Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
UDC 693.69
Improving the waterproofing properties of building materials is an urgent task of modern construction due to the negative effects of aggressive environments, moisture and other factors that reduce the durability of structures. The purpose of this work is to analyze the effectiveness of modern waterproofing materials and methods of their application, as well as to study the effect of various additives on the structure and properties of concrete. The research methodology included an analysis of the composition of dry mixtures from various manufacturers, laboratory tests of coatings for strength, waterproofness and chemical resistance, as well as the study of the performance characteristics of materials in various temperature and humidity conditions. Special attention was paid to the technological stages of surface preparation and application of formulations. As a result of experimental studies, it has been established that a key condition for effective waterproofing is thorough mechanical and water jet cleaning of the substrate. The optimal conditions for the application of formulations (temperature 18-25 °C) and the requirements for subsequent moisture care to gain strength have been determined. The technical characteristics of the two-component polymineral composition are given, confirming its high water resistance (up to W12) and adhesion (at least 1.2 MPa). An analysis of the mechanisms of action of various additives has shown that organic and inorganic modifiers have different effects on the porosity of the structure. It is concluded that further research of composite materials is necessary to simultaneously improve the water resistance and mechanical properties of cement composites, which is a promising direction for improving the operational reliability of building structures.
waterproofing, technology, repairs, structures, additives, concrete, water resistance, coating waterproofing, penetrating waterproofing, composite materials
Введение
Проблема повышения гидроизоляционных свойств строительных материалов – одна из ключевых в современном строительстве. Различные негативные факторы, такие как: агрессивные среды, солевые растворы, блуждающие токи, биоповреждения, снижают долговечность и эксплуатационные качества строительных конструкций. В связи с этим необходим поиск современных методов и средств повышения гидроизоляционных свойств конструкций, работающих в различных условиях.
Известно, что основной причиной проникновения влаги в элементы строительных конструкций является капиллярный подсос [1]. Установлено, что наиболее эффективное покрытие образуется при нанесении пропитывающих растворов [2].
Методы повышения гидроизоляционных свойств строительных материалов можно разделить на 2 группы: первичные и вторичные [3]. К первичным можно отнести введение добавок, повышающие гидроизоляционные свойства, на этапе приготовления бетонной смеси. Вторая группа: оклеечная, обмазочная, проникающая, пропиточная, мембранная и т.д. Подбирать тип гидроизоляции необходимо с учетом особенностей ее технологии нанесения на строительные конструкции [4]. Так, отмечается, что проникающая гидроизоляция обладает лучшими свойствами защиты и проникающей способности по сравнению с обмазочной [5].
Следовательно, для современных способов защиты строительных конструкций от проникновения различных сред, необходимо совершенствовать составы гидроизоляционных материалов и разрабатывать более эффективные составы.
Материалы и методы
С целью определения качества гидроизоляционных составов были использованы следующие методики:
– анализ состава и свойств сухих смесей для гидроизоляции;
– лабораторные испытания гидроизолирующих покрытий на прочность, водоустойчивость и стойкость к химическим веществам;
– исследование характеристик покрытия при различных температурных режимах и уровнях влажности;
– изучение эксплуатационных качеств материалов в реальных условиях строительства.
Материалы, используемые для исследования, представлены различными производителями и включают сухие смеси для обмазочной гидроизоляции ("Гидропаколь"), проникающие составы и комбинированные системы.
Результаты
В результате выполнения экспериментальных исследований установлено, что перед началом работ для обеспечения хорошей адгезии состава, поверхность ремонтируемых конструкций необходимо тщательно очистить от разрушенного старого бетона, пыли, грязи, жировых пятен, остатков краски и иных ослабленных материалов до прочного и твердого основания. Применять механические способы очистки бетонной поверхности: щетки, фрезы, алмазные чашки, шлифовальные круги, отбойные молотки, игольчатые молотки и др.
Далее поверхность необходимо дополнительно очистить с помощью водоструйной машины высокого давления. После обработки поверхность должна подсохнуть в течение 1-3 часов до незначительной влажности (т.н. матовое состояние).
Установлено, что в жаркую погоду, при прямом попадании солнечных лучей и сильных ветрах, сквозняках обрабатываемую поверхность необходимо дополнительно увлажнять, стремясь к обеспечению «матового» состояния. Замешанный раствор наносить вручную подобно обмазочным составам с помощью подручных инструментов (шпатель, кисть с искусственным волокном, валик и др.). Допускается нанесение механизированным способом с использованием пистолета-распылителя, текстурного аппарата для отделочных и окрасочных работ и др. Нанесение должно осуществляться равномерно по всей поверхности сплошным слоем. Для лучшей стойкости к деформациям, возникающим при эксплуатации конструкций, рекомендуется выполнять нанесение раствора «шпатлевочной» консистенции по стеклотканевой или полимерной сетке (рис.1).
Оптимальными условиями для нанесения составов являются нормальные условия (температура 18-25 ℃, влажность 60-70 %). Допускается выполнять работы по нанесению не ниже +5 ℃, однако, выявлено, что при низких положительных температурах заявленные характеристики материал приобретает на более поздних сроках. Обработанную поверхность следует защитить от прямого воздействия дождя, солнца, порывистого ветра до полного затвердевания раствора.
Рис.1. Процесс нанесения гидроизоляционного состава на конструкцию
Не менее важным технологическим процессом является уход за свеженанесенным раствором, заключающийся в том, что отремонтированный участок следует поддерживать во влажном состоянии в течение 2-х суток, путем укрытия пленочным материалом и регулярным опрыскиванием 2-3 раза в сутки. При жаркой и ветреной погоде влажностный уход следует увеличить до 3-х суток.
Отделку обработанной поверхности необходимо проводить по истечении 5-10 суток со дня окончания обработки поверхности строительной конструкции. Основные технические характеристики двухкомпонентного полиминерального состава, предназначенного для гидроизоляции конструкций из бетона, кирпича и камня представлены в таблице 1.
Таблица 1
Основные технические характеристики
|
№ п/п |
Наименование показателей |
Ед.изм. |
Значение |
|
1 |
Соотношение сухого компонента к жидкому (по массе) |
- |
(2,85:1) |
|
2 |
Наибольшая крупность частиц сухого компонента, не более |
мм |
1 |
|
3 |
Содержание частиц наибольшей крупности |
% |
0,5 |
|
4 |
Влажность по массе сухого компонента, не более |
% |
0,05 |
|
5 |
Плотность жидкого компонента |
кг/м3 |
1000±50 |
|
6 |
Плотность приготовленного раствора |
кг/м3 |
1600±50 |
|
7 |
Подвижность по расплыву кольца (марка по подвижности) |
см |
16 (Рк4) |
|
8 |
Сохраняемость первоначальной подвижности раствора, не менее |
мин |
60 |
|
9 |
Водоудерживающая способность раствора, не менее |
% |
98 |
|
10 |
Прочность сцепления затвердевшего раствора |
МПа |
1,2 |
|
11 |
Марки водонепроницаемости бетона, обработанного раствором: |
- |
W4 |
|
12 |
Относительное удлинение затвердевшего раствора, не менее |
% |
50 |
|
13 |
Условная прочность раствора (в момент разрыва), не менее |
МПа |
1,6 |
|
14 |
Требуемый класс шероховатости поверхности |
- |
4-Ш |
Обзор основных гидроизоляционных добавок и механизм их действия представлен в таблице 2.
Таблица 2
Механизм действия различных гидроизоляционных добавок
|
Виды гидроизоляционных материалов |
Материал |
Дозировка |
Структура |
|
|
Органические |
Макромолекулярные органические |
Резина |
10 % |
Суммарный объем пор увеличился на 71,2 % [6] |
|
20 % |
Суммарный объем пор увеличился на 35,1 % [7] |
|||
|
Полипропиленовое волокно |
0,45-0,9 г |
Пористость уменьшалась с увеличением дозировки волокна [7] |
||
|
Микромолекулярные органические |
Стеариновая кислота |
1 % |
Общий объем пор увеличился на 81,8 % [8] |
|
|
Наночастицы диоксида кремния |
2 % |
Сокращение объема пустот на 22,78 [9] |
||
|
Раствор на основе силана |
4 % |
Объем пор уменьшился на 21,1 % [7] |
||
|
Коралловый песок, модифицированный |
10 % |
Более высокая внутренняя плотность и меньшее количество пор [10] |
||
|
Силановые гидроизоляционные агенты |
0,1-0,6 % |
Образовалось малое кол-во Ca(OH)2 и более компактная пористая структура [11] |
||
|
Модифицированный стеариновой |
5-15 % |
Пористость увеличивалась с увеличением дозировки шлака[12] |
||
|
Неорганические |
Нано-неорганические |
Нанокремнезем |
1-5 % |
Структура CSH в продуктах гидратации более компактная [12] |
|
Водорастворимый фторалкилсилан, |
2 % |
Объем пустых мест уменьшился на 22,8 % [13] |
||
|
Композитные |
Кристаллические |
Гидроизоляционные материалы |
0,2-0,8 % |
Кристаллы Ca(OH)2 восстановились, структура CSH и эттрингита стала более компактной [11] |
Обсуждение
Гидроизоляционные добавки демонстрируют значительное улучшение водонепроницаемости железобетонных конструкций. Однако эти добавки могут оказывать негативное воздействие на механические свойства строительных материалов, представляя собой серьезную технологическую проблему, требующую срочного решения. Применение методов химической модификации с использованием малых молекул стало эффективным подходом к смягчению этих негативных последствий. Будущие разработки гидроизоляционных добавок должны в первую очередь сосредоточиться на двойном улучшении водонепроницаемости и механических свойств цементных материалов, что остается ключевой областью для последующий инновационных решений.
Технология обмазочной гидроизоляции не требует специальных приспособлений, достаточно проста с технологической точки зрения и позволяет значительно повысить гидроизоляционные свойства, а иногда и с эффектом анодирования арматуры строительных конструкций, повышая тем самым их эксплуатационные характеристики.
Заключение
Композитные гидроизоляционные материалы эффективно снижают пористость бетона за счет реакций кристаллизации, однако этот процесс может негативно влиять на трещиностойкость материала. Поэтому исследования в области технологий модификации композитов, сочетающих органические и неорганические гидроизоляционные материалы, имеют решающее значение для повышения общей эффективности цементных материалов.
1. Honâvin V. V., Kočetkova M. V. Zaŝitapodzemnýhkonstrukcijotvozdejstviâagressivnojsredý [Protection of underground structures from aggressive environment] // Obrazovanieinauka v sovremennom mire. Innovacii. — 2021. — № 1 (32). — S. 129–135. EDN: https://elibrary.ru/EFHVCX
2. Filimonov A. M. Sovremennýemetodýremontairekonstrukcii GTS. Opýt OOO «SMU-8» [Modern methods of repair and reconstruction of hydraulic structures. Experience of LLC "SMU-8"] // Gidrotehnika. — 2021. — № 2 (63). — S. 76–79. EDN: https://elibrary.ru/DWOOZW
3. Sovremennýetehnologiiisistemyzaŝitypoverhnostejotproniknoveniâvody [Modern technologies and systems for protecting surfaces from water penetration] / R. A. Burhanova, N. Û. Evstaf'eva, T. K. Akčurin, I. V. Stefanenko // VestnikVolgogradskogogosudarstvennogoarhitekturno-stroitel'nogouniversiteta. Seriâ: Stroitel'stvoiarhitektura. — 2022. — № 2 (87). — S. 72–81. EDN: https://elibrary.ru/EOUBAB
4. Tkač V. V., Lukin A. O. Analizèffektivnostisovremennýhsposobovustrojstvapodzemnojgidroizolâciipristroitel'nomproizvodstve [Analysis of the effectiveness of modern methods of underground waterproofing in construction production] // Vektornaučnojmýsli. — 2025. — № 11 (28). — S. 294–299. EDN: https://elibrary.ru/VULWMO
5. Geraža A. K. Sposobzaŷityfundamentaotgruntovýhvod s pomoŷ'ûgidroizolâcii [Method of protecting the foundation from groundwater using waterproofing] // Alleânauki. — 2025. — T. 2, № 1 (100). — S. 487–491. EDN: https://elibrary.ru/LOLQBZ
6. Liu F., Ding W., Qiao Y. An experimental investigation on the integral waterproofing capacity of polypropylene fiber concrete with fly ash and slag powder // Construction and Building Materials. — 2019. — Vol. 212. — P. 675–686. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.027.
7. Tian L., Qiu L. Preparation and properties of integrally hydrophobic self-compacting rubberized concrete // Construction and Building Materials. — 2022. — Vol. 338. — Article 127641. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127641. EDN: https://elibrary.ru/MWQJFD
8. Integral hydrophobic concrete without using silane / Z. Feng, F. Wang, T. Xie, J. Ou, M. Xue, W. Li // Construction and Building Materials. — 2019. — Vol. 227. — Article 116678. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116678. EDN: https://elibrary.ru/XMGMFK
9. Evaluating the influence of hydrophobic nano-silica on cement mixtures for corrosion-resistant concrete in green building and sustainable urban development / M. Alvansazyazdi, F. Alvarez-Rea, J. Pinto-Montoya, M. Khorami, P. M. Bonilla-Valladares, A. Debut, M. Feizbahr // Sustainability. — 2023. — Vol. 15. — Article 15311. — DOI:https://doi.org/10.3390/su152115311. EDN: https://elibrary.ru/LZFVVM
10. Zhao Y., Wang Q., Song Q., Xu S. Study on the anti-corrosion properties of hydrophobic cement mortar containing coral sand // Archives of Civil and Mechanical Engineering. — 2023. — Vol. 23. — P. 177. — DOI:https://doi.org/10.1007/s43452-023-00715-6. EDN: https://elibrary.ru/OCLNAI
11. Experimental investigation on calcium dissolution performance of shotcrete with different waterproofing agents / B. Fu, H. Zhou, F. Ye, B. Wang, S. Liu, W. Qian // Case Studies in Construction Materials. — 2024. — Vol. 20. — Article e03009. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e03009. EDN: https://elibrary.ru/OLYBPF
12. Ji T. Preliminary study on the water permeability and microstructure of concrete incorporating nano-SiO2 // Cement and Concrete Research. — 2005. — Vol. 35. — P. 1943–1947. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2005.07.004.
13. Water-soluble fluorosilane supplemented with fumed silica as admixture for producing hydrophobic concrete: effects on cement hydration, mechanical properties and water protection properties / J. González-Coneo, R. Zarzuela, M. Luna, M. J. Mosquera // Developments in the Built Environment. — 2024. — Vol. 17. — Article 100317. — DOI:https://doi.org/10.1016/j.dibe.2023.100317. EDN: https://elibrary.ru/NJMLWW
