Широко применяемая в настоящее время система защиты бетонных поверхностей синтетическими покрытиями в ряде случаев себя не оправдывает и, прежде всего, там, где бетон подвергается снаружи постоянному . Универсальная термопласт-облицовка для бетонных сооружений промышленного и хозяйственного назначения

Как известно, основным конструкционным материалом, используемым в ряде отраслей промышленности для возведения различных производственных сооружений, в том числе и водохозяйственного назначения, является бетон. Защита бетонных конструкций (башен, резервуаров, каналов, труб, ванн-приемников, хранилищ и т.п.) от агрессивного воздействия жидкостей и газов имеет принципиальное значение с точки зрения обеспечения требуемого режима эксплуатации и долговечности сооружений. Широко применяемая в настоящее время система защиты бетонных поверхностей синтетическими покрытиями в ряде случаев себя не оправдывает и, прежде всего, там, где бетон подвергается снаружи постоянному воздействию влаги. Наиболее характерно в этом отношении проявляют себя бетонные конструкции, не изолированные от поднимающейся грунтовой влаги, к числу которых относятся заглубленные и подземные сооружения и, прежде всего, конструкции, работающие в условиях воздействия промышленных и бытовых сточных вод. В сооружениях для сточных вод достаточно часто используется защита бетона тонкослойными синтетическими покрытиями, преимущественно на основе эпоксидных смол. При этом к бетонной поверхности предъявляется целый ряд требований, а именно: отсутствие трещин; общее состояние поверхности, требующее, как правило, существенной механической обработки; влажность основы в абсолютном большинстве случаев не должна превышать 4-5%. Как показывает практика, в ряде случаев (особенно при статических решениях)эти требования не выполняются: бетон имеет усадочные трещины, что, в свою очередь, ведет к образованию трещин в покрытии, через которые агрессивные жидкости или газы начинают поступать в бетон. Если это воздействие ведет к быстрому разрушению (например, при действии кислых сред), дефектные места облицовок достаточно быстро становятся заметными и могут быть оперативно устранены.

В сооружениях для бытовых сточных вод дефектные места проявляются значительно медленнее в силу более низких химических и термических нагрузок, поэтому они трудно устанавливаются. Вода и водяной пар, проникающие через образовавшиеся микротрещины, скапливаются под покрытием, создавая повышенное давление, что ведет к отслоению покрытия. Это относится также к конструкциям, находящимся в условиях постоянного водного или влажностного воздействия извне в отсутствие гидроизоляции. Влага, насыщающая тело бетона, диффундирует по капиллярам,скапливается под покрытием и постепенно отслаивает его. Опасность относительно поздно наступающего и медленно прогрессирующего ущерба заключается в том, что его причины и последствия для конструкции своевременно не распознаются и не учитываются при новом планировании. Особенно опасным является образование трещин в покрытии газовой зоны резервуаров для органического ила. Выделяющийся из сточной воды газообразный сероводород проникает во влажный бетон и, благодаря серным бактериям, превращается в серу и серную кислоту, что приводит к коррозии арматуры и достаточно быстрому разрушению бетона.

Особенно уязвимы в этом отношении поверхности колпаков больших резервуаров с органическим илом. Влага в бетоне — одна из главных причин отслоения покрытий на основе отверждающихся смол, поскольку в процессе отверждения в результате реакции поликонденсации также выделяется вода. Именно поэтому величина остаточной влажности бетонного основания не должна превышать 4-5%, а для ее измерения используется специальная электронная аппаратура.

Таким образом, сооружения, работающие в грунте, должны иметь не только внутреннюю защиту, но и безупречную внешнюю гидроизоляцию. Практика показывает, что поверхностные полимерные покрытия крупноразмерных резервуаров для органических шламов выдерживают не более 3-4 лет эксплуатации, а ремонт поврежденной основы и обновление покрытия существенно увеличивают первичную стоимость сооружения. Использование полимерных покрытий оправдывает себя только в том случае, если в процессе их нанесения выполняются все технологические требования, а при проектировании сооружения заложены соответствующие конструктивные решения, обеспечивающие эксплуатацию в конкретных условиях. Гарантировать долговечность защиты можно лишь при исключении вероятности появления трещин в бетоне и обеспечении необходимого уровня адгезии. Указанные особенности защиты бетонных сооружений привели к появлению на строительном рынке термопласт-систем. К термопласт-системам относятся продукты полимеризации простейших непредельных углеводородов (этилена и пропилена), а также их хлор- или фторзамещенных производных (винил-хлорида и винилиденфторида). Полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) и поливинилиденфторид (ПВФ) обладают рядом свойств, позволяющих выделить их в особую группу полимерных материалов.

Сюда относятся: эластичность, возрастающая с температурой и, следовательно, возможность термического формования; отсутствие угрозы трещинообразования, обусловленное высокой эластичностью материала; химическая инертность; крайне низкая адгезионная способность. Указанные специфические свойства объясняются химической природой и структурой полимеров. Эластичность определяется линейным длинноцепным характером макромолекулы, отсутствием объемных заместителей в основной цепи и, как следствие, ее высокой гибкостью.

Полиэтилен: Гибкие цепи принимают в пространстве произвольные формы (клубки, спирали), обеспечивая высокую эластичность, однако, в ущерб жесткости, прочности и термостойкости. Совершенствование технологии получения данных полимеров, применение стереоспецифических катализаторов и условий высокого давления позволяют получать материалы высокой плотности и упорядоченного строения. Это в свою очередь приводит к оптимальному сочетанию параметров эластичности и жесткости полимера, а также к увеличению термостойкости композиций. Термостойкость полимеров увеличивается при введении в углеродную цепь атомов фтора, поэтому поливинилиденфторид имеет более высокие температуру размягчения и температуру пластической деформации (табл.1). Таблица 1 Температурные характеристики термопластов ПЭ ПП ПВХ ПВДФ Температура размягчения по Вика, °С 67 87 70 142 Температура пластической деформации, 0С 120-140 160-170 120-150 160-170 Своеобразие химической структуры, а также отсутствие полярных групп у полиэтилена и полипропилена обеспечивают термопластам такие свойства, как: отсутствие адгезионной способности (эти материалы практически ни с чем не склеиваются); химическая инертность (полимеры устойчивы в любой агрессивной среде: полярной и неполярной, кислой и щелочной). Именно эти свойства обусловили применение полимеров в химической промышленности, где первоначально, ввиду легкости формования, полиэтилен использовался для производства химической тары и разнообразных пленочных материалов. В дальнейшем из термопластов начали изготавливать трубы для химических производств, а несколько позже - и для систем водо- и газоснабжения, однако угроза механических деформаций (особенно актуальная для крупногабаритных конструкций), сдерживала массовое применение этих материалов.

Эксперименты по механическому комбинированию ПВХ пленок и плит с бетоном также не дали желаемых результатов: действие грунтовых вод отжимает пленки от поверхности конструкции, а плиты тяжело монтируются с бетоном. Сравнительно недавно на строительном рынке появились жесткие плиты из полиэтилена, полипропилена или поливинилхлорида, снабженные с обратной стороны выступами-анкерами. Эти выступы (256 шт/м2) погружаются в сырой бетон, после отверждения которого образуется система, где облицовка составляет с бетоном единое целое Размеры листов и форма облицовки варьируются в зависимости от назначения и конфигурации сооружения. Крупноформатные плиты крепятся к бетонной опалубке и изолируются друг от друга подвижным Н-образным профилем и угловыми отрывными планками Высота анкеров (16 мм) рассчитана таким образом, чтобы они входили в нормальное бетонное покрытие, не влияя на статику конструкции. После распалубки плиты становятся обе-тонированной облицовкой, механически связанной с бетоном посредством анкеров. Места соединения плит свариваются, герметичность сварных швов испытывается аппаратурой высокого напряжения.

Бетонирование поверхностей стен и потолка осуществляется обычным способом Облицовка пола осуществляется путем укладки крупноразмерных плит на цементную стяжку толщиной около 50 мм Среди материалов, применяемых для облицовки каналов сточных вод, башен для ила и шламов, котлованов-сборников, а также подземных трубопроводов питьевых и сточных вод, газопроводов и т.п., особыми преимуществами обладает полиэтилен высокой плотности. Он стоек к грызунам, прорастанию корней и воздействию микроорганизмов; гладкая и антиадгезивная поверхность не зарастает и легко очищается. Благодаря механическому соединению облицовки с бетоном, она устойчива против насыщающей бетон влаги и давления грунтовых вод, поэтому в большинстве случаев можно отказаться от устройства дорогой внешней гидроизоляции строительного сооружения. Вследствие наличия расстояния между анкерными выступами (примерно 62 мм), материал имеет запас для растяжения в случае возникновения трещин в бетоне (полиэтилен по сравнению с другими термопластами обладает максимальной эластичностью). Кроме того, выступы препятствуют возникновению внутренних напряжений при отверждении бетона и, как следствие, предотвращают образование трещин. Возникающие из-за различного теплового расширения внутренние напряжения в материале равномерно распределяются и эластично снимаются. Материал без ущерба выдерживает как повышенные температуры, так и значительные температурные колебания, что позволяет отказаться от использования предварительно напряженного бетона при возведении сооружений большого диаметра (котлованов и резервуаров). Полиэтилен обладает высокой ударной вязкостью и сохраняет ее при отрицательных температурах (до —40 0С).

Ремонт систем легко осуществляется путем сварки расплавленным полиэтиленом. Этот материал пригоден и для облицовки готовых бетонных труб, которые укладываются в открытые строительные котлованы, а также при проходческих работах. Стыки труб завариваются газоводонепроницаемой изолирующей полосой. Благодаря наличию у полиэтилена высокой способности к растяжению, небольшие швы растяжения в местах стыков воспринимаются сварочными полосами. Облицованные таким образом трубопроводы подходят не только для коммунальных сточных систем, но и для приема (транспортировки) не нейтрализованных кислых и щелочных индустриальных сточных вод. Наряду с полиэтиленом для устройства термопласт-облицовки применяется также полипропилен, отличающийся меньшей эластичностью, но выдерживающий более высокую температурную нагрузку. Он может быть использован в отводных системах с возможными экзотермическими процессами.

Следует отметить, что термопласт-облицовка является газонепроницаемым и газоинертным материалом, применение которого позволяет обеспечить надежную и долговременную защиту бетона в отводных системах с газообразованием (фекальные воды) В отличие от других защитных синтетических материалов и керамической облицовки, термопласт-облицовка обладает и несущей способностью. К ней можно приваривать несущие консоли, крепления (опоры) труб, раздвижные профили для возведения забральных стен, опоры поручней и т.п. Новой областью применения термопласт-облицовок является обновление старых поврежденных сооружений из бетона. В этом случае существующий канал, труба или резервуар играют роль опалубки, куда на некотором расстоянии от стенок помещается вкладыш из термопласта нужной формы, после чего зазоры между вкладышем и стенами старого сооружения заполняют бетонной смесью. Подобные конструкции могут служить еще десятки лет, поскольку ни внутренняя агрессия, ни наружная влага, ни капиллярный подсос грунтовых вод не влияют на состояние сооружения. Чрезвычайно перспективно применение термопласт-облицовок для производства гальванических и электролитических ванн. В таблице 2 приведены основные физические свойства полипропилена (ПП) и полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Таблица 2 Физические свойства термопласт-облицовок Свойства Единица Методы испытаний ПП (серый) ПЭВП (черный) Плотность г/см3 DIN 53479/ ISO R1 183 -0,915 ~ 0,96 Линейное напряжение мПа DIM 53455/ ISO DIS 527 33 22 Удлинение при разрыве % DIN 53455/ ISO DIS 527 800 800 Ударная вязкость кал/м2 DIN 53453/ ISO 179 Без разруш. при 230 С Без разруш. при 230 С Твердость (давлением шара) мПа DIN 53456/ ISO 2039 64 40 Модуль эластичности мПа DIN 53457 1200 Температура размягчения (по Вика) 0С DIN 53460/ ISO 306 87 67 Устойчивость формы при нагревании А/Б 0С DIN 53461/ ISO R 75 ~ 59/96 Коэффициент линейного расширения K-1(1/0C) Измерено между 20 и 30°С ~1,8 x 10-4 ~1,7 x 10-4 Физиологическая безопасность Рекомендации BGA да да Пожаробезопасность DIN 4102 B2 В2 Технологической разновидностью термопласт-облицовок является система «Анкерпласт», отличающаяся особенностями монтажа облицовки, которая осуществляется отдельно от строительных работ.

Анкер-элементы заранее замоноличиваются в бетонную конструкцию, а собственно облицовка может быть оперативно заменена привариванием на местах работ (рис. 6). В заключение отметим основные преимущества термопласт-облицовок перед другими защитными системами (покрытиями). Долговечность не менее 50 лет. Технологичность (простота обработки материала сваркой, моментальный ремонт расплавленным полимером, наличие несущих свойств). Физиологическая безопасность проведения работ (отсутствие токсичных веществ (смол, растворителей и т.п.) и связанных с этим дополнительных условий техники безопасности). Сокращение сроков выполнения работ (отпадает необходимость соблюдения сроков схватывания, технологических пауз, набора прочности, выхода на требуемые параметры и т.п.).

Неограниченный срок хранения, а также возможность транспортировки и применения в широком диапазоне температур (как положительных, так и отрицательных). Отсутствие жестких требований к защищаемой поверхности бетона (структура, влажность и т.п.) и затрат на ее подготовку. Широкий спектр применения за счет водо- и газонепроницаемости, универсальной химической стойкости как к жидким, так и к газообразным агрессивным средам. Возможность работы в грунте (устройство подземных коммуникаций, не боящихся грунтовых вод). Возможность реанимации старых сооружений с запуском в эксплуатацию в кратчайшие сроки. Указанные преимущества обеспечивают термопласт-облицовкам универсальность применения, высокую надежность конструкций и соответствующий экономический эффект.