Вода и бетон – плюсы и минусы… (системный подход к проблемам осушения и ремонта)

Вода, необходимая для получения и формирования бетонной структуры, оказывает впоследствии разрушительное действие на строительные сооружения.

Агрессивное воздействие воды на бетон – факт очевидный, ибо материал имеет капиллярно-пористую структуру. Проникающая в сооружения снизу грунтовая вода, мигрируя по капиллярам, увлажняет стены, провоцируя процессы замораживания-размораживания и последующую деструкцию материала. Кроме того, грунтовая вода содержит примеси растворимых солей: хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов. Кристаллизуясь и гидратируясь в порах, соли многократно увеличиваются в объеме, что ведет в итоге к разрушению материала несущих элементов, отслоению штукатурки и краски, способствует деформации отделочных покрытий, короблению обоев и т.д.

Вода действует и сверху, со стороны атмосферных осадков. Это воздействие помимо механических разрушений вследствие замораживания, имеет еще и химические последствия. Строго говоря, дождевая вода – это раствор. Дождевые потоки захватывают из атмосферы большое количество газообразных производственных выбросов, таких как оксиды углерода, серы, азота и фосфора, таких как аммиак, хлор и хлористый водород. Эти газы, растворяясь частично в воде, превращают дождь в кислотный раствор, разрушающе действующий на бетон, мрамор, известняк и другие материалы. При этом увеличивается количество пор, капилляров и микротрещин, являющихся все новыми очагами агрессии, и степень разрушения материала существенно возрастает. Кроме того, содержание в воздухе кислотных оксидов серы и азота, а также хлористого водорода способно вызвать смещение такого экологического параметра атмосферы как углекислотное равновесие. При этом существенно повышается содержание в воздухе свободной углекислоты, называемой в таком случае «агрессивной». Агрессивным углекислый газ является по отношению к минеральным строительным материалам (извести, мрамору и бетону), поскольку превращает нерастворимый кальцит СаСО₃ в водорастворимый гидрокарбонат кальция Са(НСО₃)₂, обуславливающий  появление дефектов.

Говоря о сырых помещениях, подразумевают чаще всего помещения заглубленные. Это подвалы жилых и производственных зданий, это объекты ГО, это специализированные пространства для насосных станций, водоочистных сооружений и пр.

Повышенная влажность в таких местах вызывается рядом причин, например, просачиванием грунтовых и поверхностных вод, проникновением атмосферных осадков и, наконец, конденсацией теплого воздуха на холодных стенах при перепадах температур.

Повышенная влажность в жилых помещениях обусловлена в ряде случаев плохой теплоизоляцией стен и часто - недостаточной вентиляцией комнат при наличии пластиковых окон и синтетических обоев. Кроме того, повышение влажности может быть вызвано обилием комнатных растений, частыми стирками при наличии маленьких детей, перепадами температур в ванной и других комнатах, недостатками в отопительной системе и т.д.

В условиях повышенной влажности начинается отсыревание отделочных и несущих элементов. Наличие влаги вместо воздуха в капиллярно пористой системе строительных материалов приводит к резкому изменению их теплозащитных свойств – материалы становятся теплопроводными и перестают удерживать тепло. Влага и холод в помещениях приводят к деформации и отслоению штукатурного и отделочного слоев за счет нарушений адгезионного контакта и изменения физических свойств основы и покрытий.

Причинами ослабления адгезионного слоя при отделочных работах в условиях повышенной влажности являются:

1. Образование на стенах колоний грибковой плесени;

1. Появление разводов водорастворимых солей из грунтовых вод;
2. Образование в присутствии влаги новых соединений в контактных слоях в условиях применения антагонистичных материалов;
3. Использование паронепроницаемых отделочных материалов (гидроизоляция, штукатурки, краски);
4. Недостаточность клеящих свойств покрытия в условиях повышенной влажности;
5. Потеря основой несущих свойств

Рассмотрим эти причины с указанием основных способов их устранения.

Колонии грибковой плесени в помещениях образуются чаще всего в плохо вентилируемых местах: за шкафами, под подоконниками, в углах и на торцевых стенах, в ванных комнатах. В подвалах, где разность температур внутри и снаружи неизбежно приводит к появлению конденсата, плесень распространяется практически повсеместно. Размножаясь и выделяя в воздух миллионы невидимых спор, грибок представляет опасность не только для конструкции, но и, прежде всего, для здоровья людей, вдыхающих этот воздух.

Споры попадают в дыхательную и кровеносную систему человека, провоцируют аллергические заболевания кожи и дыхательных путей, поражают нервную систему и опорно-двигательный аппарат. При размножении плесень выделяет также летучие органические соединения, имеющие специфический запах и чрезвычайно вредные для здоровья. Эти аллергены особенно опасны для детей, пожилых людей и людей с ослабленным иммунитетом. Подручные средства борьбы с грибком, такие как уксус, купорос, хлорсодержащие жидкости, снимая плесень на определенное время, не уничтожают источники размножения – микроорганизмы, поэтому дальнейший рост грибка неизбежен. Необходимым является использование профессиональных средств - биоцидов, индивидуально специализированных для минеральных поверхностей. Эти жидкости должны уничтожать не только уже заметные проявления плесени, но и источники ее распространения – микроорганизмы и споры.

Солевые разводы на стенах подвальных[ помещений - это, как правило, водорастворимые гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты из грунтовых вод. Ряд солей обладает высокой гигроскопичностью и образует с водой термодинамически устойчивые объемные соединения – кристаллогидраты. Так одна молекула сульфата натрия присоединяет до 10 молекул воды. Очень гигроскопичен хлорид магния, соль, самопроизвольно гидратирующаяся в двуводный кристаллогидрат, способствующий увлажнению стен. Вновь появляющиеся при подсосе грунтовой воды и ее последующем испарении соли объединяются с уже имеющимися образованиями, создавая при этом рыхлые объемные структуры. Давление кристаллизации приводит к отслаиванию покрытий.

Водорастворимые хлориды натрия и кальция встречаются на нижней части фасадов, омываемых талыми водами, в которых велика концентрация этих солей, используемых в качестве антиобледенителей. Нитраты (селитры) попадают в грунтовые воды от смыва дождями избытка сельскохозяйственных удобрений, из фекальных вод, а также в результате действия на почву кислых атмосферных осадков, содержащих оксиды азота из выбросов промышленных предприятий и ТЭЦ.

Притягивая влагу, эти соли создают постоянный и высокий уровень влажности бетона, не обусловленный прямым поступлением воды со стороны атмосферы и грунтов.

Гигроскопичные водорастворимые соли необходимо преобразовывать в водонерастворимые действием специальных флюатирующих агентов - кремнефтористых жидкостей. Труднорастворимые соединения закупоривают поверхностные поры и закрывают тем самым доступ растворам солей из объема материала на поверхность.

Антагонистичные материалы. На практике нередки примеры использования случайных сухих смесей или материалов от разных производителей со своими «ноу хау», специфическими добавками и свойствами. Совместное использование таких материалов может привести порой к эффекту отторжения. Наиболее типичным примером является непрофессиональное применение в одном «пироге» композиций на основе цемента и гипсовых материалов, образующих в контактном слое продукт химического взаимодействия – эттрингит, называемый также «цементной бациллой». В условиях влажной среды эта сложная соль, притягивающая на одну молекулу до 30 молекул воды, создает мощное объемное и кристаллизационное давление, ослабляющее адгезию в контактном слое. Совместное использование цементных и гипсовых композиций возможно лишь при наличии промежуточного контакта – грунтовочного слоя, исключающего их взаимодействие.

Нередки случаи отторжения отделочных слоев при использовании пенетрирующей гидроизоляции. Пенетраты, как правило, покрывают поверхность бетона белым налетом карбоната кальция, снижающим адгезию. Поэтому перед оштукатуриванием необходима механическая, а порой и химическая очистка до зернистой структуры бетона..

Наличие гидрофобизаторов в отделочных покрытиях (штукатурки, шпаклевки) может создать проблемы при последующем окрашивании, например, дисперсионными красками, ибо при этом также ослабевает адгезионный контакт.

Поэтому в выборе ремонтно-восстановительных материалов целесообразно использование системы продуктов одного производителя, дифференцированных в соответствии с ремонтными требованиями: грунтовок, сухих ремонтных, смесей, шпаклевок, финишной отделки и т.п.

Использование паронепроницаемых материалов наносит существенный вред, как покрытию, так и несущей основе. Паронепроницаемый слой гидроизоляции, штукатурки или краски способствует конденсации паров на границе раздела. При этом отсыревают и стены, и отделка; сооружение не «дышит», что влечет за собой быстрое размножение плесени, отслоение покрытий, потерю несущих свойств.

Стандартная цементно-песчаная композиция обладает слабой паропроницаемостью, и это следует учитывать при проведении, штукатурных и отделочных работ. Современные технологии предполагают использование паропроницаемых покрытий, как минеральных, так и органических (водные дисперсии полимеров).

Большой практический интерес представляет использование специальных легких пористых санирующих штукатурок на известково-цементных вяжущих. Санирующие штукатурки на суперлегких заполнителях, модифицированные порообразующими и гидрофобизующими добавками, весьма эффективны в условиях влажной и засоленной поверхности. Образуя определенный процент гидрофобизованных воздушных пор, такие штукатурки способствуют осушению влажных стен, равномерному распределению выступающих солей в поровом пространстве, что обеспечивает перманентный транспорт водяных паров и тем самым длительный срок эксплуатации.

При выборе штукатурок следует ориентироваться на важный показатель паропроницаемости µ - коэффициент диффузионного сопротивления давлению водяного пара. Чем выше коэффициент, тем более паронепроницаем материал. Эталоном паронепроницаемости является алюминиевая фольга со значением µ, равным 1000 000. У цементно-песчаных гидроизоляционных материалов оптимальными являются значения µ в интервале 1000 – 1500.

Санирующие штукатурки на легких заполнителях с высоким содержанием гидрофобизованных воздушных пор характеризуются коэффициентом µ, не превышающим значений 12 – 15.

Недостаточность клеящих свойств или слабая адгезия покрытия к основе может быть обусловлена двумя факторами: плохой подготовкой поверхности (соли, плесень, ослабление несущих свойств) и недостаточной адгезионной способностью наносимого материала. В последнем случае повысить клеящую способность можно добавлением в воду затворения специальных клеевых составов, или созданием на обрабатываемой поверхности адгезионных центров, например, с помощью полуобрызга цементно-песчаным раствором с добавлением в воду затворения клеевых водных композиций, например водной дисперсии синтетического каучука.

Итак, с чего начинать обработку стен в сыром помещении? Если это бетонные блоки или кирпичная кладка, то начинать следует с с расчистки швов и заполнения их свежим раствором до выравнивания поверхности. Затем с помощью специальных биоцидов удаляется плесень, флюатированием преобразуются соли. После флюатирования поверхность следует очистить металлическими щетками.

Если несущая основа требует ремонта – каверны, сколы, трещины и прочие дефекты, то ремонт осуществляется специальными трещиностойкими ремонтными растворами с использованием адгезионных составов, исключающих образование холодных швов.

Аналогичные ремонтные растворы применяются и для обустройства галтелей в подвалах при последующем проведении гидроизоляционных работ.

Вопрос о гидроизоляции решается индивидуально. Если такой необходимости нет по причине:

• Отсутствия грунтовых вод,
• Эффективно работающих дренажных коммуникаций,

• Наличии естественного дренажа (песчаный грунт),

• Наличия отсечной гидроизоляции,
• Наличия наружной гидроизоляции,

то можно приступать к штукатурным и отделочным работам, используя пористые штукатурные составы и паропроницаемую краску или плиточные покрытия с применением влагостойкого клея.

Большинство  сооружений нуждается, однако, в качественной гидроизоляционной защите.

Современные способы гидроизоляции

1. 1. Проникающая гидроизоляция

Идея проникающей гидроизоляции (пенетрирования) родилась в Дании в начале 50-х годов, и фирмой VANDEX  был получен первый одноименный материал. Впоследствии на базе этой разработки появились в разных странах пенетрирующие системы под названиями XYPEX (США, Канада), THORO, PENETRON (США), DRIZORO (Италия) и др. Позже начались российские исследования, в результате которых на рынок вышли материалы ГИДРОТЭКС, АКВАТРОН, КАЛЬМАТРОН, КОРАЛЛ, ЛАХТА  и т.д.

Механизм проникающей гидроизоляции цементсодержащих материалов сводится к химической реакции активных реагентов (пенетратов) со свободной известью (гидроксидом кальция) и капиллярной водой в бетоне. Свободная известь присутствует в цементном камне практически всегда, поскольку является продуктом гидратации, а впоследствии и гидролиза (химического взаимодействия с водой и влагой) составляющих цементного камня: силикатов и алюминатов кальция. Образующийся водорастворимый гидроксид кальция, вымываясь водой, создает дополнительную сеть капилляров и пор – потенциальных коррозионных центров. В качестве компонентов пенетрирующих добавок могут быть использованы активный кремнезем, активный оксид алюминия, карбонаты щелочных металлов, сульфоалюминаты кальция и другие соединения, способные под действием воды связывать свободную известь в труднорастворимые гидросиликаты, гидроалюминаты и гидросульфоалюминаты кальция, кольматирующие капиллярно-пористую структуру бетона. Связывание ионов кальция ведет к смещению химического равновесия в системе, в результате чего имеет место миграция ионов кальция из цементного камня. Ионы кальция реагируют с активными добавками пенетратов, образуя на поверхности бетона высолы карбонатов и гидросиликатов кальция. При этом важно сохранить необходимую щелочность бетонной смеси, поскольку связывание свободной извести понижает рН-фактор, что может привести к преждевременной коррозии арматуры в железобетонных конструкциях.

Указанные моменты приводят к необходимости тщательного подбора как качественного, так и количественного состава активных химических добавок в пенетрирующих материалах, что и отличает их по ряду свойств.

Наряду с вышеназванными зарубежными материалами производства США, Канады, Швейцарии и Италии, представленными и на российском рынке, широкое распространение в Европе и США получил пенетрирующий материал AQUAFIN-IC (Германия). Оптимально подобранный состав активных добавок, дешевая сырьевая база позволили получить минеральный гидроизоляционный материал проникающего действия. Сохраняя общие принципы действия пенетратов, AQUAFIN-IC обладает рядом преимуществ. Это быстрый набор прочности, оптимальная щелочность бетонной смеси и меньшее количество высолов на поверхности материала.

Преимуществом таких материалов является и тот факт, что перспектива объемной гидроизоляции бетона допускает возможные механические повреждения поверхности (царапины, сколы и др.) не нарушая гидроизоляционных свойств материала в целом.

Экологическая безопасность пенетратов создает широкие предпосылки их применения, прежде всего, в области питьевого и хозяйственного водоснабжения.

Следует отметить, однако, ряд существенных моментов, сдерживающих применение проникающей гидроизоляции, главным из которых является недостаток или отсутствие свободной извести. Если:

• Поверхность бетона закарбонизована,
• Размер капиллярных трещин превышает 0,3 мм,
• Защищаемая поверхность подвержена действию динамических нагрузок,
• Поверхность выполнена из кирпича (камня),

проникающая гидроизоляция неэффективна или малоэффективна.

Вызывает вопросы энергичная реклама различных видов пенетратов с обещаниями гидроизоляции любого сооружения, любого типа поверхности и большой глубины проникновения. Эффективность проникающей гидроизоляции зависит от большого числа различных факторов: природы и состояния поверхности, и существенно – от динамики сооружения.

Идея связывания излишней свободной извести в бетоне с целью получения более плотных, водостойких и химически стойких структур реализована в настоящее время в России и за рубежом путем создания соответствующих комплексных добавок в бетонную смесь. Такие добавки включают пластифицирующие компоненты и комбинации активного кремнезема, зол уноса, пуццолановых вяжущих, которые реагируют со свободной известью и уменьшают ее концентрацию в бетоне за счет образования труднорастворимых гидросиликатов и / или гидроалюминатов кальция.

К добавкам такого рода относятся, например: суперпластификаторы серии BETOCRET - Германия, а также российская разработка комплексной добавки МБ (модификатор бетона), действие которых основано на синергетическом эффекте пластификации и связывании свободной извести в бетоне. Значительное число экспериментальных и практических данных подтверждают существенное увеличение прочностных показателей бетона, водонепроницаемости и устойчивости к газовым и слабоагрессивным жидким средам.

1. 2. Обмазочная гидроизоляция

При выборе поверхностной гидроизоляционной системы на первый план выдвигаются такие требования как:

• Водонепроницаемость на прижим (бассейны, резервуары);
• Водонепроницаемость на отрыв (подвалы, заглубленные помещения, бассейны и резервуары);
• Паропроницаемость;
• Трещиностойкость при динамических нагрузках;
• Адгезионная прочность;
• Технологичность и простота обработки;
• Долговечность и надежность,
• Возможность обработки влажной поверхности.

Тонкослойные гидроизоляционные обмазочные системы на основе цемента в отличие от рулонной битумной гидроизоляции имеют такой уровень адгезии к минеральной основе, что составляют вместе с ней практически одно целое. С этой точки зрения они являются наиболее надежными в условиях наружного (отрицательного) давления воды.

Для статических условий (подвалы небольших домов, резервуары) можно использовать жесткую обмазочную гидроизоляцию (сухая смесь затворяется водой) после отверждения образует жесткое тонкослойное покрытие.

Полимерминеральная обмазочная гидроизоляция (сухая смесь затворяется не водой, а специальной водной дисперсией латекса) после твердения очень эластична (резинобетон), устойчива в условиях знакопеременных температур и динамических нагрузок. Такая гидроизоляция эффективно работает в крупных жилых и производственных подвалах, подземных гаражах, бассейнах, эксплуатируемой кровле, заглубленных помещениях с вибронагрузками и при наружной защите фундаментов.

При наличии в заглубленных помещениях «фильтрующей» поверхности стен, через которую регулярно просачивается вода, необходима ступенчатая обработка поверхности с применением последовательно материалов: фиксирующего цемента для мгновенной остановки водопритока, композиции на основе жидкого стекла для связывания свободной извести и затем обмазочной цементной гидроизоляции.

Гидроизолированная поверхность отделывается штукатуркой или плиткой в зависимости от назначения сооружения.

Наружные поверхности заглубленной части строения целесообразно защищать обмазочными полимербитумными системами, обладающими высоким уровнем эластичности. Способность перекрывать трещины сохраняется у этих композиций и в условиях отрицательных температур.

1. Горизонтальная отсечная гидроизоляция

Объемная (отсечная) гидроизоляция – один из наиболее эффективных способов защиты от грунтовой влаги – основана на инъекциях химически активных жидкостей, образующих после твердения водонепроницаемый заслон.

Такими системами являются, например, силикаты щелочных металлов, которые реагируют с известью, связывая ее в труднорастворимые кальциевые гидросиликаты

K₂SiO₃ +  Ca(ОН)₂ =  CaSiO₃ + 2K⁺ + 2ОН^-

Если для отсечной гидроизоляции используются кремнийорганические соединения, самопроизвольно твердеющие на воздухе, то соответственно наличие свободной извести в материале не является обязательным. Кремнийорганические составы, особенно на полисилоксановой основе, достаточно быстро отверждаются, образуя тонкие водонепроницаемые, но паропроницаемые пленки, гидрофобизующие стенки капилляров (пример 4 на схеме). В разбавленных водных эмульсиях микрочастицы полисилоксана могут достигать размеров 40 – 70 нм, что позволяет им заполнять и очень тонкие капилляры.

Присутствие свободной извести и в этом случае может сыграть положительную роль, поскольку способствует выделению труднорастворимых алкилсиликатов кальция. При этом имеет место синэнергетический эффект сужения диаметра и гидрофобизации стенок капилляров (пример 5 на схеме).

Легкие (плотность около единицы), низковязкие кремнийорганические эмульсии для отсечной гидроизоляции могут быть использованы как для кирпичных, так и для бетонных сооружений.

1.Заполненные водой капилляры	2.Закупорка или кольматация капилляров	3.Сужение диаметра капилляров	4.Гидрофобизация стенок капилляров	5.Сужение диаметра и гидрофобизация стенок

Профессионально выполненная защита от воды жилых и производственных помещений сохраняет здоровье и продлевает срок службы сооружения.

Яковлева М.Я. канд. хим. наук

Эксперт ЗАО «АСОКА», г. Москва