§ 2.3. Инъекционная и монтируемая гидроизоляция (ч. 2)
Горячая битумизация. Она заключается в инъекции в поры и трещины бетона горячего битума БНД 60/90 или БНД 40/60 при помощи специальных битумизационных поршневых насосов высокого давления (5—6 МПа); остывая, он делает их водонепроницаемыми. При движении по трещинам битум быстро остывает и его вязкое сопротивление течению резко возрастает (в 106—108 раз), что ограничивает возможность битумизации только трещинами крупнее 2 мм при расположении инъекционных скважин через 0,5—0,8 м. Поэтому горячая битумизация применяется лишь при интенсивном притоке воды либо ее высокой химической агрессивности в груботрещиноватой скале или бетонной конструкции, для инъекции за обделки тоннелей и шахтных стволов, а также для уплотнения деформационных швов и примыканий, для ликвидации интенсивных течей и мест сосредоточенных деформаций, где выгодно используется пластичность и водонепроницаемость битума.
При заполнении крупных пор и пустот надо учитывать термическую усадку битума (КЛРТ = 3·10–4 1/°С), инъектируя его многократно, опрессовывая закрепленный массив при постоянной циркуляции битума по обогреваемой скважине, причем в некоторых случаях опрессовку надо производить длительно — до 30 ч.
Расход битума на битумизацию массива бетона или грунта Q [л/мин] можно определить по эмпирической формуле А.И. Мирского:
,
(2.5)где q — удельное водопоглощение трещиноватой скалы или бетона.
Горячая битумизация весьма эффективна в вечномерзлых породах и промороженных сооружениях, что позволяет использовать этот способ на Севере; правда, в таких условиях применимость его ограничивается трещинами крупнее 3 мм при небольшой льдистости.
Работы с горячим битумом (до 200° С) при избыточном давлении (до 12 МПа) требуют строгого соблюдения мер предосторожности, специальных циркуляционных обогреваемых битумопроводов и битумных насосов, особых электроразогревателей для скважин, что намного усложняет и удорожает инъекционные работы.
Холодная битумизация. Этот способ заключается в инъекции через скважины в грунт или трещины скалы битумной эмульсии (битума, диспергированного в воде), которая коагулирует в трещинах или порах, причем освобождающаяся вода отжимается, а частицы битума тампонируют их, придавая грунту водонепроницаемость. Для битумизации используют особые инъекционные эмульсии, отличающиеся повышенной дисперсностью и устойчивостью (рис. 2.8); их приготавливают на менее вязких битумах БН 90/30 и БН 130/180 и растворах омыленных органических кислот (олеиновой и нафтеновой) или сульфокислотах, омыленном древесном дегте либо сульфитно-спиртовой барде (ССБ) и других анионоактивных эмульгаторах.
Инъекционные эмульсии приготавливают в гомогенизаторах и коллоидных мельницах путем диспергирования горячего битума в нагретом растворе эмульгатора с концентрацией 3—5 %. Для битумизации крупнотрещиноватой скалы и песчаных пород с коэффициентом фильтрации более 50 м/сут применяют концентрированные эмульсии с 50—60 % битума, а при меньшей проницаемости грунта их разбавляют водой и подогревают, что позволяет уплотнять трещины до 0,1 мм и грунты с коэффициентом фильтрации до 6 м/сут (табл. 2.17).
Таблица 2.17
Расход материалов на холодную битумизацию песчаных грунтов
| Вид грунта | Коэффициент фильтрации, м/сут | Степень битумизации, % | Расход разбавленной эмульсии | Расход 50 %-ной эмульсии, кг/м3 | |||
| концентрация, % | расход, кг/м3 | битума | эмульгатора | всего эмульсии | |||
| Мелкозернистый песок | 6—25 | 2 | 10 | 300 | 30 | 1,0 | 60 |
| Среднезернистый песок | 25—50 | 6 | 25 | 400 | 100 | 3,0 | 200 |
| Крупнозернистый песок | 50—100 | 9 | 40 | 375 | 150 | 4,5 | 300 |
| Гравийный аллювий | 100 | 12 | 50 | 400 | 200 | 6,0 | 400 |
Большим недостатком холодной битумизации является текучесть битума в трещинах под постоянным давлением воды, что может привести к прорыву битумизационной завесы. Однако такая опасность возникает лишь в южных районах и при высоких напорах. При напорах более 10 м в эмульсию добавляют цемент или латекс.
Смолизация. Она заключается в инъекции в поры или трещины грунта либо бетона сооружения жидких полимеров (реактопластов), которые, отверждаясь, придают водонепроницаемость и прочность грунту или бетону. В последние годы смолизация приобретает все более широкое распространение для инъекционной гидроизоляции сооружений или их ремонта; при этом используются три типа смол (см. рис. 2.7):
- 1) карбамидные (мочевиноформальдегидные) смолы, отверждаемые щавелевой или соляной кислотой в виде водных растворов, — смола МФ-17, крепитель М, карбамол, ММФ и МФ-7, с временем гелеобразования от 2 до 12 ч; применяются для песков;
- 2) фенолоформальдегидные смолы и фенолоспирты с добавкой щелочных отвердителей (соды, едкого натра и т.п.), что особенно удобно для уплотнения трещиноватого бетона и карбонатных известняков;
- 3) фурановые смолы (фурфурол, фуриловый спирт, ФРЭС), отверждаемые бензосульфокислотой в соотношении от 10:8 до 10:5, иногда с добавкой глины или суммарных сланцевых фенолов; служат в более ответственных случаях при трещинах и грунтах с kф = 0,3÷20 м/с; благодаря быстрому твердению используются при сильной фильтрации.
Пока смолизация еще дорога и трудоемка; например, при закреплении аллювиального грунта карбамидной смолой ее стоимость составила 81 руб/м3, а трудоемкость — 2,7 чел.-дн/м3.
На Плявиньской и Серебрянской ГЭС, в основании здания театра имени С.М. Кирова в Ленинграде путем смолизации были успешно ликвидированы протечки. Опыт показывает, что она особенно эффективна при мелкотрещиноватом бетоне или скале, когда необходима высокая степень уплотнения, при больших скоростях фильтрационного потока и т.п., но ее нельзя применять в промерзших сооружениях или вечномерзлых основаниях, так как при температуре ниже +10° С смолы полимеризуются весьма медленно. Следует также учитывать кислую реакцию отвердителей, вредность и пожароопасность компонентов, пониженную водоустойчивость некоторых смол.