Строительство. Тепло- и гидроизоляция

Гидроизоляция зданий и сооружений

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Окрасочная гидроизоляция из мастик и красок

Окрасочная гидроизоляция представляет собой многослойное водонепроницаемое покрытие, выполняемое окрасочным способом и имеющее общую толщину в несколько миллиметров. Окраска является наиболее распространенным и дешевым способом гидроизоляции и антикоррозионной защиты поверхностей бетонных и металлических сооружений [2, 9, 40, 42], однако область ее применения ограничивается недостаточной долговечностью окрасочных покрытий. Поэтому проанализируем данную особенность окрасочной гидроизоляции и определим область ее возможного применения.

Для повышения надежности и долговечности окрасочной гидроизоляции надо отказаться от применения чисто битумных покрытий, прежде всего из-за их недостаточной водо- и трещиноустойчивости. Например, трехслойное покрытие разжиженным битумом уже через год пребывания в грунте имеет электрическое сопротивление всего 20—30 Ом, а опоры ЛЭП без покрытия—10 Ом, с одним его слоем—15 Ом, с двумя слоями—13—20 Ом при первоначальном сопротивлении до 185 Ом [35]. В США 75% трубопроводов изолировано каменноугольными и битумными эмалями горячего нанесения, причем каменноугольные покрытия даже через 40 лет эксплуатации во влажном грунте имеют водопоглощение 0,3% и УОЭС=1,1х ХЮИ Ом-см, тогда как у битумных покрытий уже через пять лет водопоглощение 12,4% и УОЭС=1010 Ом-см. Точно так же срок службы горячих и холодных битумных окрасок металлических эстакад на Нефтяных Камнях у г. Баку не превышает трех лет, причем скорость коррозии стали под такими покрытиями составляет 0,5 мг/см2 в год, т. е. практически такая же как и у незащищенной стали [66].

Водоустойчивость является важнейшим свойством гидроизоляционного покрытия, определяющим его долговечность

Испытания показывают, что при насыщении гидроизоляционного материала водой (водопоглощение свыше 5%) он теряет до 15 /о первоначальной прочности (коэффициент водоустойчивости 0,85) и становится электропроводным (УОЭС менее 10 им-см), а далее наступает его каскадное разрушение [40]. В чистых битумах диффузионное водопоглощение идет весьма интенсивно, и уже через три года строительные битумы разрушаются ( 1.1). Для повышения водоустойчивости необходимо либо наполнить битум минеральным наполнителем, т. е. приготовить асфальтовую мастику, либо совместить его с полимерными добавками

Таким образом, для обеспечения водоустойчивости битум

ного покрытия надо исходный битум либо перевести в пленоч

ное состояние, при котором он упрочнен поверхностными ад-

сорбционно-сольватными силами, как в асфальтовых смесях,

либо дополнительно «сшить» его конденсационными цепями

каучука, как в полимербитумных композициях. Интересно от

метить, что исходный каучук не обладает высокой водоустой

чивостью (), а битум и каучук взаимно

упрочняют друг друга в составе композиции, благодаря чему

она становится надежной окрасочной гидроизоляцией соору

жений.

У обычных строительных битумов интервал пластичности не превышает 90° С, причем увеличение его нефтехимическими методами весьма затруднительно,   однако   полимерные   добавки позволяют получать полимербитумные композиции с интервалом пластичности 200° С и более.

Для европейской части СССР можно принять минимальную среднесуточную температуру —20° С; тогда на основании значений структурно-реологических характеристик различных полимербитумных композиций при этой температуре, приведенных в табл. 1.5, можно рассчитать температурные напряжения в покрытиях для упругохрупкого и вязкоупругого состояний по (1.4) и (1.5), значения которых указаны в табл. 1.6. Как видим, в покрытиях из битума БН 70/30 и асфальтовых мастик возникающие напряжения столь значительны, что неизбежно их растрескивание, причем влияние релаксации напряжений ничтожно мало и не обеспечивает трещиноустойчивость покрытий — длительность релаксации слишком велика для этого.

Анализ структурно-реологических свойств полимербитумных окрасочных композиций позволяет не только правильно определить трещиноустойчивость покрытий, но и классифицировать полимерные добавки по характеру их действия на структуру битумного покрытия, подразделив их на следующие группы:

структурирующие добавки — типа каучуков: бутилкаучук БК-289, этиленпропиленовый СКЭП-30 и термоэла-стопласты: дивинилстирольный ДСТ-30 и этиленпропиленовый сополимер СЭП-573, которые «сшивают» всю коагуляционную структуру битума и обеспечивают эластичность материала во всем температурном диапазоне его пластичности;

пластифицирующие добавки — типа латексов: карбоксилатный СКД-1 и дивинилстирольный СКС-30, поли-изобутиленовый клей № 4508, кубовые остатки ректификации стирола (КОРС), которые только разжижают или структурируют дисперсионную среду битумного коллоида, существенно не изменяя его температуру хрупкости (за исключением КОРС);

наполняющие добавки — типа резиновой крошки и минеральных наполнителей, эффективность действия которых сказывается только в результате перевода битума в пленочное адсорбционно-связанное состояние,— они лишь повышают водоустойчивость и теплоустойчивость покрытий, не оказывая значительного влияния на их трещиноустойчивость при низких температурах.

Прежде чем перейти к анализу иных свойств полимербитумных окрасочных покрытий и других полимерных композиций, следует подчеркнуть, что эти свойства, имеющие меньшее значение, для большинства применяемых красок и мастик достаточно высоки. Это подтверждается анализом требований к антикоррозионным покрытиям газопроводов по данным 311 газовых компаний США, результаты которого можно принять в качестве критериев при выборе состава материалов

Основной недостаток рассмотренных полимербитумных композиций заключается в том, что их надо наносить в горячем состоянии, в связи с чем особый интерес представляют попытки создания холодных полимербитумных композиций для окрасочной гидроизоляции сооружений.

К сожалению, для покрытия долговременных сооружений пригодны только две холодные полимербитумные краски: би-тумно-наиритная композиция (БНК) и битумно-полиэтилено-вая (БИГЛЭ), отличающиеся высокой водоустойчивостью и гидроизоляционной надежностью. Выше мы указывали, что использование разжиженных битумов приводит к снижению водоустойчивости гидроизоляционных покрытий, однако при введении вулканизующих добавок в жидкие каучуки, особенно стабилизирующей добавки — эпоксидного реактопласта, достигается достаточная водоустойчивость, что позволяет рекомендовать для гидроизоляции долговременных сооружений краску БНК следующего состава в частях массы [54, 112]:

Строительный битум БН 70/30                  200

Наирнт марки А (жидкий каучук)                          100

Вулканизующие агенты (сера, окись цинка)                     2,5

Мягчитель (стеарин или церезин)                         2,5

Стабилизатор-антистаритель (неозон Д, тиурам)                       0,35

Растворитель (толуол или сольвент)                     200

Стабилизирующая добавка — эпоксидная смола ЭД-20                       2,5

Огвердитель (ПЭПА)                       0,25

Серьезным недостатком краски БНК является ее многоком-понентность, однако при заводском изготовлении состав ее можно свести к двум составляющим, прилагая к бидонам с основной краской небольшие баллоны с отвердителем и вулканизующими   агентами.   Композиция   БНК   позволяет   получать покрытия с высокими гидроизоляционными и структурно-механическими свойствами (табл. 1.8 и 1.9), с расчетной долговечностью 80—100 лет при постоянном пребывании в воде и свыше 25 лет — на открытых поверхностях [112].

Весьма    эффективна   битумно-полиэтиленовая   композиция (БИГЛЭ), получаемая путем смешения равных количеств строительного битума БН 70/30, низкомолекулярного  («воскового») полиэтилена    и    каменноугольного    сольвента.    Покрытия   из БИПЭ   обладают   достаточно  высокими   гидроизоляционными свойствами, широким интервалом пластичности, дешевы и   недефицитны   [97].   Однако   все   битумно-полимерные   покрытия имеют невысокую механическую прочность и адгезию к бетонному основанию, поэтому в подземных конструкциях их защищают цементной штукатуркой или набрызгиваемой цементно-латексной суспензией от механического воздействия грунта [112]. Необходимость    создания    окрасочных   гидроизоляционных покрытий,  обладающих   достаточно   высокой   прочностью   при статических и динамических нагрузках, привела к разработке эпоксидных мастик и красок. Наиболее водоустойчивыми являются    композиции   на    основе   диановых  эпоксидных   смол ЭД-20 и ЭД-16, однако для придания им трещиноустойчивости получающиеся  полиэпоксиды нужно обязательно пластифицировать, вводя в них особые пластификаторы, обеспечивающие пластичность окрасочного покрытия и релаксацию температурных напряжений,  которые достаточно велики, поскольку разность значений К.ЛРТ эпоксидного покрытия и бетонного или металлического    основания    достигает   20-Ю-5    1/°С   [46,   54, 86, 108].

По характеру действия различают внешние и внутренние пластификаторы.

Внешние пластификаторы не образуют сополимеров с эпок-сидами, вследствие чего пластифицирующее действие их только временно; к ним относятся дибутил- и диоктилфталаты, различные полиэфиры и фурановые композиции, битумы и тио-колы; такие композиции нельзя применять на открытых поверхностях, подвергающихся воздействию переменных температур или вибрации [85].

Модификаторами, или внутренними пластификаторами, для эпоксидных композиций являются каменноугольные смолы и сланцевые фенолы, а также карбоксилатные каучуки, образующие сополимерные соединения с эпоксидными смолами, обладающие постоянным пластифицирующим эффектом, не исчезающим при полном отверждении эпоксидов

Вид пластификатора-модификатора влияет весьма значительно и на иные свойства покрытий: например, каучуковые добавки повышают не только деформативную способность, но и динамическую прочность и кавитационную стойкость, износоустойчивость покрытий, а добавки фурановых смол повышают теплостойкость и теплоустойчивость при длительном нагреве.

Каменноугольные смолы и сланцевые фенолы дешевы. Во всех эпоксидных композициях, помимо основного вяжущего и модификатора, применяются отвердители: полиэтилен-полиамин (ПЭПА), а при сложных температурно-влажностных условиях—аминофенольный отвердитель АФ-2, органические растворители: толуол,, сольвент, ацетон и т. п., а также наполнители и пигменты — чаще всего железный сурик и алюминиевая пудра.

Как видим, с увеличением содержания каучука в композиции эластичность покрытий повышается, однако их водоустойчивость несколько снижается, причем вода оказывает на покрытие своеобразное пластифицирующее воздействие, что позволяет применять более жесткие эпоксидные композиции для защиты сооружений в подводной зоне при постоянном действии воды. Например, для защиты напорных граней уникальных бетонных плотин Чиркейской ГЭС высотой 220 м и Ингури ГЭС высотой 315 м были применены эпоксидно-каменноугольные и эпоксидно-дибутилфталатные краски и получены достаточно трещиноустойчивые покрытия, так как вначале действовали пластификаторы, а затем уже сказывалось пластифицирующее влияние воды; какие-либо протечки не наблюдались.

Исследования показали, что эпоксидные покрытия отличаются хорошими гидроизоляционными и прочностными свойствами, благодаря чему их можно применять без защитного ограждения даже при интенсивных механических воздействиях; кроме того, они обладают значительной химической стойкостью  при   агрессии   минерализованных грунтовых  вод  и   промышленных стоков, а также достаточно высокой атмосфероус-тойчивостью, что позволяет принимать расчетную долговечность эпоксидных покрытий свыше 50 лет в подводной зоне и более 25 лет — в надводной. Например, эпоксидное покрытие на железобетонных лотках Братского ЛПК успешно служит уже 20 лет, свыше 10 лет — на водосливных гранях плотин Братской и Красноярской ГЭС, на вентиляторных градирнях Киришского НПЗ.

Из ныне выпускаемых эпоксидных эмалей для гидроизоляционных целей могут быть рекомендованы ЭП-72 (с каменноугольным лаком) и ЭП-43 (с олигомером ПДИ-ЗА), а для подводных зон, доступных для периодического осмотра и ремонта,— эмали ЭП-752 и ПЭП-126 (с глицидиловым эфиром), ЭП-773 и ЭП-569 (с меламиноформальдегидной смолой), а также эмали на основе смолы ЭИС-1 [24].

Наиболее существенными недостатками эпоксидной гидроизоляции являются высокая стоимость и дефицитность эпоксидных смол, вредность и огнеопасность растворителей и от-вердителей, что делает весьма актуальным дальнейший поиск оптимальных полимерных красок гидроизоляционного назначения. Известно много различных лаков и красок антикоррозионного назначения, однако для гидроизоляции поверхностей долговременных сооружений, недоступных для осмотра и ремонта, большинство из них пока еще рекомендовано быть не может [10].

Наиболее перспективен этинолевый лак— дешевый и недефицитный отход производства синтетического каучука, допускающий работу на морозе и на влажных поверхностях, однако образующий жесткие и быстро стареющие на солнце покрытия; поэтому рекомендуется применять не только этинолевые краски ЭКЖС-40, но и модифицированные этинолево-эпоксидные или этинолево-битумные краски (табл. 1.12). Во ВНИИГе разработана этинолево-битумная краска, состоящая из этинолевого лака, 10% строительного битума БН 10/90 и 30% минеральных наполнителей [54].

Этинолевые краски весьма перспективны, так как они значительно снижают стоимость гидроизоляционных покрытий, поскольку эпоксидные смолы стоят 4,5 руб/кг, эпоксидные краски —от 10 (ЭП-43) до 2,1 руб/кг (ЭП-569); этинолевый лак стоит 27,5 коп/кг, а этинолево-эпоксидные эмали — менее 1 руб/кг, что в подземных и подводных условиях позволяет достаточно эффективно заменять дорогостоящие эпоксидные покрытия этинолевыми, а при необходимости обеспечения повышенной прочности покрытий — этинолево-эпоксидными эмалями и даже этинолево-битумными [24, 54].

Существенным недостатком полимерных красок является необходимость в органических растворителях, которые делают их вредными и огнеопасными, в связи с чем все более распространенным становится использование порошковых красок и красок с небольшим содержанием растворителя, а также водно-дисперсионных красок. По мнению специалистов США и ФРГ, к 1985 г. применение водно-дисперсионных лаков и красок достигнет 30—40%, а доля красок на основе органических растворителей снизится с 80—90 до 20—30%; поэтому надо уделять больше внимания разработке окрасочных композиций на основе битумных и эпоксидных эмульсий (см. § 1.3).

В гидроизоляционной технике для устройства кровель и пароизоляции нашли применение битумные эмульсии типа «эмульбит» и битумно-латексные композиции типа «эластим» [19, 46, 98].

Эмульбит представляет собой битумную эмульсию, состоящую из 50% битума БНД 60/90, 41,5% воды и 8,5% комбинированного эмульгатора, состоящего из 2,5% сульфитно-спиртовой барды (ССБ) и 6% гашеной извести. Известны разновидности эмульбита без добавок гашеной извести, но они неводоустойчивы из-за водорастворимости лигносульфоновых соединений, содержащихся в ССБ, и только в результате взаимодействия извести с ССБ получаются неводорастворимые кальциевые мыла лигносульфоновых кислот, что обеспечивает водоустойчивость покрытий.

Эластим — композиция из битумной эмульсии на основе асидолового или асидол-мылонафтового эмульгатора, хлористого кальция как коагулятора и дивинилстирольного или хло-ропренового латекса (8—18%). Этот материал наносят с помощью специального трехканального пистолета: по одному его каналу подается эмульсионно-латексная смесь, по другому — раствор коагулятора, по третьему — распыляющий сжатый воздух. Как правило, такие покрытия сочетают с набрызгом рубленого стекловолокна способом, получившим за рубежом название «флинткоте-моноформ».

Окраски эластимом и эмульбитом дешевы и благодаря водной дисперсии просты и безопасны в работе, однако получаемые покрытия малопрочны и недостаточно водоустойчивы, а потому они применяются только для временных или периодически увлажняемых гидроизоляционных покрытий.

Даже весьма краткий анализ основных окрасочных гидроизоляционных материалов наглядно показывает, что для долговременных покрытий  ассортимент  материалов  весьма  ограничен, а область их возможного применения еще более ограничена; в частности, последние исследования вынуждают запретить использование для гидроизоляции долговременных сооружений окрасок    разжиженными    битумами,   битумными   эмульсиями и   даже   горячими   битумами,   а   также   химически   стойкими лаками и эмалями — по условиям водоустойчивости. Исходя из условий трещиноустойчивости при переменных эксплуатационных температурах, следует исключить окраски битумами, горячими   асфальтовыми   и  битумно-резиновыми   мастиками, немо-дифицированными   этинолевыми   и   эпоксидными   красками  и эмалями,  а по условиям механической прочности полимербитумные окраски  в подземных сооружениях нужно   защищать цементной   штукатуркой   или   цементно-латексным   набрызгом, а на   открытых   поверхностях   армировать   стеклосетками, что удорожает и усложняет гидроизоляционные покрытия.

Тем не менее окрасочная гидроизоляция является наиболее экономичным видом защитных покрытий, требующим минимума затрат труда и расхода материалов (табл. 1.13 и 1.14); поэтому ей следует отдавать предпочтение в тех случаях, когда это допускается условиями долговечности и надежности проектируемой гидроизоляции.

Анализ технико-экономических особенностей разных видов окрасочной гидроизоляции позволяет дать некоторые рекомендации по их использованию.

1. Эпоксидные модифицированные покрытия применимы во всех, даже наиболее сложных, случаях, однако дороговизна и дефицитность ограничивают область их применения лишь наиболее сложными агрессивными условиями, повышенными эксплуатационными температурами (до 160° С) и кавитационными воздействиями (скорость воды до 60 м/с).

2.         При защите обычных подземных сооружений, подвалов и

фундаментов рекомендуются окраски из резинобитумной ма

стики БРМ, полимербитумной мастики битэп и этинолево-би-

тумных красок без ограничения сроков капитального ремонта

(см. табл. 1.1), а при сроках ремонта менее 10 лет допускается

окраска эмульбитом и эластимом.

3.         Гидроизоляционные покрытия на открытых поверхностях

и кровельные покрытия должны выполняться обязательно из

пластифицированных композиций, интервал пластичности кото

рых назначают на основании диапазона эксплуатационных тем

ператур, а состав подбирают исходя из результатов анализа

структурно-механических свойств и расчета температурных напряжений при минимальных температурах зимой. Наиболее целесообразны полимербитумные композиции типа битэп с пластификатором из структурирующих добавок этиленпропилено-вого каучука СКЭПт-30 или дивинилстирольного термоэласто-пласта ДСТ.