Исследование эффективности гидроизоляционной смеси Glims®ГидроПломба для разных форм поверхностей строительных конструкций

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.