О пределе прочности при сжатии гидроизоляционных пвх-мембран PLASTFOIL® Geo

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.

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.

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.

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.

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/).