УДК 624

К.Н. МАКАРОВ, доктор техн. наук, профессор, завкафедрой «Строительство»,
Е.Е. ЮРЧЕНКО, канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительство»,
Э.К. БИРЮКБАЕВ, магистрант, В.Е.ЮРЧЕНКО, студентка, Сочинский государственный университет

Ключевые слова: лабораторные исследования, гидроизоляция, водно-кислотный раствор, форма поверхности, устойчивость гидроизолирующего материала
Keywords: laboratory tests, waterproofing, water-acid solution, shape of the surface, resistance of waterproofing material

Выполнены лабораторные исследования устойчивости гидроизоляции из смеси Glims^®ГидроПломба под воздействием водно-кислотного раствора при различных формах изолируемой поверх­ности. Показано, что исследуемый гидроизолирующий материал является устойчивым к действию водного раствора HCl по всей поверхности при любой форме конструкции только через сутки после застывания, а на некоторой части плоских или вогнутых поверхностей практически сразу же после застывания.

Обеспечение долговечности конструкций зданий, соприкасающихся с агрессивными грунтовыми и техногенными напорными и безнапорными водами, – одна из задач, по­ставленных в [1], при переходе на использование в капитальном ремонте зданий и сооружений новых эффективных технологий. Рынок защитных составов, применяемых в таких случаях, достаточно широк. Однако информация о технических характеристиках этих материалов содержит, как правило, подробные сведения об их расходе и весьма скудные – об условиях их применения.

Исследуемый состав сухой смеси Glims^®ГидроПломба используется для устранения открытых течей. Она застывает, согласно технической документации, через 1,5-5 минут после нанесения. Смесь проявляет повышенную устойчивость к щелочам, разбавленным кислотам, солевым растворам, масляным и бензиновым смесям. Материал предназначен для работы под водой, имеет высокую адгезию к бетонным, кирпичным и металлическим основаниям. Он изготовлен на основе цемента и полимерных модифицирующих добавок.

При использовании рассматриваемой гидроизоляционной смеси возникает вопрос о том, проявляются ли заявленные технические характеристики сразу после ее застывания и будут ли форма промоины в конструкции и ее заделки влиять на качество защитных свойств. Вопрос представляется важным, поскольку смесь применяется в аварийных условиях, наносится вручную, способна повторить форму защищаемой конструкции, имеет толщину слоя от 3 мм. Ответ должен быть известен до ее применения, что предусмотрено соответст­вующими пунктами норм и правил [2] для материалов вторичной защиты.

Поскольку технические описания к данной продукции не содержат необходимых сведений, то потребовалось провести собственное исследование стойкости к водному раствору кислоты застывшей гидроизоляции Glims^®ГидроПломба, нанесенной на поверхности приемников различной формы модуля М8 «Струя − преграда» лаборатории гидравлики.

Цель исследования – выяснить, насколько быстро после застывания материал Glims®ГидроПломба окажется устойчивым к действию струи водного раствора HCl (с концентрацией 10-5 моль/л). Применение раствора HCl обусловлено параметрами таблиц Х3, Х5 из [2].

Задачи исследования:

1. Преобразование стандартного модуля М8 «Струя – преграда» стенда лаборатории гидравлики (рис. 1) к условиям проводимого эксперимента.

2. Определение силы давления струи водно-кислотного раствора и давления на приемники в модуле М8 лабораторного гидравлического стенда.

3. Исследование устойчивости гидроизоляции Glims®ГидроПломба к действию струи водного раствора HCl через 8 минут, 6 часов и 24 часа после ее застывания.

Преобразованная к условиям данного эксперимента стандартная установка для определения силы давления струи на поверхности различной формы – модуль М8 «Струя – преграда» – представлена на рис. 1.

Установка состоит из параллелепипеда из прозрачного оргстекла, сопла 1 с гибким шлангом 2, соединенным с емкостью и насосом для водного раствора кислоты, крестовины 3, расположенной внутри параллелепипеда напротив сопла. К крестовине 3 прикреплены упругие пластины с приемниками силы давления, имеющими различные поверхности: плоскую 4, выпуклую 5 и вогнутую 6 соответствующих размеров (рис. 2, 3).

На поверхность приемников 4, 5, 6 (рис. 1), на двухсторонний скотч и синтетическую сетку слоем 3 мм наносили раствор смеси Glims^®ГидроПломба.

Водная среда с заданным значением концентрации кислоты классифицируется как среднеагрессивная. В то же время в техническом описании к Glims^®ГидроПломба отсутствует уточнение концентрации кислот, к которым она устойчива. Раствор соляной кислоты выбран потому, что в грунтовых водах в г. Сочи хлориды в агрессивной концентрации встречаются довольно часто. В нашей практике обследований [4] агрессивные грунтовые воды вызывали карбонизацию бетона и коррозию арматуры через 7 лет эксплуатации фундаментов и стен подвала здания, не имеющего гидроизоляции. Согласно данным геологических изысканий, выполненных на стадии строительства и эксплуатации, грунтовая вода содержала ионы Cl- от 10,3 до 62,1 мг/л.

В условиях проводимого эксперимента учтено, что скорость потока жидкой среды не должна превышать 1 м/с,
а напор – 0,1 МПа [5]. Через 5 минут после нанесения состава Glims^®ГидроПломба водный раствор соляной кислоты заливался в бак с насосом и подавался на каждый из приемников 4, 5, 6 через 8 минут после застывания гидроизоляционной смеси. Смена приемников производилась поворотом рукоятки 3 таким образом, чтобы каждый из них оказывался напротив сопла в фиксированном положении. Расход раствора кислоты на каждый приемник составлял 8 л, слив производился через отверстия в стенке параллелепипеда.

Для расчета силы давления на поверхности приемников воспользуемся схемой (рис. 4) из [6] с выделенным контрольным объемом W, ограниченным контрольной поверхностью s, которая охватывает приемник.

Массовый расход жидкости в струе ρQ = 1000*0,008 = 8 кг/с, скорость вдоль координаты x, с которой струя входит в выделенный объем, – V1=0,35 м/с. Струя отклоняется при столкновении с приемником, и вектор скорости V2, покидающего контрольный объем, составляет угол β2 с осью x. Давление на всей поверхности струи, за исключением поверхности соприкосновения с приемником, равно атмосферному давлению. Принимаем, что изменение направления струи происходит только за счет реакции приемника на движение жидкости. Для преград, которые имеются на установке, согласно [3], зависимость силы от количества движения струи имеет вид:

F=(1-cosβ)*ρ*Q*V,

где β – угол схода струи с преграды; Q – расход; V – скорость струи.

Для плоской преграды β =π/2, для выпуклой β<π/2, для вогнутой β>π/2.

Таким образом, выражение для модуля силы, действующей со стороны струи жидкости, составит:

1) на плоскую поверхность приемника

F=ρ*Q*V1=1000*0,008*0,35=2,8 Н;

2) на полусферическую вогнутую поверхность приемника:

угол βmax → 180о, cosβ2 = -1, βmin → 90о, cosβ2 =0,

Fmin = ρQV1=1000*0,008*0,35→2,8 Н,

Fmax = 2ρQV1=2*1000*0,008*0,35→5,6 Н;

3) на полусферическую выпуклую приемника:

угол βmin → 0о, cosβ2 = 1 и βmax → 90о, cosβ2 = 0, Fmin → 0 Н,

Fmax = ρQV1=1000*0,008*0,35→2,8 Н.

Давление от воздействия струи на поверхность приемника, согласно [6], определяется формулой:

где F – сила струи, Н; dcтр – диаметр струи на выходе из сопла, м.

Таким образом, давление от воздействия струи:

для плоской поверхности приемника pпл=4*2,8/3,14* *(0,009)2=44 кПа

для полусферической вогнутой поверхности приемника:

pвогн.min=4*2,8/3,14*(0,009)2→44 кПа,

pвогн.max=4*5,6/3,14*(0,009)2→88 кПа,

для полусферической выпуклой поверхности:

pвып.min→0 кПа,

pвогн.min=4*2,8/3,14*(0,009)2→44 кПа.

Исследование устойчивости гидроизоляции Glims®Гидро­Пломба к действию струи водного раствора HCl производилось индикацией фенолфталеином через 8 минут (рис. 5) после застывания слоя в 3 мм, нанесенного на приемники модуля М8. Еще через 6 часов (рис. 6) и 24 часа (рис. 7) производились повторные индикации, но струя уже не подавалась.

Результаты исследования

Из [8] для длительно застывающих растворов известен механизм взаимодействия бетонов с хлоридами, заключающийся в нейтрализации бетона и снижении рН. В работе [9] представлены результаты исследования на бетонных кубах размерами (3×3×3 см) из цементного камня, помещенных в сосуд с растворами серной кислоты. Для определения степени заполнения пор буферного слоя цементного камня периодически из емкостей с образцами отбирались пробы отработанного агрессивного раствора и химическим анализом определялось количество кислоты, затраченное на химическую реакцию, а также количество гипса, перешедшего в раствор.

Поскольку исследуемая гидроизоляционная смесь Glims^®ГидроПломба является быстротвердеющей и имеет тонкий слой, то механизм ее взаимодействия с кислотной агрессией может иметь особенности, что и демонстрируют результаты, представленные на рис. 5-7.

Как видно на рис. 5, через 8 минут после застывания смесь показывает малиновую индикацию (устойчивость к кислотной агрессии НCl) лишь по контуру поверхностей приемников вне зависимости от их формы, следовательно, действие струи из сопла достигало центра приемников. Это подтверждает и одинаковое значение силы и давления струи при угле отклонения β = π/2 для приемников трех форм.

Через 6 часов после застывания (рис. 6) малиновая реакция на индикатор проявляется только в центральных участках плоского и вогнутого приемников, а на выпуклом приемнике отсутствует, что, очевидно, связано с продолжающейся реакцией взаимодействия материала с раствором кислоты. Через 24 часа после застывания (рис. 7) малиновая индикация по сколу обнаруживалась вдоль поверхностей приемников всех форм.

Выводы:

По результатам исследования можно утверждать, что материал Glims®ГидроПломба является устойчивым к дейст­вию водного раствора HCl по всей поверхности при любой форме конструкции только через сутки, а на некоторой части плоских или вогнутых поверхностей – практически сразу же после застывания.

Библиографический список

1. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 26 января 2016 г. № 80-р, Москва «Стратегия развития жилищно- коммунального хозяйства в Российской Федерации на период до 2020 года».
2. СП 28.13330.2012. Защита строительных конструкций от коррозии.
3. Руководство к проведению физико-механического практикума по гидравлике: учеб.-метод. пособие / К.А. Поташев, А.Б. Мазо, Р.Р. Зарипов. – Казань: Казанский ун-т, 2013. – 44 с.
4. Какосьян А.А., Юрченко Е.Е., Кабанов В.В. Об ошибках инженерно-геологических оценок агрессивности грунтовых вод для вертикальных несущих конструкций зданий / Строительство в прибрежных курортных регионах. Материалы X международной конференции, 21-25 мая 2018 г. /Под науч. ред. проф. К.Н. Макарова. – Сочи, СГУ, с. 40-45.
5. ГОСТ 31384-2017. Межгосударственный стандарт. Защита ­бетонных и железобетонных конструкций от коррозии.
6. Гидравлика. Лабораторный практикум / https://works.doklad.ru/view/m2NwCNvHVSY.html.
7. Савицкий Н.В., Тытюк А.А., Тытюк А.А./ Исследование факторов, влияющих на глубину карбонизации бетона в агрессивных газовоздушных средах / http://irbisnbuv.gov.ua/cgibin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?C21COM=2&I21DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAGE_FILE_DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/smmit_2011_61_69.pdf.
8. Розенталь Н.К. Коррозионная стойкость цементных бетонов низкой и особо низкой проницаемости. Дисс. докт. техн. наук. – Москва, 2004.
9. Яковлев В.В. Коррозия бетона II вида при различной скорости протекания агрессивной среды // Коррозия бетона и повышение долговечности железобетонных конструкций. – Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1985. – С. 89-95.