УДК 691.175
В.П. ЯРЦЕВ, доктор техн. наук, профессор, С.А. МАМОНТОВ, ст. преподаватель, М.А. ЗАГОРОДНИКОВА, соискатель, кафедра «Конструкции зданий и сооружений», ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет», В.Г. РУПЫШЕВ, начальник научно-технологического отдела ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб», г. Санкт-Петербург
Ключевые слова: ПВХ-мембрана, геотекстиль, гидроизоляционная система, прочность при сжатии, статическая нагрузка, механическая деструкция, эксплуатационные свойства, гидроизоляция фундамента
Keywords: PVC membrane, geotextile, waterproofing system, compressive strength, static load, mechanical destruction, operational properties, foundation waterproofing
Надежность зданий и сооружений определяется надежностью составляющих их конструкций, материалов и систем. Гидроизоляция не является исключением, и ее надежность зависит от долговечности материалов, из которых она выполнена.
Известно, что при возведении высотных зданий с развитой подземной частью фундамент подвергается длительному воздействию значительной нагрузки и влиянию подземных вод. По данным исследований выявлено, что в зоне примыкания перекрытий и фундаментной плиты (в зависимости от принятой технологии строительства) давление смятия может достигать 146 т/м2 (1,46 МПа) [1]. Поэтому материалы, применяемые для гидроизоляции таких фундаментов, должны одновременно обеспечивать эффективную гидроизоляционную защиту и быть устойчивыми к статической нагрузке с большим запасом прочности.
Сегодня на смену традиционной битумной гидроизоляции приходит более технологичная и надежная гидроизоляция в виде полимерных ПВХ- мембран, образующих защитную систему с функцией обнаружения нарушения герметичности и возможностью ремонта мембран в процессе эксплуатации. (Заявка на полезную модель RU № 2019102460, 29.01.2019 г.)
Использование ПВХ в такой системе объясняется его хорошими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, поскольку поливинилхлорид нерастворим в воде, устойчив к действию грибков, кислот, щелочей, спиртов, минеральных масел, совмещается со многими пластификаторами, стоек к окислению и практически негорюч [2].
Проведенный анализ литературных источников [2-5] показал, что прочность поливинилхлорида на сжатие составляет 60-160 МПа для твердого ПВХ (винипласт) и 6-10 МПа для мягкого ПВХ (пластикат). Производители гидроизоляционных ПВХ-мембран LOGICBASE приводят результаты исследований, подтверждающие сохранение эксплуатационных качеств материала после воздействия длительной статической нагрузки до 4000 т/м2 (40 МПа) [6].
С целью экспериментального определения стойкости ПВХ-мембран PLASTFOIL® Geo к воздействию экстремальной статической нагрузки были проведены испытания образцов размерами 10×10 мм (рис. 1), толщиной 2,0 и 1,5 мм, на сжатие на гидравлическом прессе. При этом максимальная величина нагрузки составляла 40000 т/м2 (400 МПа).
Результаты испытаний показали, что при действии нагрузки в 4000 т/м2 (40 МПа) разрушения образцов не происходит, хотя изначально предполагалось, что ввиду развития поперечных деформаций в образце будут появляться трещины. Важно отметить стабильность геометрических размеров образцов, в частности их толщины. После снятия нагрузки толщина образцов не изменилась. По-видимому, такая стойкость к разрушению связана со слоистой структурой материала, которая состоит из двух полимерных слоев (верхний желтый слой – сигнальный лицевой; нижний темный слой – основа), отличающихся направлением формирования макроструктуры каждого из них. Таким образом, материал является в большей мере изотропным, способным одинаково сопротивляться возникающим в нем в разных направлениях напряжениям. В противном случае, если бы верхний и нижний слой мембраны имели одинаковое направление формирования макроструктуры, то при действии сжимающих усилий материал расслаивался бы с образованием трещин по всему объему.
Для оценки предела стойкости ПВХ к сжатию было решено увеличить нагрузку до 40000 т/м2 (400 МПа). Результаты испытаний представлены на рис. 2. Видно, что нагрузка в 40000 т/м2 (400 МПа) приводит к развитию значительных остаточных поперечных деформаций образцов, которые увеличились в среднем на 15%. При этом их толщина уменьшилась на 30%. О механической деструкции ПВХ при сжатии под нагрузкой 40000 т/м2 (400 МПа) свидетельствуют также дефекты поверхности нижнего темного слоя (основы), которые были обнаружены при микроскопическом обследовании (рис. 3). При этом на лицевой, сигнальной поверхности дефектов не обнаружено.
Рис. 3. Поверхность образца ПВХ под микроскопом с увеличением в 64 раза: а) – до испытания; б) – после сжатия нагрузкой 40000 т/м2 (400 МПа)
Видно, что в местах развития максимальных поперечных деформаций на поверхности полимера образуются дефекты, нарушающие однородность мембраны из ПВХ.
Поскольку гидроизоляционная система из ПВХ-мембран представляет собой многослойную конструкцию, возникает необходимость исследования стойкости всей системы к предельным нагрузкам при сжатии. Образцы, подверженные испытанию сжатием при нагрузках от 4000 т/м2 (40 МПа) до 10000 т/м2 (100 МПа), представлены на рис. 4а.
Рис. 4. Образцы гидроизоляционных систем из ПВХ-мембран с внешними и внутренним слоем из геотекстиля плотностью 300 г/м2
На рис. 4б показана система гидроизоляции с внешними слоями из геотекстиля, защищающими ПВХ-мембраны на стадии их монтажа. Кроме того, наличие внешних слоев из геотекстиля способствует снижению сил трения, возникающих между плитами пресса и ПВХ, что может способствовать снижению несущей способности материала и разрушению при нагрузке, значительно меньшей 4000 т/м2 (40 МПа).
По результатам испытаний было установлено, что в обоих случаях ПВХ-мембраны сохраняют стойкость к нагрузке в 4000 т/м2 (40 МПа) и никаких дефектов на поверхности мембран не возникает. Геометрические размеры образцов также не изменились. Сжатие образцов под нагрузкой 10000 т/м2 (100 МПа) способствует значительному уплотнению слоев геотекстиля с вмятием его волокон в полимерный материал (рис. 5). При этом толщина и размеры ПВХ-мембран не изменились. Важно отметить, что дефекты вмятия носят остаточный, а не упругий характер, что может повлиять на сохранность непроницаемости мембраны при длительном действии значительных нагрузок.
Рис. 5. Микроскопические снимки (увеличение 64 раза) геотекстиля плотностью 300 г/м2 до сжатия нагрузкой 10000 т/м2 (а), после сжатия (б); отпечатки волокон геотекстиля в полимерном слое ПВХ-мембраны (в)
Вдавливание твердых волокон геотекстиля в поверхность ПВХ при испытании на сжатие нагрузкой 10000 т/м2 (100 МПа) приводит к нарушению однородности обеих поверхностей мембран вплоть до ее разрыва (рис. 6), что связано с упругим деформированием образцов в поперечном направлении.
Рис. 6. Дефекты поверхностей образцов ПВХ-мембран со средним слоем из геотекстиля после сжатия их под нагрузкой 10000 т/м2 (100 МПа)
Выводы:
В целом по результатам испытаний можно сделать вывод о высокой стойкости гидроизоляционных ПВХ-мембран PLASTFOIL® Geo к сжатию статической нагрузкой, превышающей 4000 т/м2 (40 МПа). При этом на высоком уровне сохраняются и другие эксплуатационные свойства мембран, в частности изоляционные. Однако в целях обеспечения надежной длительной эксплуатации ПВХ-мембран величину сжимающей нагрузки рекомендуется ограничивать до 10000 т/м2 (100 МПа).
Библиографический список
1. Юркевич П. Гидроизоляция подземных сооружений с использованием геосинтетиков. Два подхода к обеспечению надежности гидроизоляции. – ТИМР. – Москва, 1999, – 37 с.
2. Ульянов В.М. Поливинилхлорид / В.М. Ульянов, Э.П. Рыбкин, А.Д. Гуткович, Г.А. Пишин. – М.: Химия, 1992, – 288 с.
3. Уилки Ч. Поливинилхлорид / Уилки Ч., Саммерс Дж., Даниэле Ч. (ред.). Пер. с англ. под ред. Г.Е. Заикова. – СПб: Профессия, 2007, – 728 с.
4. Пахомов С.И. Поливинилхлоридные композиции: учеб. пособие / С.И. Пахомов, И.П. Трифонова, В.А. Бурмистров; Иван. гос. хим.-технол. ун-т, – Иваново, 2010, – 104 с.
5. Минскер К.С. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида / Минскер К.С., Федосеева Г.Т. – М.: Химия, 1972, – 424 с.
6. Мембраны LOGICBASE успешно прошли испытания по определению прочности при долговременном сжатии (точка доступа: https://www.tn.ru/about/press/news/membrany_logicbase_uspeshno_proshli_ispytanija/).
