Оптимизация конструктивно-технологических решений устройства инъекционной гидроизоляции при ремонте подземных сооружений



Технологией нового поколения является инъекционный способ полимерной гидроизоляции. В данной статье рассмотрен традиционный метод инъекционной гидроизоляции, а также приведен оптимизированный способ инъектирования двухкомпонентным акрилатным гелем, позволяющий уменьшить стоимость и трудозатраты и увеличить производительность работ по восстановлению гидроизоляции поземных сооружений.

На основе технико-экономического анализа была доказана эффективность применения предложенного оптимизированного метода инъекционной гидроизоляции при ремонте подземных сооружений.

Ключевые слова: инъекционная гидроизоляция, акрилатные гели, восстановление гидроизоляции.

Для подземных частей зданий и подземных сооружений одним из главных разрушающих факторов является грунтовые воды. [1] Фундамент здания требует надежной защиты от проникновения воды, так как является основной и самой ответственной конструкцией, влияющей на состояние всего здания. Поэтому к работам по его защите, гидроизоляции, предъявляются высокие требования. Данный вид процессов трудоёмок и ответственен. [4].

При ремонте и реконструкции зданий восстановление гидроизоляции, а также конструкций сооружений становится еще более сложной и дорогой операцией. В связи с тем, что приходится часто применять щадящие методы восстановления, при которых риск разрушения конструкций будет минимальным, а эффективность и экономичность проведенных работ максимальной.

Среди наиболее современных методов восстановления гидроизоляции и конструкций сооружений необходимо выделить метод инъецирования, эффективность и высокая надежность которого доказана как за рубежом, так и в России. Такую гидроизоляцию применяют в том случае, когда выполнить работы по восстановлению гидроизоляции обычными методами невозможно, позволяя упростить и удешевить гидроизоляционные работы. [2]

Сущность инъекционной гидроизоляции заключается в следующем перечне выполняемых технологических операций. Изнутри сооружения в конструкциях пробуриваются шпуры, в которые монтируются специальные инъекторы (пакеры). Затем через пакеры в гидроизолируемую конструкцию производится закачка инъекционных материалов под давлением, которые не только образует водо- и влагонепроницаемый барьер, но и способствуют восстановлению поврежденной конструкции, полностью заполняя трещины, контактные швы, а также крупные поры и другие несплошности. Схема технологического процесса инъектирования трещин железобетонных конструкций представлена на рис. 1.

Рис. 1. Технологический процесс инъектирования трещин железобетонных конструкций инъекционными составами

Для инъекционной изоляции используются специальные материалы, различающиеся по своим свойствам, которые можно разделить на четыре основные группы: полиуретановые составы, материалы на основе эпоксидных смол, микроцементы, акрилатные гели. Их особенности, преимущества, применение и ограничения представлены в таблице 1 [5].

Таблица 1

Основные инъекционные материалы

Характеристики	Полиуретановые составы	Эпоксидные смолы	Микроцементы	Акрилатные гели
1. Особенности	При контакте с водой быстро вспениваются и увеличиваются в объеме до 40 раз, образуя при этом массу (плотной жестко-эластичной пены с мелкопористой структурой) для временной герметизации. При затвердевании без присутствия воды полиуретановые гели образуют жёсткую однопрочную массу	Твердеют только в воздушной среде, наличие влаги тормозит этот процесс. Способны после затвердевания повышать механическую прочность конструкции.	Проникают во все пустоты, полости и трещины, кристаллизуясь, образует водонепроницаемый барьер	Чрезвычайно низкая вязкость, сравнимая с вязкостью воды, за счет чего полиакрилатные гели проходят везде, где может проникнуть вода, вытесняют воду, полимеризуются и восстанавливают поврежденную гидроизоляцию
2. Применение	– герметизация водонесущих трещин и швов; – эластичная гидроизоляция водонесущих трещин и швов.	– повышение несущей способности и прочности конструкций путём заполнения пустот и склеивания конструкций в зоне образования трещин.	– гидроизоляция и склеивание конструкций в зоне трещин и рабочих швов бетонирования.	– гидроизоляция рабочих швов в бетонных конструкциях (системы инъекционных шлангов); – устройство инъекционной противофильтрационной завесы в подземных частях здания; – ремонт поврежденных гидроизоляционных покрытий из полимерных мембран; – восстановление горизонтальной гидроизоляции стен; – гидроизоляция больших объемов кладки.
3. Преимущества	– проникновение в трещины (шириной от 0,2 мм) благодаря низкой вязкости; – герметизация за счет самоинъекционного эффекта при расширении; – расширение без последующей усадки во время отверждения; – эластичность, ограничено могут поглощать динамические нагрузки.	– проникновение в трещины (шириной от 0,2 мм) благодаря низкой вязкости; – структурное усиление конструкций; – высокая механическая прочность; – безусадочность; – материалы твердые, но не хрупкие; – высокая адгезия;	– проникновение в узкие (шириной от 0,2 мм) трещины большой глубины; – заполнение полостей; – заделка трещин; – конструктивное усиление бетонных конструкций в зоне трещин и рабочих швов.	– проникновение в микротрещины (шириной < 0.1 мм) благодаря очень низкой вязкости; – короткое и регулируемое время реакции; – высокая эластичность; – могут обратимо поглощать (набухая) и выпускать (усаживаясь) влагу.
4. Ограничения	-	Максимальная ширина трещин — 5 мм.	Максимальная ширина трещин — 3 мм	-

При подборе материалов и технологии работ необходимо правильно оценить сложившуюся ситуацию, установить причины появления дефектов, иначе выбор материалов может оказаться ошибочным.

При всех достоинствах инъекционной гидроизоляции это достаточно трудоемкий и дорогостоящий метод защиты строительных сооружений и конструкций от воды. Обусловлено это большим перечнем технологических операций, а также высокой стоимостью используемых инъекционных материалов, инъекторов и насосного оборудования. Все гидроизоляционные работы требуют высокой квалификации рабочих и инженерно-технического персонала [3].

В связи с этим существует необходимость в улучшении технологических и стоимостных показателей инъекционного способа посредством разработки новых методов, оборудования и применяемых материалов, которые смогут обеспечить высокое качество и многолетнюю надежность гидроизоляции подземных сооружений.

Наиболее эффективным в решении этой задачи является замена традиционных трудоемких строительных операций по многодетальному соединению пакеров в пробуренных шпурах, соединения с инъектором, на более простые, менее трудоемкие приемы, а саму систему подачи компонентов оптимизировать, путем замены исходного компонента на быстротвердеющие гидравлические компоненты, вступающие в реакцию с водой и их раздельной подачи.

Предлагаемый оптимизированный способ заключается в инъектировании гидроизоляционного состава в предварительно пробуренные шпуры с помощью специальных двух инъекционных пистолетов, присоединенных к насосному оборудованию, посредством которых под давлением подаются раздельно два жидких компонента гидрофильной смолы — гелевый компонент (компонент А) и вода с ускорителями твердения (компонент Б) — непосредственно в гидроизолируемую зону, где, смешиваясь между собой, компоненты образуют гибкий гелевый барьер (рис. 2).

Рис. 2. Конструктивно-технологическая схема инъектирования трещин железобетонных конструкций

Для устранения протечек воды в подземных сооружениях используется двухкомпонентная система гидрофильной смолы: компонент А — гелевый компонент акрилатной мономерной системы, компонент Б — вода, смешанная с ускорителями твердения. Два жидких компонента, которые похожи на воду по вязкости, проникают в мельчайшие трещины и водяные карманы на всю глубину субстрата и перемещаются выше к разрушенной мембране, химически реагируя, образуя гибкий гелевый барьер.

Рис. 3. Методология оптимизированного метода устройства инъекционной гидроизоляции

Применение такого гидроизоляционного состава позволяет уменьшить продолжительность цикла инъецирования за счет быстротвердеющих гидравлических компонентов и способа их ввода. Так же это позволит повысить качество заполнения полостей, трещин за счет водной консистенции, которая имеет низкую адгезию в начале впрыска.

Гидроизоляционная система является экономически эффективным и экологически безопасным решением для предотвращения проникновения воды в фундаменты, подвалы, шахты лифтов, туннели, механические помещения, сводчатые конструкции и гаражи.

Подача двух компонентов осуществляется с помощью специальных инъекционных пистолетов (рис..4), изначально имеющих на наконечниках резиновые уплотнители, наличие которых позволяет производить инъектирование без использования различных пакеров, что сокращает трудоемкость, стоимость и продолжительность работ.

Рис. 4. Конструктивная схема инъекционного пистолета

Наряду с возможностью сокращения трудозатрат, ввиду отсутствия пакеров в конструкции, очень быстрое время схватывания геля важно в борьбе с высоким гидростатическим давлением при работе с активным водопритоком в подземном помещении.

Для объективной оценки оптимизации восстановления гидроизоляции методом инъектирования автором был проведен анализ по технико-экономическим показателям (табл. 2).

Таблица 2

Сравнение методов устройства инъекционной гидроизоляции по технико-экономическим показателям

Технико- экономические показатели	Традиционный метод	Оптимизированный метод
1.Основные применяемые механизмы и оборудование	– Электрический насос с манометром со шлангом, снабженным соответствующим захватом под ниппель; – Низкооборотная дрель (менее 500 об/мин.) с венчиком или перемешивающая «ложка» с емкостью; – Углошлифовальная машинка по ГОСТ 16436 с алмазным диском; – Перфоратор электроударный; – Электроударная дрель для сверления шпуров; – Емкости для воды и перемешивания растворов (ведра); – Мерная посуда (кружки до 1л, стаканчики); – Мастерки, кельмы, лопатки по ГОСТ 9533 – Кисти-щетки для очистки поверхности	– Специализированный насос с двумя соплами – Инъекционные пистолеты, присоединяющиеся к насосу с помощью шлангов и имеющие резиновые наконечники – Электроударная дрель для сверления шпуров; – Мерная посуда (кружки до 1л, стаканчики); – Две емкости для компонентов А и Б – Промышленный пылесос – Мастерки, кельмы, лопатки по ГОСТ 9533; – Кисти-щетки для очистки поверхности
2.Применяемые материалы	– Акрилатные гели – Вода – Гидропломба – Пакер – Клей для пакеров – Ремонтный состав для запечатывания шпуров	– Акрилатные гели – Вода – Ремонтный состав для запечатывания шпуров
3. Сроки схватывания	от 15 минут до 1,5 часа	от 5–7 сек (для активных протечек воды) до 2 часов
4. Давление подачи инъекционного материала	100–150bar	до 175bar
5. Состав звена	Гидроизоляровщик 4 разр — 3 Гидроизоляровщик 3 разр — 2	Гидроизоляровщик 4 разр — 2 Гидроизоляровщик 2 разр — 1
6. Трудозатраты (на 1.м.п. трещины)	13,66 чел/ч	≈10 чел/ч
7. Производительность (влажная трещина с активным водопритоком)	≈0,5 м.п. трещины/час	≈1,5 м.п. трещины/час

Анализ сравнения технико-экономических параметров способов восстановления гидроизоляции методом инъектирования показал, что предложенная оптимизированная технология позволят уменьшить стоимость оборудования и трудозатраты, ввиду отсутствия пакеров, сократить продолжительность цикла инъецирования и увеличить производительность за счет быстротвердеющих гидравлических компонентов и способа их ввода, а так же позволяет повысить качество заполнения полостей, трещин за счет водной консистенции компонентов инъекционного состава.

Таким образом, предложенную оптимизированную технологию инъектирования можно использовать для ремонта и восстановления гидроизоляции. Отличительные признаки устройства и способа инъектирования позволяет получить заданный технический результат. Данное решение может являться существенным и применимым на практике.

Литература:

1. Верстов В. В., Гайдо А. Н., Иванов Я. В. Технологии устройства ограждений котлованов в условиях городской застройки и акваторий. СПб.: Лань, 2014. 368 с.
2. Вуйцик Р. Восстановление горизонтальной гидроизоляции в зданиях инъекционным методом // Строительные материалы, 2006. № 10. С. 84–85.
3. СТО НОСТРОЙ 2.27.123–2013. Освоение подземного пространства. Гидроизоляция транспортных тоннелей и метрополитенов, сооружаемых открытым способом. Правила проектирования, производства и приемки работ. М.: Национальное объединение строителей, 2013. 77 с.
4. Фадеев А. Б. Гидроизоляция подземных частей зданий и сооружений: учебное пособие для студентов строительных специальностей / СПб.гос.архит.-строит.ун-т. — СПб., 2007. — 53 с.
5. Шилин А. А., Зайцев М. В., И. А. Золотарев, О. Б. Ляпидевская. Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте: Учеб. Пособие. — Тверь, издательство «Русская торговая марка», 2003. 399 с.