Водонепроницаемый бетон

Водонепроницаемый бетон

Водонепроницаемый бетон – это полученный по специальной технологии строительный материал, который содержит в своей основе компоненты классического бетона. Для придания водостойкости в его состав вводятся вещества различной природы, приводящие к уплотнению структуры или образованию гидрофобных пленок.

Основа водонепроницаемых бетонов

В качестве связующего в бетоне обычно применяются портландцемент или быстротвердеющие саморасширяющиеся композиции. Функцию мелкого наполнителя выполняет песок, а крупного – гравий, щебень или отходы промышленных производств [1]. Отношение связующего к наполнителю составляет по массе от 1 : 11,6 до 1 : 3,6 для марок М100 и М450 соответственно. Отношение песка к щебню колеблется от 1 : 1,5 для составов меньшей прочности до 1 : 2,2 для самых прочных бетонов [2].

Причины пропускания воды бетонным слоем

Разветвленная система пор является основным путем проникновения влаги через кажущийся непроницаемым материал. Увеличение пористости происходит в результате избытка или недостатка воды в исходном растворе.

Избыток воды приводит к нахождению в составе затвердевшей массы капель, не вступивших в реакцию. Со временем они испаряются, а на их месте остаются микроскопические пустоты – поры.

Недостаток воды снижает пластичность раствора, в результате чего конгломерат формируется с нарушением целостности. Низкая подвижность не позволяет бетону уплотниться и уменьшает не только влагонепроницаемость, но и прочность. Пористость, связанная с недостаточным уплотнением смеси, относится к дефектам бетонного покрытия.

Оптимальное содержание воды в растворе зависит от пропорций вяжущего и наполнителя. При протекании реакций затвердевания ее необходимо около 25 % от массы вяжущего (цемента). Для получения максимальной пластичности при строительстве добавляют 40-70 % воды [3].

• усадка бетона в процессе затвердевания. Для классических составов (цемент, песок, щебень и вода) этот процесс неизбежен;
• замерзание и оттаивание свободной влаги в бетоне. При замерзании объем образовавшегося льда превышает объем пор или трещин и приводит к их расширению;
• большие знакопеременные нагрузки, наблюдающиеся при значительной массе постройки и неустойчивом грунте.

Подходы к увеличению водостойкости бетонного конгломерата

1. Добавление пластификаторов, улучшающих удобоукладываемость

Действие таких добавок состоит в повышении пластичности раствора и качественном заполнении формы, ограниченной опалубкой. Одновременно наблюдается снижение содержания избыточной влаги, способствующей порообразованию.

Примечание: пластичность измеряют путем оценки осадки конуса. Его начальную форму придают при заполнении бетоном стандартной конусообразной заготовки. После наполнения формовочный конус медленно поднимают и измеряют разницу между его высотой и высотой осевшего под действием силы тяжести бетонного конуса [4].

Пластификаторы добавляются в количестве от 0,1 до 3,0 % по массе. Они подразделяются на 3 группы, состоящие преимущественно из поверхностно-активных веществ (ПАВ) [5]:

• высокоэффективные (суперпластификаторы) – повышают осадку конуса от 2-4 см до 20 см и более (продукты сульфометилирования меламина и сульфирования ароматических углеводородов с последующим конденсированием с формальдегидом);
• сильнопластифицирующие – увеличивают осадку до 14-19 см (сульфонаты щелочных металлов);
• — слабопластифицирующие – рост осадки достигает 8 см (крахмал, кремнийорганические жидкости, животный клей).

Такой подход получил распространение в процессе приготовления вязкой бетонной смеси и придании водонепроницаемости уже затвердевшему материалу. Суть способа заключается во введении в состав бетона неорганических солей металлов – хлорного железа, силиката натрия и калия, нитрата кальция и пр. Одним из наиболее эффективных некоммерческих препаратов считается нитрат кальция (кальциевая селитра) [6]. Ее добавление к бетону в количестве 0,5-1 % максимально повышает водонепроницаемость и конечную прочность.

В качестве гидрофобных компонентов применяются щелочные соли высших кислот (олеат или стеарат натрия, кальция, цинка и др.) и силиконовые жидкости. Содержание этих веществ невелико и составляет обычно 0,15-1 % от массы связующего [7].

Водонепроницаемый бетон на основе расширяющегося и напрягающего цемента

В отдельную группу выделяют бетоны, связующее которых частично или полностью состоит из алюминатов кальция. Особенностью таких бетонов является быстрое время схватывания, составляющее от нескольких минут до 10-12 часов [8].

При затвердевании расширяющегося алюминатного цемента происходит не усадка, а расширение, препятствующее образованию трещин. Использование напрягающего цемента, состоящего из 65-75 % портландцемента, 13-20 % глиноземистого цемента и 6- 10 % гипса, позволяет достичь не только высокой водостойкости, но и значительной прочности железобетонной конструкции [9]. Расширение бетонной массы при схватывании разносторонне растягивает и напрягает арматуру, увеличивая общую прочность.

Начало схватывания раствора с добавлением напрягающего цемента составляет не менее получаса, а завершение процесса наступает не позднее четырех часов после приготовления.

Важной особенностью всех видов водонепроницаемого бетона является их эффективность лишь при условии монолитности. Наличие конструкционных швов минимизирует эффект от применения водонепроницаемого состава и требует дополнительных работ по гидроизоляции. Заливка единого бетонного монолита, стойкого к воздействию влаги, является надежным способом достичь максимальной водонепроницаемости, прочности и долговечности конструкции.

Что влияет на показатель водонепроницаемости?

Водонепроницаемость бетона – специфическая характеристика, которую имеет бетонный раствор. На нее влияет большое количество факторов, среди которых:

• возраст самого бетона. Чем больше ему лет, тем лучше он защищен от разрушающего воздействия влаги;
• влияние окружающей среды; . К примеру, сульфат алюминия увеличивает степень плотности бетона. Этого строители достигают при помощи вибрирования, действия пресса, вакуумного удаления влаги.

В процессе затвердевания бетона могут образовываться поры. Причины этого:

• недостаточная плотность смеси;
• наличие излишней воды;
• уменьшение объема стройматериала в процессе усадки.

Усадка должна быть минимальной для такого типа бетонной смеси. Во избежание проблем выполняются такие действия:

1. увлажнение свежего бетона на протяжении первых трех дней через каждые три часа;
2. накрыть залитый бетоном участок влажной мешковиной либо пленкой;
3. не забывать о специальном средстве, которое образует пленку.

Перед началом работы с данным видом стройматериала нужно ознакомиться с присущими ему характеристиками.

Типы материалов

Существует несколько типов влагостойкого цемента, которые различаются составом, структурой, техническими характеристиками. Все они считаются гидрофобными, но по-разному используются в работе.

Расширяющийся цемент

Материал расширяющегося типа включает около 70% глиноземистого цемента, 20% полуводного гипса и около 10% добавки — гидроалюмината кальция, благодаря которой он увеличивает свой объем. В ходе химической реакции полимеризации элементы возрастают в объеме и привязывают к себе молекулы цемента.

Расширяющийся гипсоглиноземистый цемент

Расширяющийся цемент незаменим при производстве конструкций из железобетона, ведь он не имеет пустот и трещин. С его помощью можно восстанавливать старые постройки, проводить ремонт, он идеален для бассейнов, дамб, плотин. Поверхностное застывание цемента начинается сразу же и завершается уже через 10 минут, причем чем больше влажность, чем сильнее он расширяется. Через трое суток материал будет по прочности соответствовать марке М300, а через месяц — М500.

Безусадочный цемент

Этот материал также применяется для возведения объектов, которые постоянно или периодически взаимодействуют с водой. Водонепроницаемый цемент с безусадочными свойствами включает до 85% глиноземистого портландцемента, 5% асбеста, по 5% полуводного гипса и алюмината кальция. Также в состав могут входить боксит, азотнокислый кальций, ферросилиций и известняк.

Глиноземистый цемент в высокой концентрации отвечает за быстрое отверждение раствора — уже через 1 час он обретает до 75% своей прочности. Масса должна застывать при повышенной влажности (около 70%), в результате чего происходит кристаллизация добавок и значительное уплотнение цементного камня. Также благодаря присутствию некоторых веществ материал обретает антикоррозионные свойства, которые не позволяют железобетонным конструкциям ржаветь. Целесообразно применять безусадочный цемент только при условии высокой влажности, так как в сухих помещениях он будет давать усадку.

Быстротвердеющий цемент

Подобные растворы застывают раньше других и обретают полную прочность уже через 3 суток после заливки. В них добавляют трехкальциевый силикат в большом объеме (до 50%), который и обеспечивает нужные технические свойства. Цемент хорошо подходит для создания сверхпрочных бетонов, для ускорения выполнения кладки, производства железобетонных плит и тротуарной плитки.

Быстротвердеющая цементная стяжка SZE Quick-mix

Минусы у быстротвердеющего цемента тоже имеются. Этот материал довольно дорогой, и работать с ним можно только при наличии опыта. Если не произвести заливку быстро, смесь отвердеет и будет испорчена. Экологичность состава находится не на высоком уровне, и трудиться с ним можно только снаружи помещений.

Гидрофобные добавки

Для увеличения прочности бетона применяют всевозможные добавки. Их можно разделить на три большие группы:

1. Пластифицирующие. При добавлении в бетон формируют пленку, которая обволакивает частицы цемента, делая их скользкими и повышая подвижность бетонного раствора. Некоторые виды пластификаторов действуют иным образом — создают вокруг частичек цемента электрический заряд, чем увеличивают подвижность бетона. Другие добавки сочетают в себе оба свойства (например, поликарбоксиликат). В результате материал обретает водонепроницаемость, прочность, морозостойкость, у него отсутствует склонность к растрескиванию.
2. Кольматирующие. Способствуют уплотнению раствора после его высыхания. В ходе реагирования с цементом и водой создают нерастворимые соединения, заполняющие микропоры в бетоне. Чаще всего в роли кольматирующей добавки выступает микрокремнезем или вещества проникающего действия. Последние можно не вводить в раствор, а покрывать ими уже залитый слой, при этом они закупоривают поры.
3. Полимерные. Предназначены для придания составу подвижности, эластичности. Помогают сделать бетон непроницаемым для влаги и стойким к появлению трещин.

Важно правильно подбирать марку бетона для конкретных работ

Для обустройства фундамента требуется влагостойкий бетон марки W8, причем его еще нужно будет покрыть гидроизоляционным слоем. Сухие помещения нужно штукатурить с помощью растворов W8-W14. Если помещения сырые, то для работ необходимо выбирать высокие марки раствора, при этом потребуется еще обрабатывать готовую поверхность специальной грунтовкой.
Отделывать фасады зданий нужно с помощью высоких марок раствора, чтобы достичь максимальной водонепроницаемости. Это защитит здание от проникновения внутрь его сырости, что сделает его более комфортным и долговечным.

Водонепроницаемый бетон

Водостойкий бетон – это особый вид бетона, который не содержит пустот (пор и капилляров), которые могут пропускать влагу. Водонепроницаемый бетон обладает повышенной плотностью, которая и обеспечивает его специфические характеристики. Однако, чтобы обеспечить полную гидроизоляцию, одной плотности недостаточно. Для гидроизоляции необходим не только специальный бетонный раствор, но и герметизация швов. Достичь водонепроницаемости можно только в монолитных конструкциях. Сборные конструкции, содержащие множество подвижных швов, быть водонепроницаемыми не могут. Водонепроницаемый бетон можно сделать своими руками.

Существует 3 возможные причины проникновения воды в бетон:

Таблица данных о составе бетона.

• поры, образующиеся из-за избытка воды в бетонной смеси;
• дефекты, обусловленные недостаточным уплотнением смеси;
• деформация и появление трещин.

Трещины в бетонной конструкции могут образовываться из-за деформации здания. Деформация может быть вызвана усадкой здания, которая происходит в первый год эксплуатации. Конструкция бетонного фундамента должна быть рассчитана на деформацию, тогда трещин можно избежать.

Появление трещин зависит от проектировщиков строительства, поэтому желательно обратиться к профессионалам, которые смогут просчитать нагрузку на грунт под зданием, усадку и необходимые параметры монолитной бетонной конструкции, которые позволят фундаменту выдержать нагрузку и не деформироваться.

Как сделать бетонные чаши водонепроницаемыми надолго

частой причиной повреждений и недостатков железобетонных бассейнов различных конструкций являются просчеты при планировке и координации. Последующее устранение специалистами подобных просчетов и недостатков, как правило, очень трудно, дорого и стоит нервов и времени для всех, кому приходится этим заниматься.

Поскольку для бассейнов и джакуззи, независимо от их размера, физические характеристики совпадают, то последнее верно как для частных, так и для общественных бассейнов. Однако для общественных существуют определенные нормы, установленные в законодательном порядке, а также требования немецкого института норм DIN 19643 к очистке (подготовке) и дезинфекции воды, внешнему виду и технике безопасности. Основным требованием, наряду с динамической и термической стойкостью, является их водонепроницаемость. Переход от вертикальных стенок бассейна к прилегающим к нему поверхностям — территория, которая подвергается наибольшей нагрузке и требует самой тщательной планировки и исполнения.

Собственно чаша бассейна включает в себя сточный желоб со всеми комплектующими и зону контакта стенок бассейна с прилегающими поверхностями. При этом конструкция чаши играет решающую роль в общем функционировании искусственного водоема, включая его гидравлику. Конструкция чаши немаловажна и для определения его водонепроницаемости. Проблемы с изоляцией возникают из-за того, что уровень воды в бассейне выше уровня окружающей его поверхности. В плакированных (покрытых тонким слоем металла) бассейнах и выложенных плиткой, гидростатическое давление воды на водопроницаемое железобетонное покрытие приводит к тому, что вода просачивается через раствор керамического покрытия пазов до бетона или сточного желоба. Благодаря капиллярному эффекту, вода попадает и за желоб.

При недостаточной изоляции чаши такая жидкость, просочившаяся через бетон чаши, выступает на поверхности прилегающей к бассейну территории. Вы можете добиться надежной и недорогой изоляции чаши, если Вы продолжите его стенки на прилегающую поверхность в виде бетонного канта, согласно требованию немецкого института норм DIN 1045, непосредственно за сточным желобом до высоты покрытия раствора керамической облицовки. Бетонный кант создает в верхней части слоя раствора дополнительную преграду высотой около 2,5 см для воды, просачивающейся через раствор, заполняющий пространство между бетоном и облицовкой бассейна. Как правило, за чашей находится эластичный или подвижный паз с соответствующим соединением, способным выдержать давление воды.

Используемый эластичный изоляционный материал для изоляции пазов [желобов] должен иметь абсолютно ровную клейкую поверхность и принимать форму бетона, при этом не повреждаясь. К тому же, этот материал должен выдерживать влияние химических препаратов, например, используемых кислотных или щелочных средств.

Поскольку горизонтальные желобки требуют не менее 12 см, для бетонной окантовки бассейна за сточным желобом и прилегающей поверхности используют бетон с толщиной изоляции 24 см. Параллельное использование закрывающих (перекрывающих) пазов не влияет на изоляцию, а расход стройматериалов уменьшается, следовательно, уменьшается и стоимость постройки.

Плавательные бассейны в силу того, что они могут быть расположены в самых разных местах, не должны быть напрямую связаны с прилежащими строениями, и, кроме того, конструкции их эластичных или подвижных пазов должны быть автономными. При постройке водоема на ровной местности необходимо учитывать состояние почвы и водоснабжение местности и позаботиться об изоляционном слое бетона минимум класса B 10 с консистенцией KS (твердый бетон) с гравием.

Малодеформирующаяся и устойчивая конструкция с изоляцией, согласно требованию немецкого института норм DIN 1045, предполагает минимальное содержание металла и, соответственно, небольшое расстояние, плюс около 5 см бетонного покрытия. Все это препятствует образованию трещин. Мелкие трещинки на внутренней поверхности могут значительно повлиять на его прочность, так как влага, вызывающая коррозию, просачивается к железному корпусу чаши. При капиллярном просачивании вода отдает сульфатные частички бетонному покрытию, и путем процесса химического преобразования возникает соляной налет. Вследствие воздействия кислоты происходит нейтрализация, и из-за сильного воздействия хлорида бетон повреждается и не может больше служить защитой от ржавчины для железной чаши. Такой защитой может служить только бетон с уровнем pH>8,5.

Старайтесь избегать наличия кремниевых камней в бетоне, так как силикатный гель, хотя и имеет высокую прочность, при воздействии воды разлагается на щелочные цементные камни, начиная цепную реакцию. Кроме того, воздействие сульфата приводит к увеличению объема цементных камней.

Бассейны, состоящие из одной чаши

Железобетонные бассейны, в зависимости от требований, состоят из одной или из двух чаш с применением различных водонепроницаемых покрытий, согласно требованиям немецкого института норм DIN 1045. Каждая из форм имеет определенное значительное влияние на прочность и срок службы. Конструкции, не учитывающие, в каких условиях будет эксплуатироваться бассейн, нередко приводят к его повреждениям, поскольку то, что хорошо выглядит в плане физических характеристик, не всегда оказывается разумным на практике. Железобетонные конструкции состоят из водонепроницаемого бетона с мягкой изоляционной конструкцией, согласно требованиям немецкого института норм DIN 1045, или с жесткой изоляционной конструкцией согласно DIN 4227. "Водонепроницаемый" означает, что на внешней стороне стенок бассейна даже после продолжительного периода времени не выступает жидкость. Как для открытых водоемов, так и для искусственных водоемов в помещении характеристики бетона должны отвечать требованиям немецкого института норм DIN 1045.

Рабочие желобки обеспечивают связь

Система рабочих желобков [пазов] и изоляция внутри инжекторного шланга

A — железобетон, отвечающий требованиям немецкого института норм DIN 1045
B — керамическое покрытие
C — изоляция желобов
D — Висбаденский желоб
E — изоляционный раствор на основе эпоксидной смолы
F — эластичное покрытие для желобов
G — застывшая пена
H — эластичный состав для заполнения желобков
I — затвор для желобков
J — скользящий желоб
K — подогрев пола
L — пленочное покрытие
M — влагоизоляция
N — тепло- и влагоизоляционное покрытие для пола

В отличие от эластичных и подвижных желобов, предназначенных для всевозможных вариаций формы, рабочие желобки создают надежную систему сообщения. Они возникают между двумя отдельными бетонными частями, которые невозможно изготовить из одного (цельного) куска, например, в месте перехода дна бассейна к его стенке. Для того, чтобы создать водонепроницаемую и прочную связь между бетонными частями, использую пазовые связки. Проблемы, возникшие при изолировании, встраивании трубы, проводящей воду, или проблемы, обусловленные конструкцией водоема, могут значительно затруднить работу специалиста, который будет заниматься пазовой системой. Здесь проще будет установить инжекторно-шланговую систему. В этой системе между бетонными частями вмонтирован шланг, соединяющий желобки. Шланг должен быть рассчитан на то, чтобы выдержать давление бетона, а также препятствовать попаданию цементной массы внутрь. После того, как шланг будет установлен, в него вводится эластичная смола на основе полиуретана.

В железобетонных бассейнах, состоящих из одной чаши и изготовленных из цемента с высоким содержанием сульфата DIN 1164 и покрытых слоем изоляционного материала толщиной 5см, можно использовать и вредную для бетона воду, например, морскую. При использовании воды, подвергающейся химической очистке (подготовке) с озоном, необходимо использовать стальную изоляцию толщиной 5 см.

При статичной конструкции нужно позаботиться о долговечности используемых материалов. Если в таких конструкциях появляются трещины или рабочие и эластичные желобки пропускают воду, то такие проблемы можно решить путем введения изоляционных материалов в поврежденные места.

Последующее введение изоляционных материалов

Давление, необходимое для введения изоляционного материала, может составлять до 100 бар. Долговечность изоляции будет при этом зависеть от того материала, который Вы используете. Материал должен иметь следующие качества:

• долговечность;
• способность сохранять эластичность после введения для того, чтобы повторять малейшие движения корпуса бассейна (неподвижные, "жесткие" материалы создают много проблем);
• минимальную вязкость, чтобы материал мог проникнуть и в капилляры, трещины и желобки.

Время, которое требуется для затвердевания материала, зависит от характера повреждения. При трещинах требуется больше времени для полимеризации, чем при покрытии соединений эластичных желобов, так как материал должен проникнуть в мельчайшие трещинки. На деле доказали свою надежность эластичные смолы, состоящие из двух компонентов на основе полиуретана и акрила. Для использования в строительстве в настоящее время разрабатываются смолы на основе одного компонента. Удобны в применении также керамические составы для изоляции бассейнов, отвечающие требованиям немецкого института норм DIN 8166, например, Europanorm DIN EN 176. Плитка и пластинки применяются как на толстых, так и на тонких основах. Раствор, используемый в желобах и плитах, не выполняет изоляционную функцию, но должен быть достаточно водонепроницаемым, чтобы препятствовать просачиванию или протеканию воды. Высокое содержание воды или высокая пористость раствора указывают на то, что раствор уже выщелочился.

Специальный цемент предотвращает выщелачивание

Трубы, поставляющие воду, с изолированными стенками

Высокая способность поглощать воду, а также пористые пространства ведут к зарастанию и еще более затрудняют процесс очистки (подготовки) воды, так как здесь не происходит обмена хлорированной дезинфицированной водой. Выщелачивания нерастворимых компонентов, ускоряющего выцветание, можно избежать, применяя специальный цемент.

Хорошо зарекомендовали себя в деле повышения химических, физических и водоотталкивающих качеств плиточного раствора и желобов материалы, используемые в дополнение к основному, например, материал на основе эпоксида. Переходы от дна к стенкам, линии сгибов керамических покрытий, а также предусмотренные конструкцией подвижные пазы должны изготавливаться из водонепроницаемого бетона. В бассейнах под открытым небом, в силу большего воздействия природных условий и более сильных перепадов температуры, необходимо обеспечить дополнительную систему желобков по квадратам 6х6 см или прямоугольникам с максимальной стороной 8 см.

Покрытие ступенек и площадок скатов должно доходить до уровня ниже поверхности воды. Мелкие бассейны и зоны для загорания также должны иметь противоскользящее покрытие, согласно требованиям немецкого института норм 51097 и памятке "Противоскользящее покрытие пола на влажных территориях, на которых ходят без обуви" (перечень документов по стандартизации 26.17). Теплоизоляция водоема стоит очень дорого и, как свидетельствуют строительные физические расчеты, не нужна. При относительно высокой, например, 35 C, температуре воды и воздуха и средней температуре земли 11 o C (температура бассейна 18 o C, температура поступающей воды 8 o C) разница температуры воды составляет около 24 C. При этом изменения длины бассейна, вызванные термическими колебаниями, при протяженности 12,5 м составляют 3,4 мм. Подобные изменения не влияют на характеристики современных конструкций.

Земля хорошо сохраняет тепло

Практика показывает, что железобетонные конструкции водоемов как стоящие на поверхности земли, так и вкопанные в землю, требуют внешней влагоизоляции, как из-за физических свойств бетона, так и ради сохранения тепла. В случае, если бассейн стоит в помещении, то вода в нем имеет комнатную температуру. Если же он вкопан в землю, то земля служит хорошим теплоизолятором. При этом следует избегать влияния грунтовых вод.

Советы профессионалов

При выполнении строительных работ используются различные материалы, которые можно разделить на два типа: традиционную и проникающую гидроизоляцию.

Первый вид включает гибкие материалы, рубероид, полимерные смолы и проч. Особенность таких материалов в том, что они не образуют монолитного слоя с основанием защищаемой конструкции. Они больше подойдут в качестве вспомогательного материала и неприемлемы для таких помещений как подвал, бассейн, фундамент.

Срок службы достаточно недолог, около 5 лет.

Проникающая гидроизоляция – более передовой метод защиты помещений от воздействия влаги. В настоящее время все шире применяется для фундаментов, цокольных этажей, ванных комнат и резервуаров с водой. Срок службы более длительный, к тому же показатели эффективности опережают традиционный тип гидроизоляции.

При выборе типа гидроизоляционного материала профессионалы рекомендуют учитывать ряд факторов:

1. Сила и вид воздействия окружающей влаги. Соприкосновение с водой может быть с наружной и внутренней стороны (грунтовые, талые воды, конденсация водяных паров).
2. Возможность проведения промежуточного ремонта. При укладке фундамента выбор материалов должен происходить на этапе проектирования с учетом геологических заключений во избежание дополнительных затрат в будущем.
3. Вид конструкции, степень деформационного воздействия и вибраций, а также прочие характеристики, от которых будет зависеть выбор того или иного материала.

Гидроизоляция на цементной основе занимает прочные позиции на рынке водонепроницаемых строительных материалов. В большинстве случаев она высокоэффективная, долговечная и более экономичная. Высокое качество защитных свойств и легкость нанесения позволяют находить все более широкое применение.