Корпорация «ТемпСтройСистема»®, поставляющая полимерные материалы для гидроизоляции объектов транспортной инфраструктуры и выполняющая работы по гидроизоляции, на своем опыте знает, как важно обеспечить отличное сцепление гидроизоляции с дорожной одеждой с целью создания единой монолитной многослойной структуры, которая бы обладала высокой стойкостью к сдвигу асфальта по поверхности гидроизоляции. Именно вопрос сдвиговой стойкости является проблемным для многих видов полимерных гидроизоляционных систем в связи с тем, что поверхности полимерных покрытий являются гладкими и в условиях отсутствия специального сцепляющего слоя - скользкими, и поэтому асфальт имеет тенденцию к беспрепятственному сдвигу по поверхности гидроизоляции и, как следствие, ускоренному саморазрушению.
По заказу корпорации «ТемпСтройСистема»® на базе опытно-научной лаборатории владимирского завода «Химсинтез» при научной поддержке НИЦ «Мосты» ОАО ЦНИИС и РосДорНИИ в 2003г. была разработана однокомпонентная полиуретановая мастика «Рабберфлекс®-55», на основе которой создана многослойная система гидроизоляции. Главной задачей разработки системы было создание композиции, которая, как минимум, не уступает по характеристикам материалам известных европейских производителей, но проще и экономичнее в работе.
Ниже представлены основные характеристики гидроизоляционной системы «Рабберфлекс®-55».
| № п.п | Показатели | «Рабберфлекс®-55» |
| 1 | Водопоглощение за 24 ч. по массе, % | Не более 0,5 |
| 2 | Водонепроницаемость за 24 ч., МПа | 0,1 |
| 3 | Условная прочность при разрыве, МПа(кгс/см²) | 2,5(26) |
| 4 | Относительное удлинение при разрыве, % | 350 |
| 5 | Морозостойкость – гибкость без образования трещин на стержне d, мм/С | 10/-60 |
| 6 | Теплостойкость, °С | 230±5 |
| 7 | Устойчивость к жидким агрессивным средам | Устойчив в кислых, щелочных средах, растворах солей, нефтепродуктах |
| 8 | Среднее напряжение сдвига в системе бетон- гидроизоляция-асфальт, МПа(кгс/см²) | 0,86 (8,8) |
| 9 | Адгезия на отрыв от поверхности металла, МПа (кгс/см²) | >2 (20) |
| Адгезия на отрыв от поверхности бетона, МПа (кгс/см²) | >2,4 (25) |
По заказу корпорации «ТемпСтройСистема»® для экспериментальной проверки предельных сдвиговых усилий покрытия с уплотняемым асфальтобетоном на базе Испытательного центра АО ЦНИИС совместно с ЗАО «НП Институт «ИМИДИС» была проведена серия испытании системы гидроизоляции «Рабберфлекс®-55»
В основу экспериментальных исследований легла методика, описанная в работе профессора, д.т.н. Овчинникова И.Г. и др. «Проведение экспериментальных исследований по анализу влияния гидроизоляции и дорожной одежды различных типов на сопротивляемость дорожной одежды сдвиговым деформациям». По причине отсутствия стандартов, регламентирующих процедуру определения напряжений при сдвиге для полимерных гидроизоляционных покрытий, испытания экспериментальных образцов были проведены с применением требований, предъявляемых к рулонным битумно-полимерным гидроизоляциям по ГОСТ Р 55403-2013, ГОСТ 55397-2013, а также методики европейских стандартов (ETAG 033, ASTM D6153-97(2007).
Для первой серии испытаний были подготовлены образцы на металлических и бетонных подложках, имитирующие металлическую ортотропную плиту и железобетонное пролетное строение мостовых сооружений. На подложках были уложены: гидроизоляционная система « Рабберфлекс®-55» и литой асфальтобетон толщиной 40 мм, а также система «Рабберфлекс®-55» и уплотняемый асфальтобетон тип Б марка 1 толщиной 50 мм.
Рис. 1. Подготовка образцов для испытаний
Главной задачей было надежно склеить поверхность асфальта с верхней частью образца из бетона, не разрушая асфальтовый слой, соблюдая соосность всей установки и не создавая факторов, которые могут повлиять на истинные значения сдвиговых нагрузок. Склеивание образцов являлось самой сложной задачей, которая была решена благодаря специальному материалу отечественной разработки на основе полиметилметакрилата «Рабберфлекс ПММА
Грунт», который является одним из компонентов тонкослойной дорожной одежды для мостов «Рабберфлекс ПММА».
Испытания проводились в «Испытательном Центре Строительных Материалов и Продукции в строительстве» («ЦНИИС-ТЕСТ») под руководством заведующего лабораторией ОАО «ЦНИИС» к.т.н. Тарасова А.М. и к.т.н. Пряхина Д.В. с помощью гидравлического пресса с пошаговым увеличением нагрузки (шаг 500 кг). Результаты испытаний приведены в Таблице 1 и 2.
Таблица 1 – Результаты испытания на сдвиг гидроизоляционной системы "Рабберфлекс® - 55" + литой асфальтобетон на металлической подложке
| №Образ-ца | Площадь контакта гидроизоляции с асфальтом, см2 | Максимальная вертикальная нагрузка на образец, кгс | Деформация в плоскости сдвига, мм | Предельное напряжение сдвига, кгс/см2 | Среднее *) напряжение сдвига, кгс/см2 (МПа) |
| 1 | 443,5 | 4980 | 13,7 | 7,9 | 9,3 (0,91) |
| 2 | 444,2 | 5500 | 12,1 | 8,8 | |
| 3 | 451,5 | 4500 | 8,2 | 7,0 | |
| 4 | 451,3 | 6700 | 11,2 | 10,5 | |
| 5 | 446,3 | 6360 | 11,7 | 10,1 | |
| 6 | 455,6 | 3500 | 12,3 | 5,4 |
Среднее значение получено по 4-м наибольшим по сдвигу образцам в соответствии с аналогичными требованиями п.6 ГОСТ 10180-90
Таблица 2 – Результаты испытания на сдвиг гидроизоляционной системы "Рабберфлекс® - 55" + литой асфальтобетон на бетонной подложке
| № Образ-ца | Площадь контакта гидроизоляции с асфальтом, см2 | Максимальная вертикальная нагрузка на образец, кгс | Деформация в плоскости сдвига, мм | Предельное напряжение сдвига, кгс/см2 | Среднее *) напряжение сдвига, кгс/см2 (МПа) |
| 1 | 290 | 5400 | 9,3 | 13,2 | 14,0 (1,37) |
| 2 | 232 | 4900 | 9,2 | 14,9 | |
| 3 | 290 | 5760 | 8,1 | 14,0 | |
| 4 | 290 | 5340 | 9,0 | 13,0 |
Среднее значение получено по 3-м наибольшим по сдвигу образцам в соответствии с аналогичными требованиями п.6 ГОСТ 10180-90.
Разницу значений сдвиговых напряжений для металлического и бетонного оснований можно отнести на счёт применения для двух серий образцов разных составов литого асфальта, а также в связи с различными площадями контакта гидроизоляции с асфальтом оснований.
В таблице 3 представлены предельно допустимые сдвигающие напряжения на границе гидроизоляции и дорожной одежды согласно действующим российским и зарубежным стандартам и документам.
Таблица 3 – Предельно допустимые напряжения согласно действующим стандартам и последним исследованиям
| Наименование стандарта/документа | Предельное значение сдвиговых усилий |
| ETAG 033 | 0,4 МПа |
| ASTM D6153-97(2007) | 0,4 МПа |
| ГОСТ 55403 | 0,5 МПа (для рулонной гидроизоляции) |
| Проект СТО ГК «Автодор» | 0,3 МПа |
| По методике Овчинникова И.Г. | 0,56 МПа |
Рисунок 2 – Плоскости сдвига по контакту гидроизоляции «Рабберфлекс - 55» с литым асфальтом:
а) металлическое основание;
б) бетонное основание.
Проведенное исследование по определению величины сдвиговых нагрузок, возникающих в дорожной одежде, показало, что разрушение происходит по асфальтобетону. При этом гидроизоляционная система «Рабберфлекс® -55» не имеет никаких дефектов после полного разрушения образцов.
Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что полученные средние значения предельных сдвиговых напряжений по границе гидроизоляционной системы «Рабберфлекс®-55» и асфальтобетона превышают нормативные значения наиболее известных в России и Европе стандартов и документов более, чем в два раза на металлической подложке и более, чем в три раза на бетонной подложке.
Во второй серии испытаний на стальные образцы-пластины размерами 100 х 100 х 8 мм, содержащие покрытие «Рабберфлекс®-55», был нанесён слой уплотняемого асфальтобетона толщиной около 40 мм (Рисунок 3).
Задача укладки и уплотнения такого слоя асфальтобетона на маленьких экспериментальных образцах была решена следующим образом: использовалась обечайка с рабочим диаметром 80 мм, в которой происходило уплотнение с помощью гидравлического пресса под давлением 40,0 МПа с выдержкой 3 мин. Температура при этом составляла 140°С. Описанная схема уплотнения максимально приближалась к реальным условиям укладки асфальтобетона на мостовых конструкциях.
Рисунок 3 – Образцы с гидроизоляцией «Рабберфлекс® - 55» и уплотняемым асфальтобетоном.
Для создания сдвига асфальтобетона по контакту со слоем гидроизоляции металлическую пластину неподвижно закрепляли на стенде, а цилиндрическую часть образцов в виде столбиков из асфальтобетона помещали в объемлющий хомут с последующим приложением к нему через рычаг сдвигающей нагрузки, создаваемой единичными грузами. Свободная торцевая поверхность асфальтобетонных столбиков нагружалась сжимающей силой, моделирующей воздействие колеса автомобиля интенсивностью около 1,0 МПа. Фиксация сдвиговых перемещений асфальтобетона производилась с помощью индикатора часового типа.
Результаты испытаний показали, что разрушение слоёв гидроизоляции для всех образцов происходит по асфальтобетону в его приконтактном с гидроизоляцией слое (рисунок 4) и указывает на то, что предельное сдвигающее напряжение слоёв покрытия с гидроизоляцией определяется прочностью на срез асфальтобетона.
Рисунок 4 – Плоскости сдвига по контакту гидроизоляции «Рабберфлекс® - 55»
с асфальтобетоном
Предельное экспериментально полученное при температуре 18 ± 30С среднее значение сдвигового напряжения гидроизоляции (таблица 1) превышает установленное ГОСТ 55396 – 2013 максимальное значение сдвигового напряжения равное 0,5 МПа для рулонных битумно-полимерных гидроизоляций мостов, а также предельное значение для аналогичной характеристики, содержащееся в зарубежных нормативных документах для полимерных типов гидроизоляции равное 0,4 МПа.
Таблица 1 – Результаты испытания на сдвиг гидроизоляции марки «Рабберфлекс® - 55" и асфальтобетона
| №Образ-ца | Площадь контакта гидроизоляции с асфальтом, см2 | Максимальная сдвигающая нагрузка на образец, кгс | Деформация в плоскости сдвига, мм | Предельное напряжение сдвига, кгс/см2 | Среднее *) напряжение сдвига, кгс/см2 (МПа) |
| 1 | 38,5 | 340 | 2,14 | 8,8 | 8,8 (0,86) |
| 2 | 38,5 | 340 | 1,58 | 8,8 | |
| 3 | 38,5 | 340 | 6,58 | 8,8 |
В процессе экспериментальных исследований была выявлена однородность упругих свойств покрытия на начальных стадиях нагружения, которая определяется физико-механическими свойствами асфальтобетона, о чём свидетельствует незначительное расхождение между кривыми «сдвигающая сила-деформация» в диапазоне сдвиговых напряжений до 3,0 МПа.
Диаграмма сдвига асфальтобетона и гидроизоляции марки «Рабберфлекс® - 55»
По результатам испытаний было определено, что:
сдвиговая прочность контакта гидроизоляции марки «Рабберфлекс® – 55» с металлическим основанием и асфальтобетоном соответствует современным отечественным и зарубежным нормативным требованиям, предъявляемым к полимерным гидроизоляционным покрытиям проезжей части мостов.
Необходимо еще раз отметить, что в настоящее время отсутствуют отечественные нормативные документы, регламентирующие условия испытаний несущей способности полимерных гидроизоляционных покрытий при сдвиге.
Подтверждение отличных характеристик устойчивости системы «Рабберфлекс®-55» к сдвиговым нагрузкам еще раз доказало успешность материала для применения в качестве гидроизоляции в условиях интенсивной транспортной нагрузки.
В ближайшие планы корпорации «ТемпСтройСистема»® входит организация выпуска полимерной мастики «Рабберфлекс®-55» в России.
Литература:
1. ETAG 033. Guideline for European technical approval “Liquid applied bridge dick waterproofing kits”, July, 2010.
2. ASTM D6153-97(2007). Standard Specification for Materials for Bridge Deck Waterproofing Membrane Systems. December,2007.
3. BD 47/99 Waterproofing and surfacing of concrete bridge decks, August, 1999.
4. Протокол испытаний № 16 от 18.03.2015 г. АО ЦНИИС. М. 2016 г.
5. ТУ 5775-001-43176212-2003. Технические условия. Мастики кровельные и гидроизоляционные «Рабберфлекс - 21», «Рабберфлекс - 55»;
6. Рекомендации по применению на автодорожных мостах мастичной гидроизоляции на полиуретановой основе «Рабберфлекс - 55». Приложение А к научно-исследовательской работе ОАО ЦНИИС по теме ИС-2002-753-04;
7. К.А.Дьяков, Р.М.Черкасов, Е.В.Зинченко и И.Г.Овчинников. Проведение экспериментальных исследований по анализу влияния гидроизоляции и дорожной одежды различных типов на сопротивляемость дорожной одежды сдвиговым деформациям. Интернет ресурс 2012 г
8. Автомобильные дороги и мосты. Проектирование состава асфальтобетона и методы его испытаний. ФГУП «Информационный центр по автомобильным дорогам».Обзорная информация. Выпуск 6. Москва 2005 г.