Универсальная термопласт-облицовка для бетонных сооружений промышленного и хозяйственного назначения

Универсальная термопласт-облицовка для бетонных сооружений промышленного и хозяйственного назначения // Технологии строительства. 2002. №1. C.116-118

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 некот