§ 2.2. Пропиточная гидроизоляция сборных элементов (ч. 3)
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 ПКЖ, трубы), к которым можно подключать вакуум-насос и создавать разрежение внутри них (рис. 2.6, а).
Аналогичный эффект достигается и при скачках температуры пропиточной ванны (рис. 2.6, б), когда при повышении температуры пар вырывается наружу, а при ее понижении внутри пор создается вакуум. Рекомендуемые температурные режимы работы пропиточных ванн приведены на рис. 2.6 и в табл. 2.15, а продолжительность основных операций указана в табл. 2.16.
Продолжительность операций пропиточной установки
Материал изделия Пропитывающий материал Продолжительность, ч сушки пропитки охлаждения всего Пропитка в открытых ваннах Железобетон Нефтяной битум БНД 40/60 Каменноугольный пек Петролатум 8—15 8—15 10—20 17—22 15—20 6—12 3—8 5—12 2—5 28—45 28—47 18—37 Асбестоцемент Каменноугольный пек Петролатумом 7—15 7—15 9—16 3—8 3—4 1—2 19—35 11—25 Пропитка в автоклавах Железобетон Нефтяной битум БНД 40/60 Каменноугольный пек Петролатум 6—12 6—12 7—13 5—10 4—9 2—5 3—8 5—12 2—5 14—30 15—33 11—23 Асбестоцемент Каменноугольный пек Петролатум 6—12 7—13 3—6 1—2 3—4 1—2 12—22 8—16
Указанные нормы установлены в предположении, что в течение цикла пропитки проводятся два температурных скачка, а гарантированная глубина пропитки плотного бетона не менее 15 мм, асбестоцемента — не менее 4 мм.
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 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 σt определяемых формулой
где Еб — модуль упругости бетона; αб — КЛРТ бетона ( αб = 1,1·10 –5 1/°С; t°н — температура на поверхности изделия; t°вн — то же, внутри изделия; Rz — предел прочности бетона при растяжении;
- 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 (см. табл. 2.16).
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 бетонополимера до 150 и даже 250° С, что позволяет успешно использовать его при высоких эксплуатационных температурах. Осуществляется также пропитка при повышенной температуре следующими мономерами:
- хлорвинилом ( tхр = –14° С; tст = 75° С);
- винилиденхлоридом ( tхр = 32° С; tст = 100° С);
- третичным бутилстиролом ( tхр = 218° С; tст = 145° С);
- смесью 90 % стирола +10 % полиэфира ( tхр = 135° С; tст = –90° С);
- смесью 90 % диалилфталата + 10 % метилметакрилата ( tхр = 204° С; tст = 365° С);
- хлорстиролом ( tхр = 180° С; tст = 93° С);
- триметилолпропантриметилакрилатом + стирол ( tхр = 232° С; tст = 392° С).
Нами совместно с Е.Д. Федотовым предложено пропитывать бетон указанными ниже компаундами с реакционноспособными разбавителями (в %):
CKп-100 (вязкость 0,54 Па·с) Каменноугольный пек, битум Стирол-мономер Перекись бензоила (сверх 100) 50 50 0,5 ФКп-100 (вязкость 2,35 Па·с) Каменноугольный пек Фурфурол, фуриловый спирт Солянокислый анилин 50 50 0,25 МКп-100 (вязкость 1,37 Па·с) Каменноугольный пек, битум Метилметакрилат Перекись бензоила (сверх 100 %) 50 50 1 ЭМ-75 (вязкость 1,28 Па·с) Эпоксидная смола ЭЛ-20 Метилметакрилат, стирол Полиэтиленполиамин Перекись бензоила 56 37,4 6 0,6
Такими компаундами бетон можно пропитать в течение 6 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 петролатума 2 коп/кг такая гидроизоляция стоит около 2 руб/м 2 , стирол-мономер — 43 коп/кг, метилметакрилат — 2,5 руб/кг; бетонополимер на основе этих вяжущих только с тонкой пропитанной коркой стоит 25—38 руб/м 2 , 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.