Рекомендации по применению высокомолекулярных соединений в борьбе с морозным выпучиванием фундаментов

1.1. Настоящие рекомендации распространяются на проектирование и устройство фундаментов зданий и сооружений, возводимых на пучинистых грунтах в районах распространения вечномерзлых грунтов и глубокого сезонного промерзания.

1.2. Рекомендации составлены в развитие пп.3.13, 5.15-5.21 главы СНиП II-Б.6-66 "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования". В Рекомендациях рассматриваются мероприятия по уменьшению воздействия морозного пучения грунта на фундаменты зданий и сооружений, заключающиеся в обработке поверхности фундаментов в пределах слоя сезонного промерзания высокомолекулярными соединениями в целях уменьшения сил смерзания пучащегося грунта с фундаментом.

1.3. Под морозным пучением грунта понимается увеличение объема грунта вследствие его промерзания (кристаллизации находящейся в грунте воды).

1.4. Под морозным выпучиванием фундаментов понимается смещение (главным образом, вертикальное) фундаментов, вызванное морозным пучением окружающего их грунта. Морозное выпучивание фундаментов обусловлено примерзанием к ним грунта и увеличением его объема при переходе воды в лед.

1.5. Практически морозное выпучивание фундаментов может происходить лишь при следующих условиях:

1. а) если окружающий фундамент грунт является глинистым (или мелким и пылеватым песчаным грунтом, или крупнообломочным, содержащим частицы размером менее 0,1 мм в количестве 30% по весу и более);

2. б) если влажность грунта перед его промерзанием больше влажности на границе раскатывания;

3. в) если силы, удерживающие фундамент от выпучивания, меньше сил морозного выпучивания.

1.6. Под силами выпучивания фундаментов понимается механическое воздействие промерзающего грунта на фундамент, которое испытывает последний вследствие пучения грунта. Эти силы по направлению их к поверхности фундамента разделяются на касательные и нормальные.

1.7. Под касательными силами выпучивания понимается механическое воздействие на фундамент, производимое промерзающим грунтом вдоль его боковой поверхности; под нормальными силами выпучивания - механическое воздействие промерзающего грунта нормально подошве фундамента или его боковой поверхности, или то и другое вместе.

Ниже рассматриваются лишь касательные силы, которые зависят главным образом от сил смерзания грунта с фундаментом. Касательные силы возникают в процессе смещения грунта вдоль боковой поверхности фундамента.

1.8. Под силами смерзания грунта с фундаментом понимаются силы сцепления мерзлого грунта с поверхностью фундамента.

1.9. Силы смерзания грунта с фундаментом зависят от многих факторов. Так, например, физико-химические свойства поверхности фундамента, шероховатость поверхности, гранулометрический и минералогический состав грунта, состав поглощенных катионов, засоленность грунта, степень его увлажнения, строение грунта, скорость промерзания грунта, его температура, направление теплового потока и др. физико-химические свойства поверхности являются важнейшим фактором.

В Рекомендациях рассматриваются лишь физико-химические свойства поверхности фундамента (п.2.1).

2.1. С целью уменьшения сил смерзания грунта с фундаментом рекомендуется поверхность фундамента, находящуюся в слое сезонного промерзания - протаивания, покрывать полимерной пленкой одним из следующих высокомолекулярных соединений: эпоксидно-полиэфирным компаундом К-ПП; эпоксидно-полиэфирным компаундом К-ЭПЭ; эпоксидно-полиамидным компаундом К-ЭПА.

Эпоксидные компаунды представляют собой двух- или многокомпонентные системы, в которых эпоксидная смола и отвердитель являются постоянными составляющими.

2.2. Компаунд К-ПП (компаунд против пучения) представляет собой эпоксидно-полиэфирную смесь, отвержденную полиэтиленполиамином.

В состав К-ПП входят следующие вещества:

ЭД-5   - 100 вес. ч.;

ТГМ-3 - 25     "     "

ПЭПА    15    "     ".

ЭД-5 - эпоксидная смола (ГОСТ 10587-63), ТГМ-3 - полиэфиракрилат (ТУ МХП БУ-1756), ПЭПА - полиэтиленполиамин (СТУ 49-2529-62).

Эпоксидная смола является основной составной частью компаунда. Полиэфиракрилат играет роль пластификатора, уменьшающего хрупкость и повышающего морозостойкость смолы.

Отверждение эпоксидно-полиэфирной смеси производится полиэтиленполиамином при комнатной температуре в течение суток, а при температуре 60-80 °С 2-3 ч. После отверждения образуется однородная гладкая пленка, которая прочно склеивается с поверхностью бетона, дерева, стали. Пленка К-ПП не набухает и не разрушается в воде, прочная на механическое истирание, не трескается на морозе до температуры -50 °С, стойка ко всем атмосферным агентам, долговечна.

Согласно полевым опытам, проведенным в г.Игарке на мерзлотной станции Академии наук СССР, пленка К-ПП, нанесенная на поверхность железобетонных фундаментов, уменьшает касательные силы морозного выпучивания от 4 до 8 раз в зависимости от формы фундамента.

2.3. Эпоксидно-полиэфирный компаунд К-ЭПЭ представляет собой четырехкомпонентную смесь, отвержденную полиэтиленполиамином.

В состав К-ЭПЭ входят следующие вещества: эпоксидная смола ЭД-6 (ГОСТ 10587-63) в качестве основы, полиэфиракрилат МГФ-9 (ТУ МХП N БУ-1756) - сополимеризатор и пластификатор; порошок кокса или графита, или портландцемент марки 400-500 - наполнитель; полиэтиленполиамин - отвердитель.

В весовых частях К-ЭПЭ включает:

ЭД-6   - 100 вес. ч.;

МГФ-9 - 43     "     ".

Кокс или графит, или портландцемент - 43 вес. ч., ПЭПА - 14 вес. ч.

Отверждение К-ЭПЭ проводится при комнатной температуре одни сутки с последующей выдержкой на воздухе в течение 10 дней при температуре не ниже 10 °С. После отверждения полимерная пленка имеет гладкую поверхность, высокую адгезионную прочность к поверхности сухого бетона, стали и дерева.

Полимерная пленка К-ЭПЭ через 10 дней после отверждения не набухает и не отслаивается в воде, имеет высокую стойкость к действию кислот, щелочей, обладает большой прочностью на механическое истирание, не растрескивается на морозе до температуры -50 °С. Она долговечна.

Пленка снижает силы морозного выпучивания фундамента в 3 раза.

2.4. Эпоксидно-полиамидный компаунд К-ЭПА представляет собой трехкомпонентную смесь, отвержденную низкомолекулярным полиамидом марки Л-19.

В состав К-ЭПА входят следующие вещества: эпоксидная смола ЭД-5 - основа; низкомолекулярный полиамид Л-19 (ВТУ N П-299-64) - пластификатор и отвердитель; ацетон - разбавитель; портландцемент марки 400 - наполнитель.

В весовых частях К-ЭПА включает:

ЭД-5                                      - 100 вес. ч.;

Л-19                                       - 66     "     ";

портландцемент марки 400 - 83 вес. ч.;

ацетон - 85 вес. ч. (по мере необходимости).

Отверждение К-ЭПА проводится при комнатной температуре в течение суток с последующей подсушкой при температуре 50-60 °С 2-3 ч.

Отвержденная полимерная пленка имеет гладкую блестящую поверхность, прочно склеивается с поверхностью бетона, стали, дерева, керамики. Пленка не набухает и не разрушается в воде, является водонепроницаемой, стойкой к действию грунтовых растворов, кислот и щелочей. Она долговечна, устойчива к воздействию атмосферных осадков, имеет большую прочность на истирание, морозостойка до температуры от -50 до -60 °С.

Пленка К-ЭПА снижает силы морозного выпучивания фундаментов в 2,5 раза.

2.5. Согласно СНиП II-Б.6-66 фундаменты на действие сил выпучивания рассчитываются по формуле

,                                                      (1)

            
где - произведение коэффициентов однородности и условий работы грунта; =0,9;

означает:

1. а) при использовании грунтов оснований в мерзлом состоянии (по принципу I) - нормативное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие смерзания его с вечномерзлым грунтом, в кг;

2. б) при использовании грунтов оснований в оттаивающем и оттаявшем состоянии (по принципу II), а также в естественном талом состоянии нормативное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания вследствие трения его о грунт ;

   - коэффициент перегрузки сил пучения, принимаемый равным 1,2, если сезонномерзлый слой сливается с вечномерзлым грунтом, и 1,4, если он не сливается;

   - коэффициент перегрузки постоянной нагрузки, действующей на фундамент, принимаемый равным 0,9;

   - нормативное значение касательных сил выпучивания в кг/см, принимаемое на основании опытных данных; при отсутствии опытных данных допускается принимать равным 0,8 кг/см для районов с температурой грунтов на глубине 10 м - 3 °С и выше и равным 0,6 кг/см для районов с температурой грунтов (на той же глубине) ниже -3 °С;

   - площадь боковой поверхности части фундамента, находящейся в пределах сезонномерзлого слоя, в см;

   - нормативное значение постоянной нагрузки, включая вес фундамента и грунта, лежащего на его уступках, в кг.

Расчет фундаментов, покрытых полимерной пленкой, на действие сил выпучивания производится по формуле (1) с тем лишь условием, что принимается на основании опытных данных и умножается на коэффициент (коэффициент понижения сил выпучивания), равный 0,4 для фундаментов, имеющих форму призмовидную или цилиндрическую, и 0,2 - для трапециевидных фундаментов, но в первом случае произведение не должно быть меньше 0,4 кг/см, во втором - 0,3 кг/см. При отсутствии опытных данных произведение принимается равным 0,4 кг/см для призмовидных и цилиндрических и 0,3 кг/см - для трапециевидных.

В этом случае формула (1) примет следующий вид:

.                                                  (2)

2.6. Выбор того или иного рецепта должен исходить из наличия реактивов.

3.1. Технология нанесения компаундов на поверхность фундаментов включает следующие операции:

• подготовку поверхности фундамента; вспомогательные операции; приготовление компаундов; нанесение компаундов на поверхность фундамента; отверждение компаундов.

Подготовка поверхности фундамента

3.2. Поверхность фундамента перед нанесением компаундов очищается от грязи, от маслянистых наслоений с помощью ацетона или другого растворителя.

При наличии на поверхности фундамента трещин, раковин, крупных пор или других поврежденных участков необходимо выровнить поверхность шпаклевкой, которая может быть следующего состава:

Вспомогательные операции

3.3. К вспомогательным операциям относятся: прогрев смолы марки ЭД-6 при температуре 30-35 °С с целью уменьшения ее вязкости; прогрев порошковых наполнителей с целью удаления из них влаги; введение растворителя (ацетона) в случае повышенной вязкости эпоксидной смолы и плохой растекаемости компаунда при нанесении на фундамент, а также в случае необходимости замедления процесса отверждения компаунда в целом.

Необходимым оборудованием являются: технические весы с разновесами от 1 до 10 кг в зависимости от количества взвешиваемой рабочей порции компаунда; мерная посуда, мензурки, цилиндры и стаканы для розлива жидких веществ, как, например, пластификаторов, разбавителей, отвердителя и растворителя.

Кроме того, необходима электроплитка, шпатели и кисти, металлическая или эмалированная посуда для приготовления компаунда, резиновые перчатки, фартук, ацетон.

Приготовление рабочих компаундов

3.4. Приготовление эпоксидных компаундов, как и нанесение их на фундамент, производится в помещении при комнатной температуре (в холодное время года) или на открытом воздухе (в летний период).

Эпоксидные компаунды составляются в следующей последовательности: смола - пластификатор - наполнитель - отвердитель. После введения каждого компонента смесь тщательно перемешивается.

Количество рабочей порции компаунда готовится из расчета ее использования в течение 1-1,5 ч, так как спустя этот срок компаунд начинает быстро твердеть.

3.5. Приготовление К-ПП. В чистую вывешенную тару (ведро, бачок) наливают рассчитанное количество эпоксидной смолы ЭД-5, к которой прибавляют пластификатор - полиэфиракрилат ТГМ-3 (из расчета 25 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы). Смесь тщательно перемешивают до полной однородности состава.

Отвердитель ПЭПА следует добавлять лишь непосредственно перед нанесением компаунда на бетонную поверхность. Отвердитель ПЭПА добавляют из расчета 15 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы.

После добавления отвердителя компаунд снова тщательно перемешивают, и он готов к употреблению.

3.6. Приготовление К-ЭПЭ. Компаунд К-ЭПЭ готовится следующим образом: отвешивают нужное количество эпоксидной смолы марки ЭД-6, предварительно подогретой до температуры 30-35 °С, к ней прибавляют по весу пластификатор - полиэфиракрилат МГФ 9 из расчета 43 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы и хорошо перемешивают. Затем в смесь вводится один из наполнителей: порошок кокса или графита, или портландцемент марки 400-500 из расчета 43 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы. Введенный наполнитель хорошо перемешивают до полного его смачивания.

Перед нанесением компаунда на поверхность фундамента в смесь прибавляют отвердитель - полиэтилен-полиамин (ПЭПА) из расчета 14 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы и тщательно перемешивают, затем оставляют стоять 5 мин, после чего он готов для работы.

3.7. Приготовление К-ЭПА. Компаунд К-ЭПА готовится в следующей последовательности: в чистую вывешенную посуду наливают нужное количество эпоксидной смолы ЭД-5, к которой прибавляют низкомолекулярный полиамид Л-19 из расчета 66 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы. Состав тщательно перемешивают. После этого вводят наполнитель - портландцемент в два приема при перемешивании в течение 3-5 мин до получения однородного состава. Количество наполнителя берется из расчета 83-85 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы. Ацетон из расчета 25 вес. ч. на 100 вес. ч. смолы вводится в случае необходимости уменьшения вязкости рабочего компаунда при нанесении его на фундамент.

Способ нанесения компаундов на поверхность фундаментов

3.8. Компаунд К-ПП наносится на поверхность фундамента в два слоя с помощью плоской или круглой кисти, обеспечивающей равномерное наложение состава по всей поверхности. Кисть предварительно смачивают в приготовленном компаунде и отжимают. Взятую порцию состава растирают быстрыми движениями вдоль фундамента. Второй слой наносится после подсыхания первого. Расход компаунда составляет 200 г/м на каждый слой. Толщина пленки не превышает долей миллиметра.

3.9. Компаунд К-ЭПЭ растирается на поверхности фундамента малярным валиком или металлическим широким шпателем, а затем выравнивается резиновым шпателем. Покрытие производится в один слой. Расход компаунда на 1 м поверхности фундамента составляет 400 г.

3.10. Компаунд К-ЭПА наносится на поверхность фундамента одним слоем толщиной 0,3-0,4 мм (примерно 400 г/м) с помощью малярной кисти. Кисть перед началом работы смачивают в приготовленном компаунде и отжимают. Взятую порцию смеси растирают равномерным слоем вдоль фундамента.

Отверждение компаундов

3.11. Отверждение компаунда К-ПП рекомендуется проводить в следующем режиме: (первый слой выдерживается на воздухе 2-5 ч при температуре не ниже 15 °С до образования твердой блестящей пленки; затем (наносится второй слой, отверждение которого при температуре не ниже 15 °С длится около суток или при температуре 60-80 °С 2-3 ч до образования твердой гладкой поверхности.

3.12. Отверждение компаунда К-ЭПЭ проводится сначала на воздухе при температуре не ниже 15 °С в течение суток, а затем выдерживание на воздухе при температуре не ниже 10 °С 5-6 суток.

3.13. Отверждение компаунда К-ЭПА происходит на воздухе при температуре не ниже 18 °С в течение суток с последующей термообработкой при температуре 70-80 °С около 6 ч.

4.1. В жидком виде эпоксидные компаунды токсичны. Большинство их является - интенсивными раздражителями и лакриматорами. Наиболее токсичная часть эпоксидных компаундов - отвердители. Пары и пыль отвердителей и компаундов действуют раздражающе на слизистые оболочки носа, горла и глаз, вызывая кашель, головокружение, припухлость лица, а также дерматиты. Длительный контакт с парами или пылью таких отвердителей, как полиэтиленполиамины, гексаметилендиамин и др. может привести к тяжелым поражениям. Твердые пленки компаундов не токсичны.

4.2. В целях предупреждения и уменьшения вредного действия эпоксидных компаундов и их компонентов на слизистые оболочки дыхательных путей, глаз и кожные покровы рук, лица и тела можно рекомендовать следующие меры:

• все операции по приготовлению и применению эпоксидных компаундов производить в изолированном помещении, оборудованном вытяжной вентиляцией, или на открытом воздухе;

• все операции, связанные с введением отвердителей в нагретую смолу, их перемешиванием, производить в вытяжном шкафу, предохраняющем работающих от непосредственного контакта с парами, пылью или неотвержденными компаундами;

• в качестве емкостей для переноски на производственном участке небольших количеств жидкостей смолы или компаундов применять бумажные стаканы, которые после загрязнения их снаружи или после окончания работы сжигать;

• для уменьшения контакта лиц, работающих со смолами, отвердителями и компаундами, при уборке рабочие поверхности столов покрывать бумагой, которую после загрязнения удалять;

• при работе с эпоксидными смолами, отвердителями и компаундами пользоваться полиэтиленовыми перчатками на бязевой подкладке или резиновыми;

• поверхности стен, потолков, полов и оборудования, которые должны быть гладкими, систематически обмывать горячей мыльной водой или содовым раствором;

• в помещении, в котором ведутся работы с эпоксидными компаундами, установить раковину с подведенной к ней горячей и холодной водой;

• лицам, работающим с эпоксидными смолами, компаундами и их отвердителями, в течение рабочего дня периодически мыть руки и лицо теплой водой и вытираться мягкими бумажными салфетками или полотенцами разового употребления;

• брызги смолы, отвердителя или компаунда на кожу немедленно смывать марлевым тампоном, смоченным этилцеллозольвом или ацетоном, после чего пораженное место тщательно промывать теплой мыльной водой и затем осушить с помощью бумажных мягких салфеток или полотенца разового употребления;

• прием пищи, в том числе и спецмолока, на производственном участке категорически запретить;

• запретить вынос спецодежды для стирки ее на дому, а также выход в ней из производственных помещений;

• ограничить срок пользования спецодеждой семью днями;

• не допускать к работе с эпоксидными компаундами лиц, кожа которых обладает повышенной чувствительностью.