Гидроизоляция железнодорожных тоннелей материалом проникающего действия Кальматрон

Нанесение гидроизолирующего слоя КАЛЬМАТРОН 1,5-3,0 мм позволяет повысить водонепроницаемость бетона минимум на 2-3 ступени, а по результатам натурных исследований водонепроницаемость гидроизолированных конструкций достигает W16-W18.

Бетонные и железобетонные конструкции транспортных тоннелей, подвергающиеся многолетним воздействиям атмосферных и подземных вод с циклическим замораживанием и оттаиванием, существенно снижают свои технические характеристики в большинстве случаев уже через 5-10 лет. В дальнейшем, если не проводятся ремонтно-оздоровительные мероприятия, в поверхностном слое бетона конструкций развиваются необратимые деструктивные процессы, выраженные интенсивным образованием микротрещин, простирающихся до арматуры, снижением прочности цементного камня и водонепроницаемости конструкции с интенсивным нарастанием коррозионных процессов.
В целом неуправляемая деградация бетона конструкций, подверженных неблагоприятным воздействиям, приводит к снижению долговечности сооружений и преждевременному старению.
Практически все искусственные сооружения на железных, автомобильных дорогах и водном транспорте подвержены указанным воздействиям и до настоящего времени эффективно не защищены от них. При этом в эксплуатируемых железнодорожных и автодорожных тоннелях гидроизоляционные системы либо нарушены, либо отсутствуют вовсе. Восстановление или устройство гидроизоляции в действующих сооружениях представляет собой сложную инженерную задачу, особенно в заобделочном пространстве.
В связи с этим определенный интерес представляют материалы и технологии, обеспечивающие работу гидроизоляционного покрытия в зоне негативного давления воды. В нашем случае это внутренняя поверхность тоннельной обделки.
Европейские нормы ENV 1504-9 1997 регламентируют целый комплекс материалов и методов для обеспечения эффективной защиты и гидроизоляции строительных конструкций в различных условиях агрессивного воздействия внешней среды. При этом в равной степени предусматриваются активные и пассивные методы защиты с условием технического и экономического обоснования их применения.
Методы активной защиты предполагают применение материалов химически взаимодействующих с защищаемым материалом, улучшающих его структуру и физико-механические характеристики, образующих водонепроницаемые и химически стойкие мембраны.
Методы пассивной защиты предполагают нанесение на поверхность конструкций мастик, рулонных и листовых материалов, создание жестких стальных мембран.
Среди материалов, используемых при активных методах защиты бетонных и железобетонных конструкций, приоритетное место занимают материалы, обладающие пенетрирующими свойствами. Среди них наибольший интерес представляют неорганические растворные смеси на основе цементного вяжущего, реализующие пенетрирующие свойства в присутствии воды и имеющие единую природу с материалом защищаемой конструкции.
Из выпускающихся в России материалов с описанными свойствами (ЛАХТА, ГИДРОТЕКС, КАЛЬМАТРОН) нами исследованы свойства и 12 летний опыт применения состава КАЛЬМАТРОН при гидроизоляции и антикоррозионной защите бетонных и железобетонных конструкций подземных и наземных сооружений различного назначения.
КАЛЬМАТРОН представляет собой цементирующий материал капиллярного действия, обеспечивающий водонепроницаемость бетона, цементно-песчаного раствора, кирпича и других капиллярно-пористых материалов. Эффект водонепроницаемости обеспечивается за счет ряда строго последовательных химических реакций, продолжающихся во времени, проходящих внутри структуры защищаемого материала между его составляющими и компонентами, содержащимися в растворе состава КАЛЬМАТРОН. В результате образуются трудно- и слаборастворимые новообразования, которые заполняют капилляры, поры и микротрещины, проникая по ним внутрь конструкции и вытесняя при этом воду. Химический состав новообразований обусловливает высокие гидроизоляционные свойства состава КАЛЬМАТРОН, а также обеспечивает эффект «самозалечивания» путем блокирования пор и трещин кристаллогидратами в слое конструкции, прилегающем к изолирующему покрытию КАЛЬМАТРОН.
В результате применения указанных составов водонепроницаемость бетонных или железобетонных конструкций повышается на 2-3 ступени, морозостойкость увеличивается не менее чем в 1,5 раза, повышается поверхностная плотность бетона конструкций и прочность не менее чем на 20%, приобретаются защитные свойства к агрессивному воздействию кислот, растворов солей и нефтепродуктов.
В подземных транспортных сооружениях актуальное значение имеет осушение бетонной и железобетонной тоннельной обделки при текущем содержании и капитальном ремонте. Нанесение на внутреннюю поверхность бетонной обделки состава КАЛЬМАТРОН слоем 1,5- 3 мм позволяет исключить поступление подземных вод внутрь сооружения. Этим способом осуществлено осушение обделки на отдельных участках (общей длиной около 5 км) самого протяженного в России Северомуйского железнодорожного тоннеля.

Работы по нанесению покрытия выполнялись, начиная с зачистки бетонных поверхностей гидромонитором под давлением 150 - 200 бар и заканчивая нанесением КАЛЬМАТРОНА пистолетами- распылителями или вручную.
Предварительно велась разделка холодных швов бетонирования и трещин с помощью штроборезов и электрических отбойных молотков.

Разделанные швы, трещины и пустые шпуры для нагнетания растворов за обделку чеканились КАЛЬМАТРОНОМ. Благодаря росту кристаллов солей КАЛЬМАТРОНА и кольматации ими микротрещин и пор чеканка получилась качественной и долговечной.
По результатам регулярных наблюдений тоннельно-обследовательской станции Северобайкальской дистанции пути отмечено, что до нанесения (2002 г.) на поверхность обделки состава КАЛЬМАТРОН на участке наблюдались активные пленочные течи, капежи со свода тоннеля и общее увлажнение обделки.
Обследование, проведенное через четыре месяца после нанесения на обделку состава КАЛЬМАТРОН, показало, что площадь обводнения участка составляет не более 1%. Сосредоточенные струйные выходы воды через обделку отсутствуют, общее увлажнение не наблюдается, отдельные влажные пятна обнаружены лишь в местах отдельных деформационных и холодных швов.
Обследование обводненности обделки в ноябре 2004 года не выявило усиления обводненности, что подтвердило эффективность гидроизоляционного покрытия на исследуемом участке тоннеля.
В целях качественной оценки влияния состава КАЛЬМАТРОН на физико-механические свойства бетона произведены выборочные испытания прочности и водонепроницаемости покрытия бетона обделки.
Водонепроницаемость определялась по ГОСТ 127.05-84 "Бетоны. Методы определения водонепроницаемости", (Приложение 4) с использованием "Методических рекомендаций по контролю проницаемости бетона в конструкциях и изделиях." ЦНИИС Минтрансстроя СССР, М., 1991 г.
Средняя прочность бетона обделки, не обработанного КАЛЬМАТРОН, на обследованных участках составляет не менее 45 МПа, а водонепроницаемость не выше W 6.
Прочность на сжатие защитного покрытия КАЛЬМАТРОН в натурных условиях в возрасте от двух месяцев и старше установлены в среднем от 27,4 до 39,8 МПа с коэффициентом вариации не более vmax = 15,8 %. Водонепроницаемость защитного покрытия КАЛЬМАТРОН установлена не ниже W 10-W12/ Полученные значения прочности и водонепроницаемости состава КАЛЬМАТРОН соответствуют показателям, указанным в ТУ 5745-001-47517383-00 " КАЛЬМАТРОН – состав цементный защитный проникающего действия".
На отдельных участках поверхности обделки, покрытой составом КАЛЬМАТРОН, получены значения водонепроницаемости W16-W18.
Особо следует отметить результаты замеров водонепроницаемости бетона после снятия состава КАЛЬМАТРОН. Во всех случаях, где наносился КАЛЬМАТРОН, водонепроницаемость бетона существенно выросла – минимум на две ступени без существенного нарастания прочности. В некоторых случаях при невысокой водонепроницаемости КАЛЬМАТРОН ≤ W8 водонепроницаемость бетона, покрытого им, была выше, что указывает на действие химически активной части состава КАЛЬМАТРОН. Вскрытие поверхностного слоя бетона на этих участках подтвердило наличие в теле обделки кристаллов солей КАЛЬМАТРОН, проросших в поры и микротрещины. Можно заключить, что это и обусловливает повышение воздухо- и водонепроницаемости бетона.
В течение 2003-2004 годов ООО «КАЛЬМАТРОН - СТРОЙ» выполнял гидроизоляционные работы с применением состава КАЛЬМАТРОН при строительстве Тарманчуканского железнодорожного тоннеля на Дальневосточной железной дороге. Монолитная бетонная обделка двухпутного тоннеля длиной около 2 км возведена при помощи скользящей опалубки. Поверхность обделки гладкая, бетон хорошо провибрирован, плотный, однако на отдельных участках тоннеля в пределах заходки бетонирования встречаются горизонтальные и наклонные холодные швы. Между заходками бетонирования практически на всем протяжении тоннеля поперечные холодные и деформационные швы обводнены. Кроме этого, свод и стены тоннеля были покрыты пленкой воды, поступающей через тело обделки по трещинам и порам.
Работы по нанесению КАЛЬМАТРОНА в своде велись с передвижных двухъярусных подмостей. Стены тоннеля покрывались с основания тоннеля.
После твердения КАЛЬМАТРОНА через 5-7 суток слабые течи, в основном, локализовались, а более активные, снизив дебит, оставляли на поверхности обделки влажные потеки.

Для их устранения производилось вскрытие покрытия в месте локального выхода воды, при необходимости забуривался шпур, в который вставлялась водоотводная трубка, а вокруг восстанавливалось покрытие. После кольматации микротрещин и пор в бетоне вокруг шпура трубка извлекалась, шпур тампонировался паклей, пропитанной КАЛЬМАТРОНОМ, а в устье чеканился чистым составом КАЛЬМАТРОН.
Выполненные гидроизоляционные работы позволили эффективно осушить тоннельную обделку и обеспечить пуск тоннеля в эксплуатацию в установленные сроки.

Граница участков без покрытия и с покрытием составом КАЛЬМАТРОН
До начала 21 века в России при строительстве железнодорожных и автодорожных тоннелей с обделками из бетона и железобетона гидроизоляция не предусматривалась. В связи с этим длительная эксплуатация транспортных сооружений в неблагоприятных условиях агрессивного воздействия воды и природно-климатических факторов обусловливают значительное снижение технического состояния конструкций, их безопасности и долговечности.
Имеющийся опыт применения материала проникающего действия КАЛЬМАТРОН позволяет рекомендовать его для улучшения технического состояния конструкций, устройства гидроизоляции, повышения водонепроницаемости и морозостойкости бетона обделок подземных транспортных сооружений. Это, в свою очередь, обеспечивает решение актуальной задачи продления срок службы ответственных сооружений и безопасного пропуска по ним транспортных средств с установленными скоростями.

ВЫВОДЫ

1. Опыт применения состава КАЛЬМАТРОН при осушении обводненных бетонных обделок железнодорожных тоннелей указывает на его высокую эффективность в зоне негативного давления воды, что особенно важно при текущем и капитальном ремонте сооружений, когда устройство гидроизоляционных мембран по наружному контуру обделки невозможно.
2. Нанесение гидроизолирующего слоя КАЛЬМАТРОН 1,5-3,0 мм позволяет повысить водонепроницаемость бетона минимум на 2-3 ступени, а по результатам натурных исследований водонепроницаемость гидроизолированных конструкций достигает W16-W18.
3. За счет пенетрирующих свойств состава КАЛЬМАТРОН поверхностный слой защищаемой бетонной конструкции уплотняется, микротрещины и поры кольматируются, что способствует повышению морозостойкости, поверхностной прочности бетона и устойчивости к агрессивному воздействию внешней среды.

Гурский В.А., кандидат технических наук, старший научный сотрудник, СибГУПС

ООО "КАЛЬМАТРОН-Н"