Строительные решения / Тенденции гидроизоляции заглубленных железобетонных конструкций зданий и сооружений.  (Прочитано 684 раз)

В последние годы при строительстве зданий гражданского назначения большое внимание уделяется проблеме водонепроницаемости подземной части. Актуальность этого вопроса возрастает в связи со строительством на территории Беларуси большого количества уникальных и сложных объектов, которые необходимо возводить в сжатые сроки и без дефектов.

ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРОГРЕСС.
К подобным сооружениям в первую очередь следует отнести подземные паркинги, многоэтажные и высотные здания, первые этажи которых, как правило, заглублены и интенсивно эксплуатируются. В то же время возникает необходимость возведения обычных, на первый взгляд, зданий и сооружений на площадках со сложными гидрогеологическими условиями, что требует проведения комплекса мер по надежной защите их конструкций от агрессивного воздействия окружающей среды. Современная и эффективная гидроизоляция железобетонных конструкций (ЖБК) является одним из главных показателей качественного строительства зданий и сооружений, обеспечивающих их долговечность и высокие эксплуатационные показатели.

Гидроизоляционные материалы и технологии постоянно совершенствуются, но, несмотря на это, в строительстве еще широко применяются традиционные, морально и технически устаревшие виды гидроизоляции (окрасочная, штукатурная, оклеечная и пр.), которые не обеспечивают возросшие требования строительного сектора по долговечности, технологичности и качеству.

При проектировании объекта необходимо учитывать, что ремонт гидроизоляции – сложная, дорогостоящая, а часто и малоэффективная операция, поэтому элементы водозащиты должны быть рассчитаны на весь срок эксплуатации сооружения с учетом всех неблагоприятных воздействий.

В связи с этим Министерство архитектуры и строительства Беларуси заказало проведение работ по созданию эффективной технологии устройства и технических решений гидроизоляции ЖБК с использованием современных материалов, обеспечивающих при минимальных экономических затратах максимальный расчетный срок эксплуатации.

ЗАГЛУБЛЕННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ – НАДЕЖНУЮ ГИДРОИЗОЛЯЦИЮ.
К заглубленным конструкциям относятся части зданий и сооружений, расположенные ниже планировочной отметки земли (подвалы, цокольные этажи, подземные гаражи, рекреационные и другие помещения зданий) в сочетании с инженерным оборудованием и коммуникациями.

Конструкции подземных частей зданий работают в сложных гидрогеологических условиях, связанных с наличием грунтовых и талых вод, которые могут содержать химически активные реагенты, вызывающие коррозию бетона и арматуры. Кроме того, высокий уровень содержащейся в грунте воды, несмотря на силы поверхностного натяжения по поверхности зерен грунта, создает значительное гидростатическое давление на заглубленные конструкции. При небольшом заглублении отдельных элементов подземных частей зданий, например, покрытий и верхних участков стен, последние могут оказаться подверженными действиям отрицательных температур, что в сочетании с воздействием влаги оказывает отрицательное влияние на долговечность и эксплуатационную пригодность конструкций. Кроме того, элементы конструкций подземных частей зданий могут испытывать достаточно большие по величине силовые воздействия, вызванные как статическим давлением грунта, так и полезной нагрузкой на грунт (например, давлением тротуарных и дорожных покрытий, весом автотранспорта, небольших сооружений и т.п.).

Очевидно, что для обеспечения долговечности и эксплуатационной надежности подземных частей зданий должны быть разработаны надежные технические решения по гидроизоляции вертикальных и горизонтальных поверхностей и водоотведению (дренажу). Кроме того, несущие элементы (плиты фундаментов, стены подвалов, покрытия) должны обладать достаточной для восприятия проектных нагрузок жесткостью, исключающей повреждения гидроизоляционных слоев при возникающих деформациях (прогибах).

Несмотря на то, что отдельные элементы подземной части здания будут расположены ниже глубины промерзания грунта, его температура в течение года в зависимости от глубины остается постоянной или незначительно колеблется, тем не менее она не превышает 3–4°С. При такой температуре внешней среды наружные стены подвалов, выполняемые из массивных материалов с высокой теплопроводностью, необходимо дополнительно утеплять. Применяемые для наружной подземной теплоизоляции материалы должны обладать особыми свойствами, отличающими их от традиционных материалов: низкой, близкой к нулевой гигроскопичностью и стойкостью к агрессивному воздействию влаги.

Следует также отметить, что особое значение приобретает вопрос устройства стыков сборных элементов и деформационных швов. Как показывает практика эксплуатации подземных сооружений, именно стыки и деформационные швы и примыкающие к ним участки конструкций являются наиболее уязвимыми местами, чаще других подвергающимися неблагоприятному воздействию внешних факторов, в частности, разгерметизации и протеканиям, приводящим к насыщению влагой бетона и коррозии арматуры.

МЕТОДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА И ВЫБОР ГИДРОИЗОЛЯЦИИ.
Заглубленные конструкции зданий и сооружений гражданского назначения возводятся, как правило, с использованием котлованного метода. Котлованный способ заключается в разработке открытых до 5–7 м или более глубоких котлованов, где возводятся обычные плитные и свайные фундаменты (рис. 1).


Рис. 1. Пример устройства комплексной гидроизоляции фундамента и стен подземных частей зданий

Стеновые ограждения могут иметь разнообразную конструкцию и быть выполнены как из «мономатериала», например, монолитного бетона, так и из сборных железобетонных элементов (стеновых панелей) или кладочных элементов. Выбор конструкции стенового ограждения зависит не только от технико-экономических показателей, определяемых в числе прочих факторов уровнем действующих нагрузок, но и от технологии устройства стеновых ограждений подземных частей. Последняя, в свою очередь, зависит от глубины заложения и грунтовых условий.

Возможны два принципиальных способа устройства стеновых конструкций подземных частей зданий: в открытом котловане и методом «стена в грунте». В первом случае стеновые конструкции возводят на заранее выполненном фундаменте и выбор материала определяется факторами, упомянутыми выше.

При устройстве стен методом «стена в грунте» конструкции устраивают в заранее подготовленных траншеях, выполняющих функцию опалубки. В этом случае к бетонной смеси предъявляют повышенные требования, главным образом по удобоукладываемости, водоудерживающей способности и водонепроницаемости. Такие требования обусловлены тем, что при рыхлой поверхности стенок траншеи, легко повреждаемых при незначительных механических воздействиях, внутренняя поверхность будет иметь значительные неровности, требующие последующего выравнивания. В этом случае гидроизоляцию стеновых конструкций можно будет выполнить только изнутри, что сопряжено с определенными технологическими и техническими трудностями. Такая гидроизоляция обходится, как правило, дороже наружной, однако в целом рассматриваемая технология позволяет сэкономить значительные средства на отрывке котлована и его последующей засыпке. При этом не нарушается естественная структура грунта, что благоприятно сказывается на восприятии им дополнительной нагрузки от элементов благоустройства прилегающей к зданию территории.

Следует отметить, что упомянутый метод применим к подземным частям зданий с относительно небольшой глубиной залегания, определяемой длиной рабочего органа землеройных машин, используемых для рытья траншей.

МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ЗАЩИТА.
В связи с высокими требованиями к надежности и долговечности гидроизоляции ограждающих конструкций подземных частей зданий и сооружений различного назначения рекомендуем выполнять многоступенчатую защиту от неблагоприятного воздействия грунтовых, талых и иных вод, сочетая интенсивные и экстенсивные методы защиты. При этом комплекс мероприятий по защите железобетонных заглубленных конструкций от увлажнения и коррозии можно разбить на 3 этапа.

На 1-м этапе путем подбора составов и введения добавок, повышающих плотность структуры бетона и его гидрофобизирующие свойства, следует добиваться требуемых показателей водонепроницаемости бетона, что является первичной защитой конструкции.

На 2-м этапе для конструкций стен и подземных частей, а также выступающих за контуры надземной части здания перекрытий нужно предусмотреть пропиточную гидроизоляцию с наружной или внутренней стороны. Для конструкций стен, возводимых методом «стена в грунте», и других конструкций, пропитка которых выполняется с внутренней стороны, следует применять материалы, рассчитанные на пассивное гидростатическое давление воды.

На 3-м этапе следует выполнить вторичную наружную гидроизоляцию путем нанесения соответствующих покрытий (обмазочных, оклеечных или монтируемых).

Дополнительно нужно предусматривать гидроизоляционные элементы в рабочих и деформационных швах, в местах сопряжений конструкций, для заделки отверстий от тяжей съемной опалубки и т.п.

Пример технического решения с использованием комплексной защиты от влаги показан на рис. 2.


Рис. 2. Пример устройства деформационного шва в плите фундамента.

Таблица 1. Исходные данные для проектирования гидроизоляции заглубленных железобетонных конструкций зданий и сооружений:


ЧТО ВЛИЯЕТ НА ВЫБОР?
Исходя из вышесказанного, при выборе способа гидроизоляции необходимо, прежде всего, знать условия эксплуатации здания, характеристики пористости и прочности материалов, гидрогеологическую обстановку и изменения температурно-влажностного режима.

Основные параметры, которые должны быть учтены при принятии решений о выборе типа гидроизоляции на стадии проектирования объекта, приведены в табл. 1.

Следует отметить, что вопрос выбора рационального конструктивного решения покрытия подземных частей, выступающих за пределы контура здания, должен решаться комплексно, с применением разнообразных технических приемов, обеспечивающих, в первую очередь, водоотведение от покрытия. Так, для засыпки непосредственно по покрытию нужно применять дренирующие грунты, легко пропускающие фильтрующуюся влагу. При этом покрытие подземной части может быть выполнено с уклоном в сторону от здания, при котором поступающая извне влага в виде атмосферных осадков или талых вод будет за счет гравитационных сил частично или полностью самотеком отводиться с покрытия. Засыпка фильтрующими грунтами может применяться в сочетании с принудительным дренажем, располагаемым непосредственно над покрытием или по периметру заглубленной части Анализ имеющихся результатов обследований состояния эксплуатируемых конструкций зданий и сооружений позволил установить, что наибольшим повреждениям подвергаются места сопряжения конструкций, холодные швы между заходками бетонирования и бетонные части конструкций, подвергающиеся попеременному смачиванию-высушиванию.

Учитывая, что деформационные швы, так же как и разделяемые ими конструкции подземных частей зданий, должны выполнять свои функции в течение расчетного срока эксплуатации здания, конструкция швов должна иметь многоступенчатую систему защиты. Пример устройства деформационного шва приведен на рис. 3.

КАКУЮ ГИДРОИЗОЛЯЦИЮ ПРИМЕНЯТЬ?
Наиболее распространенным видом гидроизоляции рабочих и деформационных швов являются гидрошпонки, которые препятствуют проникновению воды в конструкцию, а также создают возможность двум различным частям конструкции перемещаться независимо друг от друга без возникновения напряжений и без потери водонепроницаемости (рис. 4). Выбор гидрошпонки зависит от типа шва и величины его деформаций, наличия и величины гидростатического давления, толщины конструкции и условий эксплуатации.

Другим способом гидроизоляции рабочих швов бетонных конструкций являются инъекции специальных составов в тело конструкции. Также применяют набухающие профили и герметики, которые при контакте с водой увеличиваются в объеме в несколько раз и плотно закрывают шов, в котором находятся, перекрывая путь воде. Их можно применять в местах со сложной конфигурацией, в т.ч. при проходе коммуникаций сквозь стены конструкций.

Еще одним уязвимым местом для проникающей влаги являются отверстия от тяжей съемной опалубки, остающиеся после бетонирования монолитных стен.

Для герметизации монтажных отверстий диаметром от 30 до 35 мм, как с фасадной, так и с внутренней стороны сооружений, а при необходимости и с обеих сторон, можно использовать дисклудеры (рис. 5). Дисклудер состоит из уплотняющего элемента (пробки), выполненного из гидрофобного эластичного полимерного материала с центральным отверстием для пропуска стяжного болта, гайки для осевого сжатия и 2-х браслетных устройств для фиксации уплотняющего элемента в рабочем напряженно-деформированном состоянии.

Другим вариантом заделки отверстий от тяжей опалубки может быть заделка отверстий быстротвердеющим безусадочным раствором. В зависимости от характера водного режима на участке может организовываться дренаж фундамента, подвала или цоколя здания с использованием системы дренажных труб или без них.

ПРИМЕНЯЕМ БЕТОН С КОМПЕНСИРОВАННОЙ УСАДКОЙ.
Следует отметить, что наиболее предпочтительным конструктивным решением заглубленных железобетонных конструкций является монолитный или сборно-монолитный вариант. При таком решении, варьируя состав бетонной смеси и применяя различные добавки, можно добиться требуемых показателей бетона по водонепроницаемости, что в условиях эксплуатации ниже планировочной отметки грунта при возможном застое влаги может быть наряду с вторичной гидроизоляцией использовано как резерв обеспечения эксплуатационной надежности конструкции.

В зависимости от требований проекта при назначении составов бетонов повышение водонепроницаемости достигается применением эффективных пластифицирующих добавок, тонкодисперсных минеральных наполнителей, кольматирующих добавок. Вместе с тем обеспечение требуемой по проекту водонепроницаемости бетона является условием обязательным, но не всегда достаточным. Снижению водонепроницаемости бетона конструкции может способствовать образование усадочных трещин, которые могут явиться следствием химической усадки. Для монолитных конструкций большой протяженности актуальным является использование бетона, в т.ч. обладающего компенсированной усадкой.

В соответствии с СТБ 1544-2005 бетон с компенсированной усадкой – это бетон на напрягающем цементе, расширение которого в условиях внешнего ограничения приводит к появлению собственных сжимающих напряжений, компенсирующих полностью или частично растягивающие напряжения, являющиеся результатом усадки.

В отделе технологии бетона и растворов РУП «Институт БелНИИС» накоплен опыт получения бетонов с компенсированной усадкой, который реализован при бетонировании ледовых полей, фундаментных плит, монолитных полов и т.д. Компенсация усадочных деформаций обеспечивается применением расширяющей минеральной добавки сульфоалюминатного типа (добавки РСАМ), которая обеспечивает в соответствии с СТБ 1335-2005 получение вяжущего (смеси цемента и расширяющей добавки) марки по самонапряжению НЦ-2.

По экспериментальным данным РУП «Институт БелНИИС» для компенсации усадочных деформаций составы бетона должны подбираться из расчета обеспечения самонапряжения бетона в пределах 0,4–0,6 МПа. Самонапряжение бетона определяется по СТБ 2101-2010 при измерении упругой ограниченной деформации, возникающей в процессе расширения образцов призм из бетона, отформованных и твердеющих в динамометрических кондукторах, жесткость торцевых пластин которых эквивалентна жесткости продольного армирования, составляющего 1%.

Разрабатываемые бетоны с компенсированной усадкой характеризуются водоцементным отношением в основном не более 0,45, расходом цемента не ниже 400 кг/м³, использованием расширяющей минеральной добавки сульфоалюминатного типа, пластифицирующей добавки, в т.ч. на основе поликарбоксилатов. Бетонные смеси обладают высокой подвижностью, а также могут изготавливаться самоуплотняющимися.

Применение разработанных составов обеспечивает получение бетона класса прочности на сжатие не менее С25/30 и высокую водонепроницаемость бетона конструкций.

Подобранные составы были успешно применены при возведении заглубленных железобетонных конструкций (фундаментной плиты и стен подвала) административного здания в Минске. Этот объект расположен на набережной реки Свислочь, в условиях с высоким уровнем напорных грунтовых вод.

Предлагаемое сочетание мероприятий по защите заглубленных железобетонных конструкций от влаги позволит исключить отказ всей многоступенчатой системы гидроизоляции в случае выхода из строя одного из звеньев.

Авторы:
Юлия РЫХЛЕНОК, зав. отделом ограждающих конструкций РУП «Институт БелНИИС»
Наталья ПРОТЬКО, к.т.н., зав. отделом технологии бетона и растворов
Журнал «Мастерская. Современное строительство»
Masterskaya.by

Читайте еще статьи строительной тематики
в журнале "Мастерская. Современное строительство"