Создано: 15 сентября 2015г. - Изменено: 08 ноября 2015г.

Гидроизоляционные материалы

Гидроизоляционными материалами в строительстве принято называть растворы, мастики, пропитки, гели, концентраты, профиля, полотна (мембраны), листы и т.п., состоящие из компонентов, не способных насыщаться влагой (гидрофобных) или наоборот, - из тех, которые впитывают ее настолько интенсивно (гидрофильных), что вобрав в себя определенное количество, становятся барьером для дальнейшего поступления воды в консрукцию.

Простейшим гидроизоляционным материалом можно считать жиры (технические или природного происхождения). Жир не пропускает воду или пропускает ее меньшее количество, благодаря высокому поверхностному натяжению молекул веществ, из которых он состоит и их молекулярной массе. Жир в той или иной форме лежит в основе всех гидроизолирующих материалов разных поколений.

Жирная глина – один из самых древних гидроизоляционных материалов, которые используются в строительстве по сей день в качестве одного или нескольких слоев так называемой «воздушной подушки» (которая производится после рытья котлована, перед закладкой фундамента и бетонированием пола); разновидности экранной гидроизоляции – «глиняного замка». Он представляет собой прижимную стенку из кирпича и глины, которая возводится вокруг подземной части здания. Такая конструкция препятствует проникновению воды внутрь сооружения благодаря тому, что жирная глина при контакте с влажной средой увеличивается в объёме, а прижимная стенка не дает ей «опасть», разделяя собой воду и бетонное основание. Существенный недостаток – невозможность контролировать состояние глины (которая со временем может осыпаться и образовывать бреши в гидроизоляционном слое).

Бентонит (или бентонитовые глины) лежат в основе более удачного типа экранной (абсорбирующей) гидроизоляции. Основными составляющими бентонита являются смектитовые минералы (монтмориллонит, бейделлит, нонтронит). Кристаллическая решетка смектитов имеет слоистую структуру: в элементарную ячейку (структурную единицу вещества) входят три слоя, которые образуют пакет: крайние верхний и нижний слои пакета состоят из тетраэдров Al, SiO4 (тетраэдрические слои). По середине расположен слой, который состоит из октаэдров Al и Fe (октаэдрический). Трехслойный пакет заряжен отрицательно, что обусловлено замещением трехвалентных элементов (Al, Fe) в октаэдрическом слое на двухвалентные элементы (Мg, Fe) или четырехвалентного Si на трехвалентный Аl в тетраэдрическом слое. Возможен вариант, когда отрицательный заряд пакета обусловлен вышеупомянутыми реакциями замещения в обоих слоях одновременно. К отрицательно заряженной поверхности пакета крепятся положительные одно-, двух- и трехвалентные катионы, такие как Na, K, Ca, Mg и Fe. При взаимодействии с водой вокруг указанных катионов образовываются гидратные оболочки, а сам агрегат при этом набухает. Агрегатом выступает одна из сотен миллиардов частиц, «зашитых» между слоями плотного геосинтетического материала (выполняющего роль прижимных стенок), который поставляется в виде матов и шнуров, раскатываемых на горизонтальное основание (бетонную стяжку и срез его стен) и крепящихся вертикально предусмотренными крепежными элементами либо «обматываемых» вокруг проходных элементов. В результате получается более тонкий (6 мм- 1 см против глиняного 1-метрового) гидроизоляционный слой, который еще и в сотни раз эффективнее, благодаря высокой удерживающей функции нетканного материала и легкого доступа к нему (что позволяет контролировать покрытие и при необходимости, ремонтировать).

Самым распространенным (и по сегодняшний день) из гидрофобных (водоотталкивающих) материалов (можно сказать прародителем классической гидроизоляции как таковой) является битум, состоящий из 70-87% углерода, 15% водорода, 10% кислорода, до 1,5% серы, небольшого количества азота. Это лишь та малая группа микроэлементов, являющаяся более-менее общей для всех битумов, а их вариабельность практически бесконечная. Поэтому для более-менее понятного описания их состав разбивают следующим образом:

Масла — жидкие (при стандартной температуре) углеводороды, низкой плотности (1) и молекулярной массой от 100 до 500. Чем больше масел содержится в битуме, тем более он подвижен и текуч.
Смолы — вяжущие и пластичные вещества, твердые или полутвердые (при стандартной температуре), средней плотности. Смолы наделяют битумы вяжущими свойствами и пластичностью.
Асфальтены — твердые неплавкие полициклические соединения с большой плотностью и молекулярной массой от 1000 до 5000 и более. Асфальтены придают битуму твердость и теплостойкость. При нагревании битума в течение длительного времени (под действием солнечных лучей) в присутствии воздуха масла и смолы переходят в асфальтены, что приводит к постепенному разрушению — «старению» битума.
Асфальтогеновые кислоты относятся к группе полинафтеновых кислот; Они могут быть твердыми или высоковязкими. Выступая поверхностно-активной частью битума, они способствуют повышению адгезии битума к каменным (бетонным, деревянным и пр.) основаниям.

Исходя свойств, которыми характеризуются входящие в состав битума вещества становится очевидным тот факт, что в качестве ничем не защищенных гидроизоляционных покрытий битумы служат очень недолго, а именно ровно до тех пор, пока все содержащиеся в их составе масла и смолы не переходят в асфальтены. В основном «чистых» битумных покрытий хватает максимум на год. Яркой иллюстрацией процесса разрушения битумного покрытия служат многочисленные «дорожные заплатки»: их приходится обновлять каждый год. Защищенный от солнца битум прослужит чуть дольше; а в качестве горизонтальной гидроизоляции, будучи «зажатым» между двух оснований с минимальным доступом воздуха и наружной гидроизоляцией стен цокольного и первого (отчасти) этажа, служит столько, сколько и само строение.

Если разбавить битум растворителями (бензином или уайтспиритом) в расчетной пропорции, а также подмешать в него синтетический каучук, мы получим пополнение состава битума жирными субстанциями (маслами) и полимерами (пластификаторами), что увеличит его срок службы и сопротивляемость образно выражаясь - «выпариванию» и «выветриванию» (процессам, приводящим к ускоренному образованию асфальтенов). Такой состав является простейшей битумной (битумно-резиновой) мастикой (следующим поколением гидроизоляционных материалов). Сильно разбавленный (жидкий) модифицированный каучуком битум используют в качестве битумной грунтовки (праймера) для бетонных оснований на которые впоследствии приклеивается (наплавляется) битумный или битумно-полимерный гидроизоляционный материал (еврорубероид).

Рубероиды и еврорубероиды – это рулонные материалы, полотна которых имеют следующий состав: на основу (в виде гниющего или не гниющего полотна) с обоих сторон нанесен битум /битумно-полимерное вяжущее; битумное вяжущее посыпано гранитной или сланцевой крошкой (посыпкой) в том случае, если материал является верхним кровельным слоем. Для удобства укладки и транспортировки, материал поставляется в рулонах по 10-15 кв.м. Простейшим рулонным материалом является толь или рубероид, который имеет в качестве основы картон, пропитанный мягкими «сортами» битумов и обработанный с обоих сторон твердым битумом. Учитывая то, что картон – гниющая основа, срок службы гидроизоляционного покрытия из рубероида невелик: год, два, в зависимости от того, где лежит.

Еврорубероиды. На не гниющую основу (стеклохолст, стеклоткань, полиэстер) с обоих сторон наносится слой модифицированного битумного вяжущего, толщина и качественный состав которого варьируется в зависимости от марки (класса) еврорубероида. Битумное вяжущее покрывается тонкой полиэтиленовой пленкой с обоих сторон (когда материал выступает нижним кровельным или гидроизоляционным слоем) и – пленкой с одной стороны, а с другой – посыпкой из измельченной породы (сланца, гранита, песка), что, когда материал является верхним кровельным слоем. Еврорубероиды укладываются по следующей схеме: нижний слой наплавляется непосредственно на бетонное основание с помощью подплавления полиэтиленовой пленки и битумного вяжущего газовой горелкой при одновременном равномерном раскатывании рулона. Закончив одну «полосу» параллельно и внахлест (10-15 см) раскатывается следующая и т.д., пока не закрывается все основание. Для гидроизоляции фундамента достаточно нижнего / верхнего слоя еврорубероида, а в случае устройства плоской кровли на нижний наплавляется верхний слой (с посыпкой). Что представляет собой каждый слой гидроизоляционных полимерно-битумных мембран.

СБС-модификатор (стирол-бутадиен-стирол) битумного вяжущего – это синтетический каучук, который придает битумам гибкость при низких температурах теплостойкость его доходит до 100оС,
АПП-модификатор (термопласт) – иными словами – пластик. Придает битуму ряд полезных свойств: жаростойкость, пластичность, трещиностойкость, повышенный показатель адгезии к основаниям.
Стеклохолст – рулонный материал (используемый в качестве не гниющей основы), состоящий из моноволокн, расположенных хаотически, соединенных между собой синтетическим связующим и стеклотканной нитью в продольном направлении. Не эластичен.
Полиэстер (полиэфир) – синтетическая не гниющая основа для еврорубероида, отличающаяся высокой эластичностью;
Стеклоткань— ткань, изготовленная из стеклянного волокна. Такие ткани обладают чрезвычайно высокой химической стойкостью, и будучи используемыми в качестве не гниющей основы для еврорубероида, придают ему дополнительную прочность на разрыв.
Гранитная посыпка – дополнительный защитный барьер, предохраняющий битумное вяжущее от быстрого старения под действием солнечных лучей, мороза, ветра и влаги

Область применения еврорубероидов очень широка: от плоских кровель и гидроизоляции фундаментов, до конструкций мостов и дорожного строительства. Срок службы материалов зависит от качества и толщины не гниющей основы и битумного вяжущего и составляет от 2-х до 50 лет. В последние годы за счет добавления новых слоев к материалу (например войлока) еврорубероиды стали использоваться не только для кровли и гидроизоляции, а и в качестве звуко-, теплоизоляторов, свето-, тепло- отражателя (алюминиевая фольга вместо посыпки), устройство дышащих кровель (нижний слой-пузырчатый полиэтилен) и т.п.

Полимерцементы – следующая гидроизоляционная группа (не менее обширная). Материалы комбинируют в себе свойства цемента (прочность и способность пропускать водные пары) и полимеров (придающих гидрофобные свойства).

Полимеры - химические соединения, обладающие высокой молекулярной массой, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев (других молекул). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены между собой силами главных или координационных валентностей. Для производства подавляющего большинства гидроизоляционных материалов используются так называемые сополимеры – полимеры, имеющие в составе несколько типов макромолекул соединенных в длинные цепочки последовательно или выходящие из внутренних не торцевых звеньев. К таким сополимерам относятся: полиметилакрилаты (органическое стекло), поликарбонаты (термопласты), кремнийорганические полимеры (силиконы), эластомеры (эластичные полимеры – изоцианаты, полиуретаны), эпоксиды и эпихлоргидрины (образующие эпоксидную смолу).

Технологическое комбинирование различных типов цементов (отличающихся пропорциями составляющих – например, в составе большинства доминируют кремниевые соединения) и не токсичных полимеров позволяет получить гидроизоляционные составы (смеси, для нанесения которых готовят водные растворы, а в некоторых случаях в качестве растворителя используют жидкости, содержащие полимеры-эластификаторы). Такая комбинация позволяет получать высокоэффективные продукты, свойства которых не ограничиваются только лишь гидроизоляционными:

Полимерцементы защищают конструкцию как от позитивного (и гидростатического) давления так и от негативного (капиллярного подсоса, влаги идущей из основания, на которое нанесено гидроизоляционное покрытие), поскольку пропускают водяные пары, останавливая жидкость («дышат»);
Почти все виды полимерцементных материалов обладают сульфатостойкими характеристиками, что увеличивает прочность и стойкость бетонных конструкций к неблагоприятным химическим процессам внутри бетона и снаружи;
Защищает бетон от карбонизации (превращение гидроокиси кальция в составе цемента в карбонат кальция), которая разрушает конструкцию изнутри;
Могут использоваться в качестве декоративной отделки;
Большинство полимерцементных покрытий имеют разрешение на контакт с питьевой водой;
В зависимости от типа полимеров в составах, готовые гидроизоляционные покрытия различны функционально, что позволяет их комбинировать и разработывать индивидуальную технологию для каждого типа объекта.

Полимерные композиции для гидроизоляции условно можно разделить на: жидкие (готовые к применению смеси), комбинированные многокомпонентные (несколько предварительно рассчитанных по дозировкам компонентов, которые смешиваются в общий раствор непосредственно перед применением) – первые два подвида еще называют жидкими мембранами; гели из нескольких предварительно взвешенных компонентов, смешиваемые в специальном оборудовании во время нанесения состава (инъекционная гидроизоляция).

Другая группа – это рулонные эластичные мембраны, используемые для больших по площади кровель тоннелей, подземных сооружений, больших по объему содержащейся воды искусственных водоемов.

PVC (ПВХ)-мембрана – производится из поливинилхлорида и пластифицирующих модификаторов, которые сдерживают пвх от постепенного разрушения под действием ультрафиолета. Несмотря на модификаторы (которые со временем улетучиваются), ПВХ-мембраны рекомендуется применять для нагружаемых (с последующей засыпкой камнем мелкой фракции) и эксплуатируемых кровель или открытых террас.
TPO (ТПО)-мембрана - термопластический полиолефин, в состав которого входят полипропилен и этиленпропиленовый каучук, обладающий высокой атмосферостойкостью. Может служить в качестве самостоятельного слоя (не нагружаемого), поскольку не имеет в своем составе выветривающихся полимеров-модификаторов и способен сохранять свою эластичную структуру более продолжительное время нежели ПВХ-мембраны. Оба вида мембран раскатываются на основании (либо крепятся к нему механически) внахлест, стыки вулканизируются с помощью обработки горячим воздухом.
EPDM-мембрана имеет состав: этилен-пропилен-диен-мономер смешанный с углеродом, модифицированными маслами, вулканизирующие и производственные добавки. Наиболее долговечны из всех известных ныне гидроизоляционных и кровельных материалов. Бывают однослойные и многослойные. От остальных типов мембран отличаются более высокой эластичностью (до 425 %), в то время как у лучших типов ПВХ-мембран этот показатель не превышает 200 %. Укладывается как и предыдущие типы, но сваривание стыков происходит в одном случае – с помощью обработки специальными праймерами, которые как бы подплавляют полотнища и превращают их на стыке в одно целое, в другом – с помощью склеивания самоклеющимися полимерными лентами. Готовое покрытие из EPDM-мембран может изготавливаться производителем в заводских условиях по индивидуально разработанному проекту кровли, чтобы после «одеться» на кровельный пирог (без сваривания стыков).

Несмотря на один из самых высоких сроков службы полимерные мембраны имеют ряд недостатков:

высокая стоимость самих мембран, оборудования для их укладки;
высокие требования к квалификации строителей-монтажников (чувствительность к огрехам при монтаже, низкая ремонтопригодность);
низкая устойчивость к химикатам (нуждается в защитном покрытии);
после ее укладки дальнейшие строительные работы приходится на несколько дней отложить, поскольку покрытию необходимо отстояться.

Напоследок стоит упомянуть о том, что большинство материалов, используемых в строительстве для выполнения других (не гидроизоляционных) целей, может вторично (или частично) в силу своего химического состава (например утеплитель – экструдированный пенополистирол) выполнять функции гидроизоляции.