расстилается стабилизированная полиэтиленовая пленка, сверху прикрываемая монолитным бетоном или сборными железобетонными плитами.
Грунтовые и особенно каменнонабросные плотины нуждаются в гидроизоляции для уменьшения фильтрации воды через них. Противофильтрационные элементы таких плотин устраиваются в виде суглинистых ядер и экранов, экранов и диафрагм из металла, железобетона и асфальта, а в последние годы еще в виде инъекционных завес и из новых полимерных материалов [13, 35, 55]. Очень остро стоит вопрос о противофильтрационном экранировании каменнонабросных плотин, для которых обязательны такие элементы, ибо они характеризуются повышенными .осадочными деформациями (табл. 6.13). Как видим, значительные осадки и их скорости, особенно в первый год после возведения плотины и наполнения водохранилища, создают большие трудности для работы экрана на верховом ее откосе. Например, особенно большие осадки тела плотины Сан-Габриэл (США), вызванные катастрофическим ливнем, с максимальной величиной до 1 м и скоростями до 5» Ю-5 см/с, привели к расстройству железобетонного экрана; поэтому такие экраны стали усиливать асфальтобетонными прослойками (см. табл. 6.4) или устраивать гибкие уплотнения из профильных резиновых лент либо латунных листов-компенсаторов. Все это очень усложняет и удорожает конструкции противофильтрационных экранов, вынуждая заменять их более экономичными асфальтобетонными. Примерно такое же положение создалось и с металлическими экранами. В Советском Союзе построена лишь одна плотина с таким экраном — Храмская (1946 г.); он работает удовлетворительно, но нуждается в постоянном уходе и возобновлении антикоррозионного покрытия. Поэтому и за рубежом не строятся плотины с металлическими экранами — можно назвать только одну плотину Агуада Бланка (Перу) высотой 45 м, у которой в 1970 г. был сделан экран из стальных листов толщиной 5 мм с антикоррозионным покрытием, температурными компенсационными швами через 10 м и периметральным швом, уплотненными мастичным герметиком, причем весь экран уложен на водонепроницаемую асфальтовую подготовку; он работает удовлетворительно [35]. Следует подчеркнуть, что сочетание жестких железобетонных плит с асфальтобетонной прослойкой ухудшает ее работу, а иногда делает необходимым ремонт экрана. Мы уже приводили данные о ремонте железобетонных плит на плотине Эль-Гриб в Алжире. Точно так же на одновременно построенной плотине Боу-Ханифия при осадках и смещении гребня плотины всего на 40 см железобетонные плиты постоянно растрескиваются, что потребовало ремонтов уже трижды — в 1938, 1964 и 1970 гг. На плотине Кри Вильденштейн (Франция) из-за расстройства поверхностных железобетонных плит образовалисьтрещины и в асфальтобетоне, в связи с чем в 1975 г. экран был перекрыт новым слоем асфальтобетона толщиной 10 см. Аналогичное положение возникло при устройстве асфальтобетонного экрана на плотине Варцихской ГЭС (Грузия) — выполненная ранее бетонная подготовка с швами через 10 м вызвала растрескивание асфальтобетона над ними. Подобное явление наблюдается при попытках перекрыть бетонное покрытие дорог и аэродромов асфальтобетонным покрытием — бетонное покрытие накапливает температурные деформации и сосредоточивает их в швах между плитами, что и приводит к растрескиванию асфальтобетона над швами. Учитывая это, американские инженеры при строительстве бассейна ГАЭС Лудингтон пошли на дробление бетонной подготовки мощными катками, чтобы избежать большихсосредоточенных деформаций вшвах. Гораздо рациональнее решен данный вопрос на алжирской плотине Эль-Гриб ( 6.11,а), где асфальтобетонный экран заключен между железобетонными плитами, но имеет слой литого асфальта для самозалечивания образующихся трещин, а в местах сосредоточения деформаций усилен, кроме того, армирующими прокладками ( 6.11,6). Действительно, при наполнении водохранилища в экране образовались трещины, но они быстро затампонировались литым асфальтом, и фильтрация прекратилась [35, 55]. В мировой практике плотиностроения утвердились асфальтобетонные экраны и диафрагмы ( 6.11, в и г) как наиболее прогрессивные и экономичные. Количество грунтовых плотин с асфальтобетонными противофильтрационными элементами все время возрастает ( 6.11,5); лишь за последние годы построены 44 крупные плотины с асфальтобетонными экранами и 22 плотины с асфальтобетонными диафрагмами (. 6.14), причем все они служат безукоризненно. Для Советского Союза такие конструкции относительно новы и часто встречают возражения, поэтому остановимся на них более подробно. С подобным же отношением встретились и австрийские инженеры при проектировании в 1970—1972 гг. уникальных плотин Ошеникзее с асфальтобетонным экраном высотой106 м и Финстерталь высотой149 м с асфальтобетонной диафрагмой. Поэтому на XI Конгрессе по большим плотинам в Мадриде ими была предложена сравнительная оценка [35] противофильтрационных элементов, приведенная в табл. 6.15 (Матер. XI Конгресса, т. III, вопрос 42, доклад 34), которая убедительно иллюстрирует преимущества асфальтобетонных экранов по надежности, долговечности и технологичности перед грунтовыми.
Асфальтобетонные экраны. Асфальтобетонные диафрагмы
Они обладают несомненными технико-экономическими преимуществами по сравнению с другими экранами. 1. Асфальтобетонным экранам присуща высокая надежность, причем, анализируя опыт их строительства за рубежом, можно заметить явную тенденцию к постепенному облегчению конструкций: вначале применяли асфальтобетонное покрытие толщиной 12—15 см на бетонной подготовке с защитой железобетонными плитами, затем стали использовать предложенную К- Тольке конструкцию, состоящую из двух слоев плотного асфальтобетона с дренирующей прослойкой из черного щебня или пористого асфальтобетона между ними — так называемый контрольный дренаж, главным образом на немецких, а в дальнейшем — на японских, французских и австрийских плотинах; в последние годы двухслойные экраны выполняют из пористого и плотных слоев асфальтобетона толщиной 12—15 см без защиты. 2. Асфальтобетонные экраны отличаются высокой надежностью: данные о тех из них, где были проведены натурные наблюдения за фильтрационным расходом в промежуточном контрольном дренаже, убедительно показывают, что средний коэффициент фильтрации асфальтобетонных покрытий составляет 7—10 см/с, т. е. весьма высок, причем некоторое просачивание происходило через сменные швы и случайно не уплотненные места. Для наглядности приведем отдельные случаи ремонтов экранов: а) на плотине Моравка (ЧССР) в 1964 г. из-за повышенной фильтрации воды при &ф=10-7 см/с экран был перекрыт дополнительным слоем асфальтобетона толщиной 8 см, после чего фильтрация полностью прекратилась; б) на плотине Тюльсфельдер (ФРГ), построенной в 1937 г., за 30 лет произошло повреждение асфальтобетона вследствие недостаточной его водоустойчивости—был использован мягкийкаменноугольный деготь; поэтому в 1967 г. устроили новый экран из доброкачественного уплотняемого асфальта; в) на плотинах Эль-Гриб и Боу-Ханифия (Алжир), как уже отмечалось, образовались трещины в экранах, так как был применен слишком жесткий битум типа БН 70/30; на этих плотинах протечки были ликвидированы благодаря слою самозалечивания; г) на алжирской плотине Квэд Сарно в 1952 г. на открытомэкране образовались трещины и фильтрация достигла 150 л/с, в связи с чем в 1961, 1965 и 1973 гг. были произведены частичные ремонты, но они успеха не принесли, так как до 25% поверхности экрана растрескалось; эта ошибка была учтена, и в дальнейшем на плотине Ирил Эмда был уже использован более мягкий битум типа БНД 40/60, что дало нужный эффект: суммарный фильтрационный расход через экран не превосходит 4 л/с, что соответствует среднему 10 см/с; д) на высокогорных американских плотинах Монтгомери (3250 м) и Альма (3562 м) экраны зимой при морозах до —40° С остаются обнаженными, что привело к возникновению температурных трещин размером 0,8—3 мм; е) отмечены мелкие трещины на экранах плотины Магасава (Япония) из-за слишком жесткого асфальтобетона, на плотине Хенне (ФРГ) в месте перегиба покрытия у бермы, оставленного без армирования, а также большая пористость асфальтобетона на норвежской плотине Форсватн (4-10 см/с), что было исправлено при небольших ремонтах. Других сведений о повреждениях асфальтобетонных экранов нет. 3. Несомненны и экономические преимущества асфальтобетонных экранов; так, стоимость экрана из пористого и плотного асфальтобетона общей толщиной 15—20 см не превышает 10 руб/м2 при трудозатратах не более 0,3 чел.-дн./м2, что вдвое экономичнее других экранов. Следует также подчеркнуть, что водонепроницаемый экран позволяет сократить и объем плотины благодаря уменьшению заложения откосов на каменно-набросной плотине до 1 : 1,3, а на песчаной — до 1 :2 и даже до 1 :1,75.К недостаткам асфальтобетонных экранов нужно отнести в первую очередь сложность их выполнения в северных районах, так как горячий асфальтобетон можно укладывать только при температуре выше +5° С и при отсутствии осадков; кроме того, для обеспечения трещиноустойчивости экранов при температуре ниже —45° С в асфальтополимербетон надо вводить значительные добавки эластомеров (свыше 10%), что удорожает и усложняет работы по его приготовлению и укладке. В северных районах при толщине льда в водохранилище более 1 м асфальтобетонный экран должен иметь толщину свыше 40 см [55]. Таким образом, асфальтобетонные экраны могут широко применяться в районах с умеренно континентальным климатом, тем более, что разработанные в последние годы асфальтоукладчики ивиброуплотнителиобеспечиваюткомплекснуюмеханизацию работ при уплотнении гидротехнического асфальтобетона. Способызакрепления краев асфальтобетонного экрана, которые должны тщательно уплотняться и защищаться от подмыва; эти места рекомендуется армировать металлической сеткой или стеклосеткой и пригружать камнем с литым асфальтом. Асфальтобетонный экран — это сравнительно тонкое и водонепроницаемое покрытие, вследствие чего его устойчивость на верховом откосе плотины может быть легко нарушена противодавлением под экраном при резких сбросах горизонта воды в водохранилище или при высоких волнах. Это требует тщательного дренирования экрана, более того — на ряде зарубежных плотин предусматривался промежуточный, контрольный дренаж. Мы не считаем целесообразным такое сложное покрытие, тем более, что в дальнейшем от него стали отказываться, но дренажная подготовка и выпуски просочившейся воды должны устраиваться обязательно. На6.13 приведены примеры таких решений. Весьма важно правильно выполнить примыкания асфальтобетонного гибкого экрана к жестким железобетонным сооружениям. На6.14 изображены рекомендуемые конструкции такихпримыканий,усиленных путем армирования покрытияи посредством герметизирующих шпонок; эти примыкания успешно работают уже много лет в местах сопряжения асфальтобетонных понуров с телом бетонной плотины на Нижнесвирской (1933 г.), Угличской и Рыбинской (1940—1942 гг.), Боткинской (1965) и других ГЭС ( 6.14,в). Асфальтобетонные диафрагмы. Являясь дальнейшим совершенствованием противофильтрационных элементов грунтовых плотин, они берут свое начало от металлических диафрагм на первых американских плотинах. Впервые такая диафрагма была установлена на плотине Лоуэр Отей в 1897 г. ( 6.15, в). Здесь Стальной лист толщиной 6,5—8,5 мм был покрыт слоем битума, армированным просмоленным брезентом и защищенным с обеих сторон слоем бетона в 30 см, но диафрагма не имела деформационных швов, а потому в 1916 г., т. е. через 19 лет, при переливе через ее верх слоя воды всего в 5 см диафрагма в течение 20 мин была разорвана и снесена на 15 км вниз по реке. Этот пример наглядно иллюстрирует основной недостаток металлических диафрагм — малую деформативную способность. В дальнейшем металлические диафрагмы выполнялись, как правило, из металлического шпунта с усилением ядрами из малопроницаемых грунтов: в Финляндии (1971 —1973 гг.) построены плотины Куурна (25 м) и Мело (40 м), в Гвинее (1963 г.) — плотина высотой 20 м. Применяются шпунтовые диафрагмы и на советских плотинах: Нижнесвирской (1933 г.), Угличской (1940 г.), Рыбинской (1941 г.), Норильской (1968 г.) и Серебрянской (1972 г.). К серьезным недостаткам шпунтовых диафрагм следует отнести фильтрацию через стыки («замки») шпунтин, что требует устройства специальных уплотнений. Правильно решен этот вопрос, по предложению П. Д. Глебова, на диафрагме Нижнесвирской плотины ( 6.15,а), которая успешно служит уже более 45 -лет без каких-либо признаков фильтрации. Ее конструкция является переходной к асфальтобетонным диафрагмам. К настоящему времени построены 22 плотины с такими диафрагмами и накоплен значительный опыт их эксплуатации, в том числе на высоких (107 и 102 м) плотинах Хиг Ислэнд в Гонконге ( 6.15,г), Финстерталь в Австрии; на последней при общей ее высоте 149 м диафрагма имела высоту 93 м (табл. 6Л4 и6.11, г) при наибольшей толщине всего 70 см («Энергетическое строительство», 1979 г, № 1). Впервые асфальтобетонная диафрагма была сооружена на плотине Валь де Гайо в Португалии; здесь слой горячего литого асфальтобетона был нанесен поверх каменной кладки, а затем усилен суглинистым грунтом верхового клина плотины и асфальтобетонным экраном на поверхности верхового откоса, в связи с чем трудно считать высокую водонепроницаемость этой плотины(65,6 м), фильтрационный расход в дренаже которой не превышает 1 л/мин, результатом работы именно диафрагмы. Наклонные диафрагмы были устроены на австрийской плотине Ротгюлдензее, французской плотине Ластиоль и ряде немецких плотин; такие диафрагмы выполнялись из литого асфальта с втапливанием в него мощными вибраторами (по 8 т) до 40% камней, иногда диаметром до 70 см. Благодаря высокой производительности асфальтовых работвозведение диафрагм не отставало от укладки каменной наброски и грунтовой насыпи [35]. В дальнейшем западногерманская фирма «Страбаг» разработала специальный высокоэффективный асфальтоукладчик, укладывающий и уплотняющий крупнозернистый гидротехнический асфальтобетон (табл. 6.17) слоями по 20 см. Весьма интересен опыт строительства диафрагм на уникальных плотинах Хиг Ислэнд в Гонконге. Эти высокие плотины в сильно сейсмичном районе ( 6.15, г) имели асфальтобетонные вертикальные диафрагмы толщиной до 120 см. В нижней части каждой плотины была устроена контрольная дренажная галерея, а с низовой стороны выполнена дополнительная диафрагма толщиной 60 см, отделенная от основной песчаной прослойкой толщиной 2,8 м ( 6.16). В 1974—1978 гг. одновременно возводились две плотины: западная и восточная, что потребовало большого объема асфальтобетонных работ («Wasser-wirtschaft», 1976, № 9).
Интенсивные асфальтовые работы были начаты еще в период подготовки строительства, так как плотины строились в лагуне, в связи с чем котлован был отгорожен перемычкамивысотой до 40 м. Эти перемычки возводились путем наброски камней в воду; сверху они покрывались противофильтрационным экраном из горячей битумно-песчаной смеси, заливаемой под воду из шаланд, с помощью которых свыше 100 тыс. т асфальтовой смеси было уложено всего за четыре месяца. Сверху асфальтовый экран был пригружен крупными камнями массой до 21 т, ибо расчетная высота волны достигает12 м. Для возведения диафрагм из жесткого крупнозернистого асфальтобетона фирма «Страбаг» построила асфальтобетонные заводы производительностью 140 и 180 т/ч и использовала три специальных асфальтоукладчика, к которым смесь подвозилась 12 автосамосвалами грузоподъемностью по 12 т. Таким образом было уложено 50 000 т асфальтобетона всего за пять месяцев, а строительство плотин объемом 6 и 4 млн. м3 завершено за 2,5 и 2,3 года. Эти цифры убедительно демонстрируют преимущества асфальтобетонных диафрагм и т.е перспективы для комплексной механизации работ, которые они создают благодаря своей простоте. Исследования ВНИИГа показали, что в условиях сурового климата наиболее целесообразны диафрагмы из литого или пластичного гидротехнического асфальтобетона следующего ориентировочного состава (%): Нефтяной битум марки БНД 40/60 8—12; Щебень крупностью до 15 мм или гравий той же крупности 30—40; Разнозернистый песок крупностью до 5 мм 35—40; Минеральный порошок или отходы цемента 20—25.
Пластичный асфальтобетон может быть легко приготовлен на обычных дорожных асфальтобетонных заводах, перевозиться автосамосвалами и благодаря пластичной консистенции укладываться путем заливки в скользящую опалубку, что позволяет вести работы и на морозе, и в дождь. Высокая технологичность представляет несомненное преимущество этого противофильтрационного устройства, а хорошая деформативная способность асфальтобетона увеличивает надежность диафрагмы при повышенных осадках каменнонабросной плотины. Отметим попутно, что скорости деформации каменной наброски составляют 10~7— 10~6 см/с, т. е. примерно такие же, как и скорости деформации в асфальтовых шпонках деформационных швов бетонных гидросооружений (см. § 3.1), которые, как показала многолетняя практика, работают вполне надежно и в суровом климате. Поэтому асфальтобетонная диафрагма представляется вполне надежной в самых разнообразных климатических условиях («Гидротехническое строительство», 1969, № 11; 1970, № 3).Состав асфальтобетонной смеси надо подбирать исходя из максимальной плотности минерального скелета. Как и всякий гидроизоляционный материал,гидротехнический асфальтобетон характеризуется длительной водоустойчивостью: водопоглощением, набуханием и изменением прочности — коэффициентом водоустойчивости kw = Rw/R20 после продолжительного выдерживания в воде. Весьма интересны проектные проработки Ленгидропроекта применительно к Тельмамской каменнонабросной плотине нар. Мамакан ( 6.18).
Технико-экономическое сравнение вариантов противофильтрационных элементов при отсутствии местных суглинков показало, что наиболее эффективными и экономичными в северных условиях являются два типа диафрагм: а) асфальтобетонная диафрагма из литого гидротехнического асфальтобетона толщиной 1,8—0,4 м без температурных и деформационных швов и с сопряжением с бортами каньона посредством асфальтовой шпонки, строительством донной потерны и усилением шпонки обклейкой армированными матами; б) металлическая диафрагма из стальных листов толщиной 12—18 мм, свариваемых в карты размером 4Х10 м и соединяемых шпунтовыми замками, которые, в свою очередь, оклеиваются армированными матами, после чего вся диафрагма с обеих сторон окрашивается эпоксидно-каменноугольной мастикой; кроме того, в сопряжениях устраиваются компенсирующие швы. Асфальтобетонные диафрагмы обладают перечисленными ниже технико-экономическими преимуществами. 1. Вертикальная внутренняя диафрагма защищена от всех внешних воздействий и находится в благоприятных температурных условиях, что в сочетании с термопластичностью асфальтобетона обеспечивает ее повышенную надежность и водонепроницаемость при значительных осадках, горизонтальных деформациях тела плотины и сейсмической активности. 2. Литой гидротехнический асфальтобетон отличается высокой водоустойчивостью при длительном воздействии воды, расчетной долговечностью свыше 200 лет, способностью к релаксации температурных или силовых напряжений и к самозалечиванию случайно образовавшихся трещин и неплотностей. 3. Горячему асфальтобетону литой или пластичной консистенции присуща высокая технологичность, что позволяет комплексно механизировать работы, используя для этой цели дорожные асфальтобетонные заводы и автосамосвалы, а укладку его производить простой заливкой в скользящую опалубку при любых температурно-влажностных условиях, даже на морозе и под водой, при средней стоимости 34 руб/м3 и трудозатратах 0,52 чел.-дн./м3. 4. Простота технологии, минимальное количество привозных материалов (только битум — не более 10% от общей их массы) и ликвидация сезонности работ представляют особые преимущества в условиях северных и отдаленных районов. В настоящее время рассматривается возможность осуществления асфальтобетонных диафрагм на крупных каменнонабросных плотинах.
Пленочные противофильтрационные устройства
Их стали применять лишь в последние годы. Один из первых пленочных экранов был осуществлен на плотине Добчина (ЧССР), на которой, по предложению О. Хобста, была использована пленка из пластифицированного поливинилхлорида «изофол-ББ» толщиной 1,1 мм. Весьма существенно, что наблюдения за этой пленкой в подводных условиях показали, что ПВХ практически не стареет, хотя и его прочность при растяжении возросла с 12 до 18,5 МПа, т. е. 1,5 раза, растяжимость также увеличилась с 180 до 380% — более чем в два раза. Это значит, что вода действует на изофол с весьма удачно подобранным фирменным пластификатором как своеобразный пластификатор — повышает пластичность материала, не снижая его прочности [40]. Изофол широко применяется в ЧССР для экранирования плотин и водохранилищ, наглядным примером чему может служить плотина Обернице («Vodni Stavby», 1969, № 1). Эта плотина с суглинистым экраном, построенная в 1966 г., имела большую водопроницаемость (до 11 л/с), а потому в 1971 г. был произведен ремонт экрана —каменная его пригрузка была снята и на спланированный суглинок уложили пленку изофола-ББ толщиной 0,9 мм с пригрузкой защитным слоем грунта (1,3 м), после чего было вновь уложено каменное крепление ( 6.19). Швы пленки сваривались импульсным высокочастотным нагревателем и все покрытие защищали пергамином. Особое внимание уделялось сопряжениям с бетонными сооружениями, где пленка укладывалась между двумя слоями полимер-битумного рулонного материала «склобит», после чего все три слоя сжимались при прогреве, что придавало сопряжениям высокую водонепроницаемость. Но собственно экраном системы Хобста в Чехословакии называют железобетонный экран из сборных плит особой конфигурации с прокладкой изофола ( 6.20) между двумя слоями пергамина, укладываемый на дренажный слой черного щебня толщиной 0,8 м с выравниванием цементной штукатуркой (50 мм). Следует подчеркнуть, что разработка экрана системы Хобста была вызвана ненадежностью бетонных экранов со швами, уплотненными резиновыми профильными лентами, на плотинах Скалка (плиты 3,5X8,4X0,25 м) и Нирско (плиты 12Х12Х Х0,4 м). Экран же с пленкой изофола по системе Хобста стоит всего на 16,2% дороже, но обеспечивает полную водонепроницаемость плотин Добчина, Ладштейн и др. («Vodni Stavby», 1976, № 3—4). Железобетонный экран аналогичной конструкции был выполнен в 1959 г. на плотине Контрада Сабетта в Италии, но для его гидроизоляции служила полиизобутиленовая пленка «опанноль» толщиной 2 мм, наклеенная на горячем битуме поверх пенобетонного дренажного слоя; все покрытие заключено между железобетонными плитами. Для сравнения укажем, что на плотине Позо де Лос Рамос высотой до 97 м, предназначенной для создания водохранилища в системеводоснабжения Мадрида, экран состоит из 5—10 слоев железобетона общей толщиной 35—70 см с гидроизоляцией, пластифицированной поливинилхлоридной пленкой. Успешно применяются полимерные пленки и для экранирования грунтовых плотин, например Терцаги (Мишн) в Канаде, высотой 61 м, где суглинистый экран был усилен ПВХ-пленкой толщиной 0,8 мм, а также противофильтрационная диафрагма на Атбашинской плотине в Киргизии (см. табл. 6.10), состоящая из трех слоев полиэтиленовой пленки толщиной 0,6 мм. Эти сооружения работают вполне удовлетворительно [40].
Противофильтрационные элементы усиленной конструкции
Они служат для дальнейшего совершенствования противофильтрационных устройств. Приведем несколько примеров применительно к элементам из гидротехнического асфальтобетона. 1. Многослойные асфальтобетонные экраны с дренажной прослойкой из черного щебня или биндера ( 6.21) осуществлены на ряде зарубежных плотин, однако в последние годы от них все чаще отказываются по экономическим соображениям, ибо они имеют излишние запасы [35]. Все же при необходимости высокой водонепроницаемости экрана, повышения его трещиноустойчивости или при повышенных ледовых либо волновых нагрузках такая конструкция экрана может оказаться вполне рациональной. Например, в бассейне Белоярской АЭС была осуществлена такая прослойка (см. табл. 6.8), и более чем 20-летняя эксплуатация экрана свидетельствует о высокой ее надежности. В районах с суровым климатом при температуре ниже —50" С, толщине льда более 1 м или расчетной высоте волны более 3 м для плотных слоев таких экранов можно рекомендовать асфальтополимербетон с добавкой к битуму 5—10% каучука или термоэластопласта (см. табл. 1.3) и поверхностной обработкой полимербитумными сплавами [65]. Такая конструкция может оказаться эффективной и при экранировании различных очистных сооружений; например, на складе огарков ПО «Фосфорит» (г. Кингисепп), где требовалась повышенная водонепроницаемость, экран был выполнен из двух слоев полиэтиленовой пленки с промежуточной дренажной прослойкой из крупного песка.Этот экран, стоимостью всего 1,6 руб/м2, обеспечил полное отсутствие фильтрации при сбросе огарков с подвесной дороги, находящейся на высоте 30 м. 2. При интенсивных ледовых воздействиях вполне целесообразен комбинированный экран из асфальто- и железобетонных покрытий ( 6.22). Экран такой конструкции осуществлен на многих плотинах, построенных в 30—40-х годах [34 и 55], однако затем их перестали применять из-за излишней сложности. Все же на высоких плотинах при толщине льда в водохранилище более 2 м данная конструкция может оказаться рациональной и экономически выгодной. Например, на ограждающей морской дамбе у плотины Хиг Ислэнд (Гонконг) при расчетной высоте волны асфальтовый экран был пригружен каменными блоками массой до 21т; намолу во французском порту Дюнкерк при расчетной высоте волны 4,5 м было выполнено асфальтобетонное крепление толщиной 70 см;такое же крепление было устроено вбассейне ГАЭС Лудингтон при расчетной толщине льда до 5,5 м; во всех этих случаях можно уменьшить общую толщину экрана, если использовать комбинированное покрытие, приведенное на6.22, или сборные элементы с асфальтовой прослойкой (авт. свид. № 258117, 1966 г.). 3. При проектировании высоких каменнонабросных плотин на Крайнем Севере или в районах высокой сейсмичности из-за опасений в надежности внутренних асфальтобетонных диафрагм предлагают увеличить их толщину свыше 1 м и даже до 3 м. Например, на плотинах Хиг Ислэнд высотой 107 и 102 м при напоре более 50 м диафрагмы были усилены второй диафрагмой толщиной 0,6 м, отделенной от основной песчаной прослойкой, причем толщина основной диафрагмы была увеличена до 1,2 м (см.6.15). Это было вызвано стремлением повысить трещи-ноустойчивость диафрагмы в районе девятибалльной сейсмичности («Water Power», 1975, № 1). В северных условиях из-за трудностей уплотнения каменной наброски осадки низового клина плотины могут достигать 7% высоты, а горизонтальные сдвиги — 50% от осадки, при среднемноголетней температуре в некоторых районах —8 и даже —11° С. Трещиноустойчивость асфальтобетонных диафрагм можно повысить прежде всего использованием полимербитумных вяжущих, которые имеют температуру хрупкости до —50° С и даже при —30° С обладают растяжимостью до 10%; однако трещиноустойчивость диафрагм может быть повышена и конструктивно ( 6.23) — путем устройства комбинированной асфальтопластмассовой диафрагмы (авт. свид. № 355289, 1970 г.); в ней слой пластмассовых листов защищает случайно образовавшиеся из-за температурных или сейсмических воздействий трещины от засорения грунтом и обеспечивает их последующее самозалечивание за счет пластичного течения асфальтобетона. Вторым кардинальным способом повышения трещиноустойчивости асфальтобетонных диафрагм является устройство в их середине пластичной прослойки из асфальтовой мастики с электрообогревом (авт. свид. № 246387, 1966 г.). Такая прослойка обеспечивает повышенную водонепроницаемость диафрагмы благодаря избыточному напору столба мастики, превосходящему внешнее гидростатическое давление воды верхнего бьефа вследствие разности плотности мастики и воды (в 1,7 раза). Нетрудно подсчитать, что избыточное давление внутри прослойки будет изменяться от 0,25 МПа в районе НПУ до 0,12 МПа в основании диафрагмы высотой 20 м и до 0,6 МПа при высоте 100 м. Расчеты показывают, что при температуре +1°С, высоте плотины около 60 м и возможной скорости горизонтальных смещений 10~7 см/с толщина прослойки должна быть не менее 20 см, а при использовании полимербитумной мастики и тех же расчетных условиях — не более 5 см.
Нормативные документы.
1. СНиП I-B.25—66. Кровельные, гидроизоляционные и пароизоляционные материалы на органических вяжущих.
2. СНиП I-B.27—71. Защита строительных конструкций от коррозии. Материалы и изделия, стойкие против коррозии.
3. СНиП I-B.17—62. Битумные и дегтевые вяжущие.
4. СНиП 1-В.15—69. Материалы и изделия на основе полимеров.
5. СНиП 11-26—76. Кровли. Нормы проектирования.
6. СНиП III-B.20—76. Кровли, гидроизоляция и пароизоляция. Правила приемки и производства работ.
7. СНиП III-B.6—62. Защита строительных конструкций от коррозии. Правила производства и приемки работ.
8. СН 301—65. Госстрой СССР. Указания по проектированию гидроизоляции подземных частей зданий и сооружений.
9. СНиП II-11--77. Защитные сооружения гражданской обороны. Нормы проектирования.
10. СН 262—67. Госстрой СССР. Указания по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций.
11. СН 266—63. Правила защиты металлических сооружений от коррозии.
12. СНиП П-А.6—62. Строительная климатология и геофизика. Основные положения проектирования.
13. СНиП.П-54—77. Плотины бетонные и железобетонные. Нормы проектирования. СНиП П-53—73. Плотины из грунтовых материалов. Нормы проектирования.
14. ВСН 37—70. Минэнерго СССР. Гидроизоляция энергетических сооружений. Нормы проектирования. Энергия, 1971.
15. ВСН 8-115—64. Минэнерго СССР. Гидроизоляция энергетических сооружений. Указания по производству работ. Энергия, 1966.
16. ВСН 23—69. Минэнерго СССР. Инструкция по устройству асфальтовой штукатурной гидроизоляции горячим способом. Энергия, 1970.
17. ВСН 17—68. Минэнерго СССР. Временная производственная инструкция по проектированию и устройству асфальтобетонных монолитных облицовок гидротехнических сооружений. Энергия, 1967.
18. ВСН 6—65. Минэнерго СССР. Временная инструкция по приготовлению и применению гидрофобных порошков в энергостроительстве. Энергия, 1966.
19. РСН 295—77. Госстрой УССР. Указания по проектированию гидроизоляции и кровель на основе битумных н битумно-полимерных эмульсионных мастик. «Буд1вельник», 1979.
20. ВСН 93—73. Минтрансстрой СССР. Инструкция по строительству дорожных асфальтобетонных покрытий. Транспорт, 1973.
21. П 13—78. Руководство по устройству холодной асфальтовой гидроизоляции и безрулонных кровель. Энергия, 1979. П 62—77. ВНИИГ. Рекомендации по применению битумно-асбестовой эмульсионной мастики БАЭМ для устройства безрулонных кровель (Дополнение к П 13—73 ВНИИГ). Энергия, 1977.
22. ВСН 2-79—76. Миннефтегазстрой СССР. Инструкция по составам н технологии нанесения гидроизоляционных покрытий для железобетонных конструкций. ВНИИСТ, 1977.
23. П 53—73. ВНИИГ. Руководство по применению бнтумно-полимер-ных гидроизоляционных материалов. Энергия, 1977.
24. П 52—76. ВНИИГ. Руководство по окрасочной гидроизоляции энергетических сооружений. Энергия, 1977.
25. П 26—75. ВНИИГ. Руководство по пропиточной гидроизоляции железобетонных и асбестоцементных строительных изделий. Энергия,1976
26. ВНИИГ. Руководство по антикавитационной защите бетонных конструкций гидротехнических сооружений эпоксидными материалами. Энергия, 1973.
27. П 02—73. ВНИИГ. Временные указания по применению коллоидного цементного раствора н активированного торкрета для гидроизоляции энергетических сооружений. Энергия, 1976.
28. ВСН 6/118—74. Минморфлот и Минтрансстрой СССР. Указания по обеспечению долговечности бетонных и железобетонных конструкций морских гидротехнических сооружений. Рекламбюро ММФ СССР, 1976.
29. ВСН 07—67. Минэнерго СССР. Временная производственная инструкция по устройству окрасочной эпоксидной гидроизоляции железобетонных н асбестоцементных поверхностей. Энергия, 1968. Рекомендуемая литература.
30. Агаджанов В. И. Экономика повышения долговечности н коррозионной стойкости строительных конструкций. Стройнздат, 1976.
31. Бовин Г. П. Возведение водонепроницаемых сооружений нз бетона н железобетона. Стройиздат, 1969.
32. Бондарь К- Я-, Ершов Б. Л., Соломенко М. Г. Полимерные строительные материалы. Справ, пос. Стройиздат, 1974.
33. Борисов Г. В. Механизация гидроизоляционных работ. Стройнздат, 1978.
34. Вайнер А. Л. и др. Поведение естественных заземлнтелей, покрытых битумом.— Электрические станции, 1970, № 8.
35. Ван Асбек В. Ф. Применение битумов в гидротехническом строительстве. Пер. с нем. Энергия, 1975.
36. Волков М. И., Борщ И. М., Королев И. В. Дорожно-строительные материалы. Транспорт, 1965.
37. Воробьев В. А. Производство н применение пластмасс в строительстве. Стройиздат, 1965.
38. Гезенцвей Л.Б. и др. Дорожныйасфальтобетон. Транспорт, 1976.
39. Глебов П. Д. Изоляция гидротехнических сооружений. ОНТИ, 1938; Применение битумов в гидротехническом строительстве, ОНТИ, 1937.
40. Глебов В. Д. Применение пластмасс в гидротехническом строительстве. Энергия, 1975.
41. Дубинин И. С, Климова М. М. Коллоидные цементные растворы и другие виды цементной гидроизоляции для гидротехнического строительства. Энергия, 1976.
42. Дышат А., Н., Покровский Н. С. Эпоксидно-каучуковые покрытия для антикоррозионной и антикавитационной защиты конструкций энергетических сооружений. Энергия, 1974.
43. Елшин И. М. Применение пластических масс в ирригационном строительстве. Колос, 1976.
44. Земзеров С. Н. Механизация герметизационных работ в гидромелиоративном строительстве. Стройиздат, 1976.
45. Золотарев В. А. Долговечность дорожных асфальтобетонов, Внща школа, Харьков, 1977.
46. Искрин В. С. и др. Гидроизоляция ограждающих конструкций промышленных и гражданских сооружений. Стройнздат, 1975.
47. Кисина А. М. н др. Новые гидроизоляционные н кровельные материалы и их долговечность. Энергия, 1979.
48. Колбановская А. С, Михайлов В. В. Дорожные битумы. Транспорт, 1973
49. Кричевская Е. И., Аврутин Ю. Е., Фоломин А. И. Железобетонные крышн жнлых н общественных зданий. Стройиздат, 1971.
50. Кричевская Е. И. Индустриальные покрытия жнлых зданий с кровлями из рулонных материалов. ЦИНИИС, 1976.
51. Михайлов Н. В., Горшенина Г. И. Полимербитумные изоляционные материалы. Недра, 1967.
52. Мощанский А. Н. и др. Хнмнческн стойкие мастикн, замазкн и бетоны на основе термореактнвных смол. Стройиздат, 1968.
53. Нечаев Г. А., Федотов Е. Д. Применение пластмасс для гидроизоляции зданий. Стройиздат, 1965.
54. Попченко С. Н. Справочник по гидроизоляции сооружений. Стройнздат, 1975.55. Попченко С. Н., Касаткин Ю. Н., Борисов Г. В. Асфальтобетонные облицовки н экраны гидротехнических сооружений. Энергия, 1970
56. Попченко С. Н. Холодная асфальтовая гидроизоляция. Изд. 3-е. Стройиздат, 1977.
57. Ребиндер П. А. Фнзико-химнческая механика. Знание, 1958.
58. Руденская И. М., Руденский А. В. Реологические свойства битумо-минеральных смесей. Высшая школа, 1968; Реологические свойства битумов*. Высшая школа, 1967.
59. Руденский А. В. Обеспечение эксплуатационной надежности дорожных асфальтобетонных покрытий. Транспорт, 1975.
60. Рыбьев И. А. Технология гидроизоляционных материалов. Высшая школа, 1964; Асфальтовые бетоны. Высшая школа, 1969.
61. Сафрончик В. И. Защита подземных трубопроводов антикоррозионными покрытиями. Стройнздат, 1977.
62. Сахаров В. И., КудояровЛ. И., Нечаев Г. А. Теплогидронзоляция железобетонных конструкций гидросооружений в районах с суровым климатом. Информэнерго, 1974.
63. Симановский Л. М., Кисина А. М. Опыт применения гидроизоляционных материаловнаоснове этнленпропнленовых каучуков.ЛДНТП, 1974.
64. Смирнов Н. А. Теплогидронзоляционная защита гидросооружений. — Труды координац. совещ. по гидротехнике, № 43, Энергия, 1968.
65. Стабников Н. В. Асфальтополнмерные материалы для гидроизоляции промышленных н гидротехнических сооружений. Стройнздат,1975.
66. Сулейманова 3. Г. Полимерные материалы в борьбе с коррозией. Азгосиздат, Баку, 1975.67. Хасин Б. Ф. Полимерные герметики в гидротехническом строительстве. Энергия, 1976.
68. Хойберг А. Д. и др. Битумные материалы. Пер. с английского Химия, 1974.
69. Хрулев В. М. и др. Основы технологии полимерных материалов. Вышэйшая школа, Минск, 1975.70. Циганек В. Гидроизоляция. Перевод с чешск. Стройнздат, 1961.
71. Чураков А. И. Производство специальных работ в гидротехническом строительстве. Стройиздат, 1976.72. Штейн И. И. Новые материалы для крупнопанельных крыш. Стройиздат, 1966.
73. ЩавелевН. Ф.Деформационныешвы гидросооружений.Энергия,
74. Ярмоленко Н. Г., Искра Л. И. Справочник по гидроизоляционным материалам для строительства. Будивельннк, Киев, 1972. Диссертации.
75. Абдуллаев Т. Ш. Исследования холодных гидроизоляционных материалов для строительства в Узбекистане. ТашИИТ, Ташкент, 1969.
76. Алавердян Р. А. Исследование водохозяйственных водохранилищ Армянской <-СР с полимерными пленочными экранами. ВНИИГ,1976
77. Бабенко В. П. Исследование и совершенствование процесса разогрева битумов, применяемых в строительстве, низкотемпературными разогре-вателями. ВНИИГ, 1974.
78. Беленький Б. С. Исследование свойств и разработка технологии активированного торкрета для использования в энергетическом строительстве. ВНИИГ, 1971.
79. Богданов Ю. А. Исследование технологии устройства кровельных покрытий из холодных асфальтовых мастик. НПИ, Новочеркасск,1965.
80. Борисов Г. В. Разработка способов комплексной механизации работ по устройству асфальтобетонных облицовок и экранов гидротехнических сооружений. ВНИИГ, 1974.
81. Гегелия Д. И. Водонепроницаемость дорожных асфальтобетонных покрытий и пути ее регулирования. СоюзДОРНИИ, 1974.
82. Гезенцвей Л. Б. Асфальтовые бетоны из активированных минеральных материалов. СоюзДОРНИИ, 1970 (докт. дис).
83. Гохман Л. М. Регулирование процессов структурообразования и свойств дорожных битумов с добавками дивинилстирольных термоэласто-пластов. СоюзДОРНИИ, 1974.
84. Давиденко В. М. Исследование асфальтокерамзитобетонной тепло-гидроизоляциибетонныхгидротехническихсооружений. ВНИИГ, 1975.
85. Довмат Т. А. Исследования холодных асфальтовых мастик как гидроизоляционного материала для гидротехнического строительства в условиях Туркменской ССР. ВНИИГ, 1974.
86. Дымант А. Н. Исследование полимерных покрытий для антикавитационной защиты железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в особо сложных условиях. ВНИИГ, 1973.
87. Елшин И. М. Применение полимерных материалов для облицовок гидросооружений ирригационных систем. ВНИИГ, 1974(докт. дис).
88. Жданов Ю. К. Исследование возможности применения асфальтовых покрытий для укрепления откосов подтопляемых насыпей и водоотводов в условиях Сибири. НИИЖТ, Новосибирск, 1973.
89. Завражин Н. Н. Исследование технологии устройства мастичных кровель,армированных рубленымстекловолокном. ЦНИИОМТП, 1970.
90. Земзеров С. Н. Исследование и выбор основных параметров машин для герметизации швоввбетонных облицовках каналов. ЛИСИ, 1972.
91. Колбановская А. С. Исследование дисперсных структур в нефтяных битумах с целью получения оптимального материала для дорожного строительства. МИИНиГП, 1967 (докт. дис).
92. Королев И. В. Структура и свойства дорожных теплых асфальтобетонов. МАДИ, 1975 (докт. дис).93. Крашенинников А. Н. Ячеистые бетоны и пластмассы для монолитной изоляции труб. ВНИИГ, 1970 (докт. дис).
94. Кричевский И. Е. Исследование вопросов применения полиэтилена в конструкциях противофильтрационных устройств плотин из местных материалов. ВНИИГ, 1966.95. Лукинский О. А. Исследование полимерных герметизирующих материалов и деформационных швов гидротехнических сооружений. ВНИИНСМ, 1971.
96. Лысенко В. П. Экспериментальные исследования пленочных противофильтрационных устройств плотин из местных материалов. ВНИИГ,1973.97. Манина Л. И. Исследование технологии комплексно-механизированной безрулонной гидроизоляции на основе эмульбита. ХИСИ, Харьков,1974.
98. Миронов А. А. Исследование и расчет полимерных пленочных экранов гидротехнических сооружений на лёссовых просадочных грунтах. ВНИИ-ГиМ, 1972.
99. Нечаев Г. А. Некоторые вопросы гидрофобной гидроизоляции подземных конструкций. ВНИИГ, 1962.
100. Орлов Б. Н. Исследование эпоксидных композиций для гидротехнического строительствавсуровых климатических условиях.ВНИИГ,1970.
101. Павлюк О. Т. Исследование и разработка водоустойчивых глино-битумных эмульсионных материалов гидроизоляционного назначения. ДИСИ, Днепропетровск, 1977.102. Покровский В. М. Исследования долговечности, структурно-механических и защитных свойств битума, стабилизированного материалами органического и кремнийорганического происхождения. ДИСИ Днепропетровск, 1972.103. Поляков Л. М. Исследования полисульфидиых герметиков и технологии их применения в стыковых соединениях трубопроводов ВЗИСИ Москва, 1978.
104. Раб И. И. Исследование порошкообразных эмульгаторов и битумнйх паст, используемых в холодном асфальтовом бетоне. СибАДИ, 1975.
105. Розенталь Д. А. Изучение процесса образования битумов для окисления гудронов. ЛТИ, 1972 (докт. дис).
106. Саминский М. Б. Исследование и разработка методов оценки эксплуатационных свойств тиоколовых герметиков, применяемых в стыках крупнопанельных зданий. АКХ им. К- Д. Памфилова, 1973.107. Сафрончик В. И. Исследование эпоксидных покрытий для защиты подземныхтрубопроводовэнергетическихсооружений.ВНИИГ, 1970.108. Сахаров В. И. Исследование пеноэпоксидной теплогидроизоляции гидротехнических сооружений. ВНИИГ, 1972.
109. Стабников Н. В. Исследование гидроизоляционных материалов для уплотнения деформационных швов гидросооружений. ВНИИГ, 1969.
110. Ткемаладзе Р. К- Исследование холодной асфальтовой гидроизоляции в условиях отрывающего гидростатического напора грунтовых вод ГрузПИ им. В. И. Ленина, 1972.111. Урьев Н. Б. Образование и разрушение дисперсных структур в условиях действия вибрации и поверхностно-активной среды. ИФХ АН СССР 1974 (докт. дис).
112. Фролова М. К- Исследования битумно-найритовых композиций как гидроизоляционного материала. ВНИИГ, 1973.
113. Хасин Б. Ф. Исследование эпоксидно-каучуковых оклеечных герметиков для сборных облицовок каналов. ВНИИНСМ, 1971.
114. Хорунжий В. И. Исследование и разработка фундаментов для устранения кренов башенных копров. КИСИ, Киев, 1972.
115. Щавелев Н. Ф. Исследования уплотняющих устройств деформационных швов крупных гидротехнических сооружений. ВНИИГ, 1973 (докт дис).
116. Ярмоленко Н. Г. Совершенствование методов производства после-моитажных работ в жилищном домостроении. КИСИ, Киев, 1974.
отрывки из книги для ознакомительного изучения
| UP |
| 125130.ru |