Штукатурная гидроизоляция (асфальтовая или цементно-песчаная) представляет собой многослойное покрытие из растворов, содержащих наполнители и заполнители, наносится толщиной от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров (6  — 50 мм). Составы имеют меньшую подвижность, чем в окрасочной гидроизоляции. Надежность работы штукатурной гидроизоляции зависит от жесткости защищаемой конструкции, поэтому штукатурную гидроизоляцию необходимо применять на поверхностях жестких конструкций, не подвергающихся деформациям (прекратившиеся осадки) и вибрациям любого происхождения.

По составу исходных материалов различают следующие виды штукатурной гидроизоляции: на основе неорганических и органических вяжущих.

На основе неорганических вяжущих

Цементные (срок службы, что и защищаемых конструкций) наносятся двумя способами: торкретированием и оштукатуриванием.

Из торкрет-бетона или пневмобетона на основе водонепроницаемых расширяющихся цементов (ВРЦ) и водонепроницаемых безусадочных цементов (ВВЦ) слоем толщиной 35 мм на мокрую поверхность. Торкретирование выполняют цемент-пушкой двумя способами: сухим и мокрым. При сухом способе смесь подается по резиновому рукаву и на выходе из сопла соединяется с водой, подаваемой под давлением по отдельному шлангу. Допустимый напор до 20 м. Выполняется торкрет в два-три намета общей толщиной 25 — 30 мм. Торкрет применяется для антифильтрационной защиты монолитных сооружений с расчетным раскрытием трещин менее 0,05 мм. При мокром торкретировании раствор во взвешенном состоянии подается по шлангу и через сопло наносится на поверхность, распыляясь сжатым воздухом, который поступает по отдельному шлангу. Уход за цементно-песчаным покрытием (1:1 до 2:1) состоит в его увлажнении, которое проводят через 12 ч после укладки 2 — 3 раза в сутки в течение 12 — 15 дней; при водонепроницаемом безусадочном цементе — через 2 ч после укладки, а затем через каждые 3 ч в течение суток. Применяется для защиты ограждающих конструкций из монолитного бетона или сборно-монолитного при воздействии гидростатического напора, особенно в подземных резервуарах. Процесс торкретирования заключается в нанесении на защищаемую поверхность с помощью торкрет-установки (под давлением сжатого воздуха) слоя цементного раствора — торкрета или бетонной смеси (набрызг бетона) на участки полосой 40 — 50 см и толщиной 5 — 10 мм. Для гидроизоляции применяют портландцемент и безусадочный цемент. Для гидроизоляции швов сборных конструкций метрополитена используется БУС, состоящий из смеси портландцемента, глиноземистого и гипсоглиноземистого цементов.

Из цементно-песчаных растворов с уплотняющими добавками. Штукатурную цементную гидроизоляцию следует выполнять в виде покрытия из цементно-песчаного раствора состава цемент: песок 1:1 или 1:2, наносимого механизированным (торкретирование) или ручным способом. В России в качестве уплотняющих добавок используют хлорное железо (ГОСТ 11159-85), алюминат натрия, азотнокислый кальций (ГОСТ 4142-86), битумные пасты и эмульсии, цементно-латексные покрытия, полимерцементные растворы. Применяют водонепроницаемые расширяющиеся цементы (ВРЦ) на основе глиноземистого цемента и расширяющегося компонента; водонепроницаемые безусадочные цементы (ВБЦ) на основе глиноземистого цемента, извести и гипса или портландцемент с уплотняющими добавками, которые наносят на смоченную водой поверхность. Каждый последующий слой должен наноситься не позднее, чем через 30 мин (при применении ВРЦ, ВБЦ или не более чем через сутки при применении портландцемента с уплотняющими добавками) после отвердения предыдущего слоя. Цементная гидроизоляция в течение двух суток после нанесения (1 ч при применении ВРЦ, ВБЦ) должна быть защищена от механических воздействий. Увлажнение изоляции во время твердения должно осуществляться распылением воды без напора при использовании составов: ВРЦ, ВБЦ через 1 ч после нанесения и через каждые 3 ч в течение суток; портландцемента с уплотняющими добавками через 8 — 12 ч после нанесения, а затем 2 — 3 раза в сутки в течение 14 дней.

При схватывании и твердении большинства известных цементов происходит уменьшение объема тела гидратируемого вяжущего. Для того чтобы уяснить причины и условия усадки цементного камня, рассмотрим процесс твердения цемента, затворенного на оптимальном количестве воды.

Рис. 1. Структура твердеющего цементного камня: Ц — частицы клинкера, еще не до конца гидротированные, в момент, когда объем этих частиц значительно уменьшился по отношению к начальному объему, показанному пунктиром	Рис. 2. Капиллярные каналы А в зонах между коллоидными частицами новообразования гидратированного цемента

Структура цемента в процессе твердения приведена на рис. 1. Частицы Ц окружены диффузным слоем чистой воды (свободным от растворимых солей). Через этот слой в процессе растворения непрерывно выбрасываются гидратированные ионы и молекулы клинкерных солей, которые переходят в область твердеющего цементного камня и оседают на ближайшем из растущих кристаллических новообразований последнего.

Кристаллы новообразований, которые расположены дальше от частицы Ц клинкера, вскоре перестают расти вследствие недостаточного притока новых ионов. Эти кристаллы образуют как бы поверхностный слой цементного камня, выполняющий функцию защитной корки вокруг продолжающих гидратироваться зерен клинкера; корка прорезана весьма тонкими капиллярными каналами (рис. 2).

Кристаллы новообразований связаны между собой водой кольцевых контактов, которая осуществляет весьма интенсивное капиллярное сжатие частиц. Вследствие малых размеров отдельных кристаллов это сжатие очень велико. Оно еще больше увеличивается постоянно действующим отсасывающим осмотическим давлением диффузной зоны вокруг гидратируемых зерен клинкера.

Нужно иметь в виду, что в процессе схватывания и твердения цемента общий объем реагирующих веществ уменьшается, так как молекулы воды, входящие в состав гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, расположены значительно плотнее, чем в свободном состоянии. Поэтому начальный объем цементного теста, равный Ц + В + в, в процессе гидратации уменьшается до Ц-Цг+(Цг+Вг)К+В-Вг+в, где Цг — объем цемента, гидратированного к рассматриваемому моменту; Вг — вода гидратации этого цемента; в — воздух; К — коэффициент, меньший 1, характеризующий увеличение удельного веса новообразований по отношению к среднему удельному весу образовавших их материалов.

Таким образом, процесс схватывания, а затем твердения цемента, сопровождается непрекращающимся сжатием зерен новообразований, создающим общее уменьшение объема цементного камня. Это уменьшение объема называется усадкой бетона и может происходить по двум совершенно различным причинам:

• из-за уменьшения действительного объема новообразований по сравнению с исходными материалами (химическая усадка) - проявляется особенно сильно в первые дни;
• из-за уменьшения объема цементного камня вследствие потери влаги в атмосферу и капиллярного сжатия частиц новообразований в результате отсоса (физическая усадка) — в течение нескольких месяцев.

Итак, усадка бетона является непосредственным следствием самого процесса схватывания и твердения бетона. Однако размеры физической усадки существенно зависят от влажностных условий среды, в которой протекает твердение бетона. Среда не меняет процесса нормальной усадки, если ее влажность находится в постоянном равновесии с жидкостью, имеющейся в цементном камне; это равновесие регулируется формой свободной поверхности жидкости, т.е. ее кривизной в порах новообразований.

Из вышесказанного следует, что изменение размеров кольцевого контакта вследствие отсоса воды в диффузный слой и сжатия зерен цементного камня капиллярными силами происходит непрерывно; следовательно, также непрерывно увеличивается среднее значение кривизны поверхности жидкости в порах системы.

Если в какой-то начальный момент влажность среды и содержание воды в цементном камне определялись состоянием равновесия, то в следующие моменты равновесие нарушается и должна происходить конденсация влаги, что задерживает увеличение капиллярного сжатия частиц и тем самым уменьшает размеры усадки. Если приток влаги из воздуха среды обеспечен, то может иметь место непрерывная и при этом полная компенсация усадочного сжатия. При хранении образцов твердеющего бетона в воде неограниченный приток воды может компенсировать усадку и даже вызвать разбухание, но при этом увеличатся размеры пор и каналов системы (которые заполнятся водой). При помещении образцов в среду с малой влажностью бетон быстро отдаст воду и получит еще большую усадку. Если же с момента схватывания образцы помещены в среду с малой влажностью, то бетон будет отдавать влагу тем энергичнее, чем крупнее поры новообразований, тем самым будет интенсивная усадка из-за капиллярного сжатия, а не из-за интенсивного образования цементного камня. Одним из первых порошков, добавляемых к цементному раствору, был импортный порошок «Эмбако». Он представляет собой содержащий металл порошок, добавляемый к цементному раствору в количестве до 30%. Такая смесь быстро схватывается и твердеет, обнаруживает высокую прочность и не дает при увлажнении усадки.

В результате исследований, проведенных под руководством В.В. Михайлова, был получен новый вид вяжущего, обнаруживающий после затворения интенсивное самоуплотнение и расширение, вследствие чего цементный камень в бетоне приобретает свойства водонепроницаемости.

К новому водонепроницаемому расширяющемуся цементу было предъявлено требование, чтобы он содержал два компонента, соединенных друг с другом в виде механической смеси порошков. Один из компонентов должен обладать свойством схватываться, твердеть и значительно расширяться. Другой компонент своим твердением должен закреплять расширенную структуру.

Тщательные поиски материалов, отвечающих выдвинутым требованиям, показали, что наиболее подходящим веществом, обещающим дать (при известных условиях) в процессе своего образования полезное и эффективное расширение, является сульфоалюминат кальция 3CaOAI2О33CaS0432H2О, который называют «цементной бациллой», так как он расширяется при своем образовании и является причиной растрескивания и разрушения бетона при воздействии на него сульфатных вод.

После целого ряда проб был выбран и отрегулирован следующий состав расширяющегося цемента:

• компонент (расширяющийся) — механическая смесь порошков полуводного гипса и четырехкальциевого гидроалюмината;
• компонент — нормальный цемент (может быть силикатный цемент или глиноземистый цемент-алюминатный). Однако предпочтение надо отдать глиноземистому цементу, поскольку он обладает рядом свойств, обеспечивающих получение действительно высококачественного водонепроницаемого расширяющегося цемента. Добавка извести во много раз ускоряет процесс гидратации глиноземистого цемента.

Количество поглощенной и удержанной воды для наших глиноземистых цементов может быть принято (после прогрева в автоклаве в течение 8 ч) в размере 30% суммарной массы затворенного цемента и извести.

В 1944 г. француз Лоссье опубликовал состав расширяющегося цемента, который состоит из тесной механической смеси трех компонентов:

• силикатного цемента, составляющего основу расширяющегося цемента;
• сульфоалюминатного цемента, являющегося расширяющимся компонентом и изготовляющегося «мокрым способом»;
• стабилизатора, вступающего в действие через определенное время после затворения цемента и останавливающего расширение путем реагента расширения, т.е. гипса; в качестве стабилизатора рекомендуется применять шлак.

В смеси этих двух цементов в присутствии воды выделяется четырехкальциевый гидроалюминат, который под действием гипса в растворе приводит к образованию сульфоалюмината кальция; последний разбухает тонким порошком в соответствии с принципом Лешателье (поскольку происходит реакция растворенного тела с твердым телом). Силикаты кальция постепенно гидратируются с выделением освобождающейся извести, которая образует новые объемы четырехкальциевого гидроалюмината, производя новое расширение. Процесс расширения идет до полного исчерпания свободного гипса в растворе.

Свойства расширяющегося цемента на основе силикатного цемента близки к свойствам цемента Лоссье. Однако источником расширения в нашем цементе является расширяющийся компонент, и потому необходимое расширение происходит в первые же дни твердения. В цементе Лоссье материалы расширения поставляются самим цементом, и потому для необходимого расширения требуется не менее 10 — 15 дней; при этом использование шлака как стабилизатора во избежание полного разрушения системы от чрезмерного расширения.

Водонепроницаемость цемента обусловливается самоуплотнением камня при его твердении в замкнутом пространстве за счет роста кристаллов сульфоалюмината кальция, образующегося в присутствии воды. Для трещин, фильтрующих воду, применяется ВРЦ. Технология следующая: трещины шириной до 10 мм превращают по всей длине в канавки глубиной 30 — 35 мм и шириной 12 — 15 мм, расширяющиеся во внутрь конструкции. Каверны превращают в лунки глубиной не менее 100 мм, направленные расширенной частью внутрь сооружения. Бетон промывается водой из шланга. Расширенные канавки послойно заполняют увлажненным цементом (при притоке воды для зачеканки первого слоя применяют сухой цемент) с помощью набивки или вручную, причем каждый уложенный слой толщиной 2 — 4 см немедленно уплотняется чеканкой и смачивается из пульверизатора. Промежуточные слои не заглаживаются. Послойное заполнение повторяют до полного заполнения канавки. Приток воды устраняют просверливанием отверстий диаметром 22 — 25 мм и установкой стальных трубок диаметром на 3 — 4 мм меньше размера просверленного отверстия. После окончания работ концы трубок отрезают, и трубка заполняется цементным тестом.

Гидроизоляторы на цементной основе: расход гидроизолирующей смеси «Гидро-S» 13,5 — 18 кг на 1 м2 при слое толщиной 3 см с применением минеральной расширяющейся добавки к цементам «ИР-1» для водонепроницаемых бетонов и растворов без дополнительной гидроизоляции. «Самозалечивающиеся» трещины имеют размеры менее 0,8 мм. В смесь могут вводиться пигменты и суперпластификаторы. Начало схватывания 6 мин, конец схватывания 8 мин, водонепроницаемость 0,8 — 1,2 МПа. Одна весовая часть «Гидpo-S» смешивается с 2 — 3 весовыми частями мытого песка, после перемешивания добавляется минимальное количество воды для жесткого раствора. На защищаемую поверхность состав наносят вручную, растворонасосами или торкретированием.

Если появились усадочные трещины на 2-3 день, то их необходимо затереть и зажелезнить. Состав смеси: «Гидро-S» (до 450-540 кг/м3), песок : цемент =1:1, 2 — 1,5 весовых частей; Ц 400-500 кг/м3 + «ИР-1» 100 кг/м3, вода для жесткой смеси; 7 мин перемешивать.

Гидроизолирующую смесь «Гидро-S II» (смесь цемента «Гидро-S I» и песка в соотношении 1:2) применяют для водонепроницаемых штукатурных растворов и бетонов. Для бетонов смесь смешивается со щебнем или гравием фракции 10-30 мм.

Фильтрация воды в конструкцию происходит: из-за низкой плотности материала конструкции; из-за невысокой прочности конструкций на изгиб (приводит к трещинам); из-за разрушения конструкций от агрессивных сред; из-за биокоррозии.

Из материалов на основе сухих гидротехнических цементных смесей с модификаторами (полимерами) и наполнителями. В отличие от рулонных и мастичных материалов, которые работают отдельно от защищаемой поверхности в силу несовместимости их реологических деформативно-прочностных свойств (при этом необходимо сушить защищаемую конструкцию, что невозможно при открытых течах), материалы проникающего действия проникают в капиллярно-пористую структуру материала защищаемой поверхности и заполняют микроскопические поры и пустоты кристаллогидратами и повышают водозащитные свойства конструкции.

Самый первый пенетрирующий материал «Vandex» был получен в 50-х годах в Дании фирмой «Vandex». Для поверхностной гидроизоляции с проникновением в материал между его крупными заполнителями (кольматацией) на глубину 2-3 мм (пенетрирующий эффект) применяют составы «Кальмафлекс» (Россия), «Акватрон-6» (Россия), «Кальматрон» (Россия), «Коралл» (Россия), «Гидротэкс» (Россия), «PENETRON» (США), «THORO» (США), «XYPEX» (США), «DISOM» (Испания), «DRIZORO» (Италия), «AQUFIN» (Германия), «Васкон» (Чехия), «Hidrotes» (Словения) «Асокрет», «Эскофлюат», «Эволит» и др., которые однородны бетону.

Однокомпонентный «Hidrotes 94» или двухкомпонентный «Hidrotes AN» на основе специального цемента, сухого акрила, тонкомолотого кварцевого песка и других добавок наносится кистью или шпателем в два слоя толщиной по 1 мм каждый; в зоне потенциальных деформаций (швы, стыки), а также для нагруженных конструкций, применяется двухкомпонентный эластичный материал «Hidrostop Elastic», состоящий из сухой полимерцементной смеси и жидкой силиконовой эмульсии. Российский состав «Гидротэкс В» для штукатурного нанесения (смесь высокомарочного портландцемента, просеянного кварцевого песка и модифицирующих добавок) высушивает стены, не рекомендуется наносить на известковую штукатурку, 1 мм перекрывает при слое 2 мм; имеет прочность при сжатии 50 МПа, применяется для защиты от солей и нефтепродуктов. Быстротвердеющий «Гидротекс Б» ликвидирует протечки со сроками схватывания от 30 с до 5 мин. «Гидрокит» и «Гидрозат» (пломба) — отличаются быстрым схватыванием 4-30 мин. Принцип действия основан на проникновении под воздействием процесса осмоса (в первом приближении - разница концентраций) в капиллярные поры бетона и заполнении их труднорастворимыми кристаллами в процессе взаимодействия с цементным камнем. Образуются нерастворимые нитевидные кристаллы, заполняющие (кольматирующие) микротрещины, поры и капилляры бетона. Технология заключается в очистке от грязи, жира растворителем или 10 — 30%-ным раствором соляной кислоты HCI, очистке легкоудаляемых включений, очистке арматуры, промывке водой до удаления остатков очистки и увлажняют, открыть капиллярные поры, затворить водой смесь и нанести на поверхность слой толщиной 1 — 4 мм (2,2-3,2 кг/м2). Для бетона плотностью менее 2200 кг/м3 глубина проникновения не менее 150 мм, а бетонов с плотностью более 2400 кг/м3 — 5 — 28 мм. У «Vacson» глубина проникновения достигает 10 см и более. Нанесенная смесь препятствует вымыванию активных веществ. «Кальматрон» обусловливает эффект «самозалечивания» с помощью эстафетного характера протекания химической реакции. Наносится шпателем, кистью, штукатурным агрегатом с помощью пистолета или удочки слоем 2 — 4 мм. «Пенетрон» применяют для гидроизоляции бетона, материал капиллярного действия, используется как со стороны давления воды, так и с противоположной, обеспечивающий водонепроницаемость. Состоит из портландцемента, кварцевого песка и др. Реакция компонентов «Пенетрона» со свободным кальцием бетона дает водонепроницаемость, образуются нерастворимые кристаллы, которые заполняют трещины и капилляры. При отсутствии воды «Пенетрон» бездействует, сохраняя свой потенциал. Растущие кристаллы доходят до 90 см от места нанесения «Пенетрона», эти кристаллы не пропускают воду, но проводят воздух (бетон «дышит»). Защищает конструкцию от агрессивных грунтовых вод, карбонатов, хлоридов, сульфатов, нитратов как с внешней, так и с внутренней стороны давления воды.

Поверхность конструкции тщательно очищается от загрязнений до здорового бетона для раскрытия капилляров и микротрещин, далее она очищается от пыли и увлажняется. Трещины более 0,25 мм расширяют в виде «ласточкина хвоста» и заделывают цементно-песчаным раствором с добавлением 1 — 3% герметика. Поверхность грунтуют, наносят не оставляющей волосков кистью.

«Пенетрат» швейцарской фирмы «Bauplus» представляет собой смесь портландцемента, чистого мелкого кварцевого песка и добавок в виде порошка. Период полного твердения составляет 3-6 недель при температуре нанесения не менее +50°С. Состав, смешанный с водой, тремя слоями наносится на внутреннюю поверхность стен из бетона, камня, кирпича. Эти основания должны быть очищены и промыты. Расход компонентов следующий на 1 м2: цемент марки 350 и больше 4 кг; кварцевый песок фракции 0,3 — 1 мм — 1,6 кг; «Пенетрат» — 0,16 кг. «Пенетрат» проходит на глубину до 15 см и перекрывает все поры и капилляры, выдерживает давление до 7 атм. Для санации трещин и швов применяется раствор «Пеневит».

«Акватрон-6» или аналогичные герметики, после выдержки 5 — 10 мин шпателем, кистью, торкретированием наносят основной состав герметика. Второй слой наносят через 5 — 6 ч с предварительным увлажнением поверхности за 5 — 10 мин до нанесения. При этом выполняют втирающие движения, противоположные первому нанесению. В процессе твердения необходимо защищать поверхность от высыхания, воздействия ветра и солнца. Свежеобработанную поверхность увлажняют каждые 12 ч в течение 5 суток или укрывают полиэтиленовой пленкой, опилками и др. Обратная засыпка грунтом допускается через трое суток.

«Акватрон-8» — бронирующий состав из смеси глиноземистого цемента, специально подготовленного гидроалюмината кальция, гипса и активирующих добавок. Применяется для зачеканки течей