Исследование: стойкость гидроизоляционных материалов к воздействию давления на неровной поверхности

Исследование: стойкость гидроизоляционных материалов к воздействию давления на неровной поверхности

А.В. ЦЫБЕНКО, руководитель технической службы направления «Инженерная гидроизоляция» компании «ТЕХНОНИКОЛЬ»

В статье говорится об исследовании экспертами ТЕХНОНИКОЛЬ устойчивости к проколам и разрывам различных гидроизоляционных материалов при укладке на неровную поверхность под воздействием гидростатического давления.

The article is about the study by TECHNONICOL experts of the resistance to punctures and ruptures of various waterproofing materials when laid on an uneven surface under the influence of hydrostatic pressure.

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 16 15 350 15 15 600 25 25 700
Вдоль
Поперек
Удлинение при разрыве %
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

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 таких объектов изоляционные материалы воспринимают значительные нагрузки, вызванные весом конструкции и давлением воды. Важно, чтобы при этом материал сохранял свои гидроизоляционные свойства. Для минимизации негативного внешнего воздействия особое внимание следует уделять качеству подготовки основания. Главными требованиями здесь 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 сопряжен 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.

Исследуемые материалы

Анализировались три вида полимерных мембран и один вид битумно-полимерного материала.

1. Неармированная мембрана на основе пластифицированного поливинилхлорида LOGICBASE (П-ПВХ);

2. Неармированная мембрана на основе термопластичного полиолефина (ТПО);

3. Неармированная мембрана на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭВП);

4. Битумно-полимерный рулонный материал, армированный полиэфирной сеткой (БПРМ).

Основные свойства материалов приведены в табл. 1.

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 съемной 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.

1. 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;

Рис. 1. Внешний вид установки (б) и агрессивно неровного основания (а)

2. На подготовленное основание укладывали исследуемый образец материала диаметром 530 мм;

3. Далее устанавливали верхнюю часть, которую соединяли с нижней частью и герметизировали болтовыми соединениями;

4. 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;

5. Через смотровые окна наблюдали за поведением образца при повышении давления;

6. После снятия давления оценивали способность испытанных образцов возвращаться к исходной геометрической форме.

Рис. 2. Образцы ПВХ мембран в ходе и по окончании эксперимента

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 табл. 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.

Рис. 3. Образцы ТПО мембран в ходе и по окончании эксперимента

Рис. 4. Образцы ПЭВП мембран в ходе и по окончании эксперимента

Рис. 5. Образцы БПРМ мембран в ходе и по окончании эксперимента

Результаты эксперимента приведены в табл. 3.

Таблица 3

п/п Типмембраны Толщинамембраны, 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

*5 тестовых участков на каждый повтор эксперимента.

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).

Образец ПВХ-мембраны после снятия нагрузки (слева). Образец ПВХ после выдержки 24 ч., без нагрузки (справа)

Образец ТПО после снятия нагрузки (слева). Образец ТПО после выдержки 24 ч., без нагрузки (справа)

Рис. 6. Образцы после снятия нагрузки и выдержки без нагрузки в течении 24 ч.

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.