Пропиточная гидроизоляция сборных элементов
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 материала — бетонополимера.
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-оболочек — для 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 воды-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 — асфальте-нов, 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; система обогреваемых циркуляционных битумопроводов 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-насос и 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 понижении
Пропитка 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 f,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 at, 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 иод 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 кислотостойкости 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 петрола-тума 2 коп/кг такая гидроизоляция стоит около 2 руб/м2, стирол-мономер— 43 коп/кг, метилметакрилат — 2,5 руб/кг; бето-нополимер 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.