На сегодняшний день рулонные полимерные мембраны (ПМ) широко применяются на объектах транспортного, промышленного и гидротехнического строительства, выступая альтернативой традиционным битумным и битумно-полимерным материалам. Высокая прочность, эластичность, водостойкость, гибкость при отрицательных температурах, долговечность и другие эксплуатационные свойства полимерных материалов позволяют качественно решать задачи по изоляции конструкций от воды.
При освоении подземного пространства полимерные мембраны применяются в качестве вторичной защиты бетонных конструкций от негативного влияния коррозии и подземных вод. При строительстве гидротехнических сооружений ПМ используются в качестве противофильтрационных экранов — для предотвращения утечек из искусственных водоемов и защиты бетонных плотин.
В процессе эксплуатации указанных объектов изоляционные материалы воспринимают значительные нагрузки, вызванные весом конструкции и давлением воды. Важно, чтобы при этом материал сохранял свои гидроизоляционные свойства. С целью минимизации негативного внешнего воздействия особое внимание следует уделять качеству подготовки основания. Основными требованиями к основаниям являются отсутствие отклонений ровности более 5-10 мм, выступающих и острых элементов.
Зачастую на практике подготовке основания под гидроизоляцию уделяется недостаточно внимания, и гидроизолирующие материалы укладываются на неровное основание. Монтаж гидроизоляции на грубые, неподготовленные основания сопряжён с риском ее повреждения на острых выступах. Пренебрежение защитными мероприятиями и использование неподходящих материалов могут привести к значительным экономическим затратам в ходе эксплуатации сооружений и зданий.
Эксперты ТЕХНОНИКОЛЬ провели исследование с целью изучить устойчивость к проколам и разрывам различных гидроизоляционных материалов при укладке на неровную поверхность под воздействием гидростатического давления.
А.В. Цыбенко, руководитель технической службы направления «Инженерная гидроизоляция» ООО ТЕХНОНИКОЛЬ
Исследуемые материалы
Анализировались три вида полимерных мембран и один вид битумно-полимерного материала:
- неармированная мембрана на основе пластифицированного поливинилхлорида LOGICBASE (П-ПВХ);
- неармированная мембрана на основе термопластичного полиолефина (ТПО);
- неармированная мембрана на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭВП);
- битумно-полимерный рулонный материал, армированный полиэфирной сеткой (БПРМ).
Основные свойства материалов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики исследуемых материалов
| Характеристики | Ед. изм. | Метод испытания | Вид материала | ||
| Полимерные рулонное | |||||
| П-ПВХ | ТПО | ПВП | |||
| Толщина, мм | мм | ГОСТ EN 1849-2 | 1,5 ; 2 | 1,5 ; 2 | 2 |
| Прочность при разрыве | МПа | ГОСТ 31899-2 метод В | |||
| Вдоль | 16 | 15 | 25 | ||
| Поперек | 15 | 15 | 25 | ||
| Удлинение при разрыве | % | 350 | 600 | 700 | |
| Сопротивление статическому продавливанию | кг | ГОСТ EN 12730 | 20 | 25 | 30 |
| Водонепроницаемость | — | ГОСТ EN 1928, метод В | при 1 МПа в течение 24 часов | при 1 МПа в течение 24 часов | при 0,3 МПа в течение 3 часов |
| Битумно полимерный рулонный | |||||
| Масса 1 м² | кг | По технической спецификации производителя | 5 | ||
| Разрывная сила | Н | 900 | |||
| при растяжении | |||||
| Водонепроницаемость | — | при 0,2 МПа в течение 24 часов | |||
| при 0,5 МПа в течение 6 часов | |||||
Экспериментальная установка
Для проведения исследования была спроектирована и сконструирована экспериментальная установка. Она представляет собой сосуд, состоящий из двух частей. Нижняя часть является стационарной подставкой, на которой моделируется неровное основание в зависимости от решаемой задачи. Тестируемый образец укладывается на смоделированную поверхность.
Верхняя часть установки является съёмной и имеет куполообразную форму. Здесь расположены два смотровых окна для наблюдения за ходом эксперимента и освещения внутреннего пространства. Через верхнюю часть нагнетается вода под давлением. Контроль гидростатического давления осуществляется манометром.
Порядок проведения исследования
Исследование включало в себя следующие этапы:
- На нижней части испытательной установки имитировали неровное основание — для этого укладывали и утрамбовали слой песка, на который устанавливали бетонные четырехугольные пирамиды высотой 50 мм. Угол при вершине равен 60°. Вид смоделированного основания представлен на рис. 1.
- На подготовленное основание укладывали исследуемый образец материала диаметром 530 мм.
- Далее устанавливали верхнюю часть, которую соединяли с нижней частью и герметизировали болтовыми соединениями.
- Через верхнюю часть подавали воду и создавали гидростатическое давление с равномерной скоростью. Давление нагнетали до момента нарушения целостности образца, либо до значения 2,0 МПа.
- Через смотровые окна наблюдали за поведением образца при повышении давления.
- После снятия давления оценивали способность испытанных образцов возвращаться к исходной геометрической форме.
Рис. 1. – Внешний вид установки (б) и агрессивно неровного основания (а)
В случае, если нарушение целостности материала не происходило, образец продолжали выдерживать под давлением в течение 24 часов.
Единовременно на испытательной площадке размещали 5 пирамид. Таким образом, при каждом эксперименте материал тестировался в 5 точках. Для каждого материала эксперимент проводился 2 или 3 раза. Количество повторов эксперимента для каждого материала приведено в таблице 2.
| № п/п | Тип мембраны | Толщина мембраны, мм | Количество повторов эксперимента |
| 1 | ПВХ | 1,5 | 2 |
| 2 | ПВХ | 2,0 | 2 |
| 3 | ТПО | 1,5 | 2 |
| 4 | ТПО | 2,0 | 2 |
| 5 | ПВП | 2,0 | 3 |
| 6 | БПРМ | 4,0 | 3 |
Результаты исследования
Мембраны LOGICBASE. В ходе эксперимента повреждений ПВХ-мембран обеих толщин не произошло. Мембраны сохранили целостность при гидростатическом давлении 2 МПа в течение 24 ч на всех тестовых участках.
Мембраны ТПО. В ходе эксперимента наблюдалось 2 случая повреждений мембран ТПО по 1 случаю для каждой толщины. Для толщины 1,5 мм разрыв произошел при давлении 1,8 МПа, для толщины 2,0 мм повреждение произошло при давлении 2 МПа. Остальные образцы выдержали давление 2,0 МПа в течение 24 ч.
Мембраны ПЭВП. Разрыв образцов мембраны на основе полиэтилена высокой плотности произошел на вершинах пирамид при давлении 0,06 МПа на всех тестовых участках.
Битумно-полимерный материал. Разрыв образцов битумно-полимерного рулонного материала произошел на вершинах пирамид при давлении 0,08 МПа на всех тестовых участках.
Результаты эксперимента приведены в таблице 3.
| № п/п | Тип мембраны | Толщина мембраны, мм | Гидростатическое давление, МПа | Количество тестовых участков* | Количество мест повреждений | Места повреждений |
| 1 | ПВХ | 1,5 | 2 | 10 | 0 | — |
| 2 | ПВХ | 2,0 | 2 | 10 | 0 | — |
| 3 | ТПО | 1,5 | 1,8 | 10 | 1 | На грани пирамиды |
| 4 | ТПО | 2,0 | 2,0 | 10 | 1 | На грани пирамиды |
| 5 | ПЭВП | 2,0 | 0,06 | 15 | 15 | На вершине пирамиды |
| 6 | БПРМ | 4,0 | 0,08 | 15 | 15 | На вершине пирамиды |
Через 48 часов после снятия давления оценивалась способность испытанных материалов восстанавливать исходную геометрическую форму. В наибольшей степени исходную форму вернули образцы ПВХ мембраны, причем мембрана толщиной 2 мм восстановила форму в большей степени. Существенно в меньшей степени восстановились образцы ТПО мембран (рис. 6).
Так как при испытании всех образцов полиэтиленовой мембраны и битумно-полимерного материала произошли разрывы, то оценить их способность возвращаться к исходному состоянию не представлялось возможным.
Выводы
Проведенные испытания показали, что разные гидроизоляционные материалы существенно различаются по стойкости к воздействию давления при неровной поверхности. Наиболее устойчивыми оказались мембраны на основе ПВХ. За ними следуют мембраны на основе ТПО. Битумно-полимерные материалы и мембраны на основе полиэтилена выдержали наименьшее гидростатическое давление.
Результаты испытаний свидетельствуют о необходимости тщательной подготовки основания под гидроизоляцию. В первую очередь это касается битумно-полимерных материалов и полиэтиленовых мембран. Рельеф, смоделированный в условиях эксперимента, являлся экстремальным. Неровности такого характера редко встречаются на строительных площадках, однако следует помнить, что в реальности воздействие давления на гидроизоляцию происходит постоянно, и это в конечном итоге будет приводить к сходным повреждениям, зафиксированным в эксперименте. Особенно высоки эти риски для материалов с низкой способностью к восстановлению, так как сохранение деформации после снятия воздействия, свидетельствует о происходящих в материале необратимых структурных изменениях. Со временем такие изменения могут перейти в повреждение гидроизоляционного материала.
Предложенная методика позволяет оценить устойчивость различных видов гидроизоляционных материалов к неровному основанию, что может являться критерием при выборе гидроизоляции с учетом гидрогеологических условий строительства.
