БЕТОН-ТЕРМОПЛАСТ-ОБЛИЦОВКИ. СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ.

М.Я. Яковлева, канд. хим. наук

Материалы для химической защиты сооружений и конструкций.

Разрушение бетона в условиях агрессивного воздействия газовых и жидких сред – факт общеизвестный. Даже дистиллированная (умягченная) вода с величиной рН около 6 опасна для бетона, поскольку содержащаяся в ней свободная углекислота реагирует со свободной известью. Растворенные в бытовых и промышленных водах соли, газы, поверхностно-активные вещества и другие органические и неорганические примеси создают реальную опасность разрушения бетона.

 

 

Действие газов

Газ	Агрессивная концентрация газа в мг/м3 в области воздействия
	слабая	средняя	сильная
SO2 – сернистый газ	0,50 - …20	20 -…100	100 -…500
H2S - сероводород	0,10 -…10	10 -…200	> 200
NxOy - оксиды азота	0,10 -… 5	5 - … 25	25 -…125
HF – фтористый водород	0,02 -…10	10 -…50	50 -…200
HCl, HCOOH – соляная и муравьиная кислоты (пары)	0,05 -… 1	1 - …10	10 -….50
Cl2 - хлор	0,01 -… 1	1 - …5	5 -… 10

Действие жидкостей

Воздействие	Степень агрессии,  мг/л
	слабая	сильная	Очень сильная
РН-фактор	6,5 - 5,5	5,5 – 4,5	< 4,5
Растворяющие известь, мг/л :
СО2 – углекислота в растворе	15 - 40	40 - 100	> 100
NH4+ - соли аммония	15 - 30	30 - 60	> 60
Mg2+ - соли магния	300 - 1000	1000 - 3000	> 3000
SO42- - сульфаты (соли)	200 - 600	600*) - 3000	> 3000
Cl- хлориды – соли (железобетон)	500 - 1000	1000 - 5000	> 5000

^*) Применять сульфатостойкий цемент

Значительное число бетонных сооружений и конструкций на предприятиях химической, целлюлозно-бумажной, металлургической, нефтеперерабатывающей промышленности, производства с/х удобрений и пр. нуждается в фундаментальном ремонте, поскольку в большинстве случаев разрушение железобетонной конструкции идет вплоть до обнажения арматурного слоя. Восстановление, подготовка поверхности и последующая защита бетонных сооружений: башен, резервуаров, каналов, труб, ванн-приемников, хранилищ носят весьма затратный характер как по стоимости материалов, так и трудоемкости работ. При этом не всегда гарантируется надежность и долговечность защиты в условиях эксплуатации.

Применяемые системы защиты бетонной поверхности синтетическими покрытиями в ряде случаев себя не оправдывают и, прежде всего там, где бетон подвергается снаружи постоянному воздействию влаги. Это заглубленные и подземные сооружения, не изолированные от поднимающейся грунтовой влаги; конструкции, работающие в условиях воздействия промышленных и бытовых сточных вод.

Нередко используется защита бетонной поверхности тонкослойными синтетическими покрытиями, преимущественно на основе эпоксидных смол. При этом к поверхности предъявляется ряд жестких требований, а именно:

• Отсутствие изъянов и трещин
• Ровность, требующая тщательной механической обработки
• Уровень влажности, не превышающий 4%.

Практика показывает, что в ряде случаев, особенно при статических решениях, эти требования не всегда соблюдаются: усадочные трещины в основе ведут к образованию трещин в покрытии. Агрессивная жидкость или газ начинают поступать в бетон. Если это воздействие ведет к быстрому разрушению, например, при эксплуатации в кислых средах, дефектные места покрытий становятся заметными и могут быть оперативно устранены. Однако, в сооружениях для бытовых сточных вод дефекты проявляются значительно медленнее в силу более низких химических и термических нагрузок, поэтому они трудно устанавливаются. Поступающие через образовавшиеся микротрещины вода или водяной пар скапливаются под покрытием, создавая повышенное давление, что ведет в итоге к отслоению покрытия. Это относится также к конструкциям, находящимся в условиях постоянного водного или влажностного воздействия извне в отсутствие гидроизоляции. Насыщающая тело бетона влага диффундирует по капиллярам, скапливаясь под покрытием, и постепенно отслаивает его. Опасность относительно поздно наступающего и медленно прогрессирующего ущерба состоит в том, что его причины и последствия для конструкции своевременно не распознаются и не учитываются при новом планировании

Влага в бетоне – одна из главных причин отслоения покрытий на основе реактивных смол, ибо в процессе отверждения за счет реакции поликонденсации также выделяется вода. Отсюда требования к остаточной влажности в бетоне – не более 4%, которая должна регистрироваться специальной электрической аппаратурой.

Таким образом, для сооружения, работающего в грунте, необходима не только внутренняя защита, но и безупречная внешняя гидроизоляция.

Установлено, что поверхностные полимерные покрытия крупноразмерных резервуаров для органических шламов не выдерживают и 3-4 лет эксплуатации. При этом ремонт поврежденной основы и обновление покрытия существенно удорожают первичную стоимость сооружения.

Технология покрытий оправдывает себя только в том случае, если учитываются все требуемые условия и соблюдаются конструктивные меры. Гарантировать долговечность защиты возможно лишь при условиях, которые исключают появление трещин в бетоне и обеспечивают необходимый адгезионный контакт.

Указанные особенности защиты бетонных сооружений и не обеспечивающие долговечность затраты привели к появлению на общемировом строительном рынке термопласт-облицовок.

К термопласт-системам относятся продукты полимеризации простейших непредельных углеводородов этилена и пропилена, а также их хлор- или фтор-замещенных: винилхлорида и винилиденфторида.

Полимерные продукты: полиэтилен, полипропилен поливинилхлорид поливинилиденфторид обладают рядом свойств, выделяющих их в особую группу материалов. Это:

• эластичность, сохраняющаяся при низких температурах,
• эластичность, возрастающая с температурой и создающая возможность термического формования,
• отсутствие угрозы трещинообразования в материале как следствие эластичности.
• химическая инертность,
• крайне низкая адгезионная способность,

Указанные специфические свойства объясняются химической природой и структурой полимеров. Однако, они не обеспечивают материалу необходимые жесткость и механическую прочность.

Новостью на строительном рынке явились прочные листы из полиэтилена и полипропилена высокой плотности, оснащенные с обратной стороны выступами-анкерами в количестве от 100 до 400 шт/м² в зависимости от нагрузки. Анкеры погружаются в сырой бетон или заливаются свежим бетоном в опалубке, при этом обеспечивается симметричная механическая фиксация облицовки в бетоне. После твердения возникает единая система - бетон-термопласт-облицовка.

Размеры плит варьируются в соответствии со спецификой сооружения. Крупноформатные плиты крепятся к бетонной опалубке и изолируются друг от друга подвижным профилем и угловыми отрывными планками.

 

 

 

Высота анкеров 16 мм рассчитана таким образом, чтобы они входили в нормальное бетонное покрытие, не влияя на статику конструкции.

Места соединения плит свариваются, плотность сварки испытывается аппаратурой высокого напряжения. В качестве системных дополнений поставляются специальные комплектующие детали: краевые профили, опорные планки и углы стыковых соединений.

Облицовка пола (днища резервуара) осуществляется укладкой крупноразмерных плит на цементную стяжку толщиной примерно 50 мм.

 

В системе сточных вод для облицовки каналов, башен для ила и шламов, котлованов-сборников и т.д. особые преимущества у полиэтилена высокой плотности. В качестве материала для подземного отвода питьевых, сточных вод и газопроводов полиэтилен высокой плотности апробирован давно и надежно. Он стоек к грызунам, корням и устойчив против микроорганизмов. Гладкая и антиадгезивная поверхность не зарастает и легко очищается.

Технические характеристики термопласт-облицовок из полиэтилена высокой плотности:

Толщина листа, мм	3,0 - 5,0
Цвет	Черный, белый
Плотность, г/см3	0,96
Прочность при растяжении, МПа	³21
Удлинение при разрыве, %	³800
Ударная вязкость, при 230С	Без разрушения
Модуль эластичности, МПа	³1200
Твердость по Шору, МПа	³40
Пористость	0
Температура размягчения по Вика, 0С	³67
Коэффициент линейного расширения, К-1(1/0С)	1,7х10-4
Водонепроницаемость	> W20
Пожаробезопасность	В2
Эксплуатационная устойчивость в пределах, 0С	-50 - +60

 

Благодаря механическому соединению облицовки с бетоном она устойчива против насыщающей бетон влаги, давления грунтовых вод. В большинстве случаев можно отказаться от дорогой внешней гидроизоляции строительного сооружения.

Вследствие расстояния между анкер-выступами, равного примерно 62 мм, материал имеет запас для растяжения в случае возникновения бетонных трещин (полиэтилен по сравнению с другими термопластами обладает максимальной эластичностью). Кроме того равномерно погружаемые в сырой бетон выступы препятствуют возникновению внутренних напряжений при твердении бетона и как следствие – предотвращают образование трещин. Возникающие из-за различного теплового расширения внутренние напряжения в материале равномерно распределяются и эластично снимаются. Материал выдерживает без ущерба повышенные температуры и температурные изменения. Поэтому для бетонных сооружений большого диаметра (котлованы и резервуары) можно отказаться от предварительно напряженного бетона.

Полиэтилен – материал высокой ударной вязкости и сохраняет ее при минусовых температурах (до –40^оС). Ремонт систем легко осуществляется за счет сварки расплавленным полиэтиленом.

Материал подходит также для облицовки готовых бетонных труб, которые укладываются в открытые строительные котлованы или в проходческих работах.

Стыки труб завариваются изолирующей полосой, газо- и водонепроницаемой. Благодаря наличию у полиэтилена высокой способности к растяжению, небольшие швы растяжения в местах стыка 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.

Полипропилен обладает несколько меньшей эластичностью, но подходит для использования в отводных системах с возможными экзотермическими процессами. Более высокая термостойкость позволяет применять полипропилен в условиях эксплуатации до 100^оС.

Следует отметить, что термопласт-облицовка является газонепроницаемым и газоинертным материалом, что весьма актуально в отводных системах с газообразованием (фекальные воды), где бетону обеспечена надежная и долговременная защита.

В противоположность другим защитным синтетическим материалам и керамическим покрытиям термопласт-облицовки могут обладать и несущей способностью. К облицовке можно приваривать несущие консоли, крепления (опоры) труб, раздвижные профили для введения забральных стен, опоры для поручней и т.д.

 

 

 

Перспективной возможностью применения термопласт-облицовок в бетонной индустрии является обновление старых поврежденных сооружений. Канал, труба, желоб или резервуар играют в этом случае роль опалубок, куда помещается вкладыш из термопласта требуемой формы. Расстояние между вкладышем и стенами старого сооружения, равное высоте анкеров, заливается бетонной смесью. При этом отпадает необходимость тщательного ремонта бетона и подготовки поверхности для последующей защиты. Подобные конструкции могут служить еще десятки лет, поскольку ни агрессия изнутри, ни наружная влага, ни подсос грунтовой воды уже не влияют на состояние сооружения. Что касается химической стойкости, то материал облицовок выдерживает любые среды, кроме горячих растворителей. Поэтому его можно использовать для облицовки резервуаров-хранилищ с кислотами, сгустителей и отстойников, например, на металлургических предприятиях, для защиты от промышленных и бытовых сточных вод, а также для производства гальванических и электролитических ванн.

 

Важнейшие технологические характеристики термопласт-облицовок

• Крайне низкая адгезионная способность (поверхность не зарастает и легко очищается);
• Водо- и газонепроницаемость;
• Химическая инертность - сохранение эластичности и прочностных характеристик при воздействии кислот, щелочей, солей, растворителей, паров и газов в течение длительных сроков эксплуатации;
• Сроки эксплуатации – до 50 лет;
• Физиологическая безопасность;
• Экологическая безопасность
• Высокая биостойкость (к микроорганизмам, грызунам, корням);
• Низкая трудоемкость при монтаже и ремонте (сварка расплавленным полиэтиленом с помощью специального пистолета);
• Ремонтопригодность – оперативная замена листов привариванием на местах;
• Технологическая простота монтажа и экологическая безопасность работ;
• Исключение необходимости подготовки бетонной поверхности и арматуры (очистки от слабого бетона, ржавчины, масел, сажи и т.п., а также сушки бетона) при ремонтных работах с применением термопласт-облицовки;
• Возможность транспортировки материала при любой температуре;
• Не лимитируемые сроки и условия хранения материала.

Все указанные особенности делают материал чрезвычайно перспективным в вопросах защиты бетона от агрессивных газообразных и жидких сред.

Библиографический список

1. 1. W. P. Ettel, W. Diecke, H.D. Wolf  „Bautenschutz. Schutz der Bauwerke vor Wasser und aggressiven Medien“, Berlin, München 2000
2. 2. E. Rohringer, „Betonschutzmassnahmen im Bereich kommunaler Abwasseranlagen“ Steuler-Industriewerke GmbH, Höhrgrezhausen, 1995

 

Аннотация

Рассмотрены вопросы агрессивного воздействия на бетон со стороны ряда жидкостей и газов, а также проблемы восстановления и защиты поврежденных сооружений.

Показаны возможные направления защиты бетона и преимущества анкерированных облицовок из полиэтилена и полипропилена в строительстве и восстановлении сооружений, обладающих повышенной долговечностью и химической стойкостью.