Надежность эксплуатации строительных объектов во многом зависит от их гидроизоляции. Разрушающее действие воды происходит в основном при переходе температуры через точки росы и кристаллизации.

Вода проникает в строительные конструкции несколькими путями.

1. Основным источником попадания воды в незащищенную конструкцию являются атмосферные осадки. Особый случай – это поверхности, непосредственно контактирующие с водой, например, стенки бассейнов, каналов, резервуаров и т.п. Эксплуатация гидротехнических сооружений без изоляции вообще невозможна.

2. При недостаточной изоляции между фундаментом и стеной неизбежен капиллярный подъем грунтовых вод. Его интенсивность определяется впитывающей способностью стройматериалов. Для простоты расчета в зависимости от радиуса капилляров можно принять, что капилляры имеют вид стеклянных трубок. Для воды при нормальных атмосферных условиях упрощенная формула выглядит следующим образом:

h = 0,149 : r

где h – высота подъема в м
r – радиус капилляра в м.

3. При температуре ниже точки росы в строительной конструкции происходит конденсация атмосферного водяного пара.

4. В очень тонких капиллярах (менее 50 нм) может происходить капиллярная конденсация, т.е. здесь создается повышенное давление водяного пара, и он превращается в жидкую воду, несмотря на то, что в окружающей атмосфере относительная влажность меньше 100 %.

5. Дополнительную влагу впитывают стройматериалы, содержащие соли с гигроскопическими свойствами. Т.к. стройматериалы по своему объему могут иметь зоны с различным содержанием таких солей, то из-за осмотического давления происходит миграция влаги. Можно представить себе явление осмоса как стремление солевого раствора к саморазбавлению. Вследствие этого происходит выравнивание концентрации солей во влажном стройматериале и дополнительное его увлажнение. Задачей гидроизоляционных материалов на основе цементсодержащих сухих смесей является создание преграды для воды как в жидком, так и в газообразномагрегатном состоянии. Растворы из таких смесей наносят в два приема слоем толщиной 2 – 3 мм на подготовленные поверхности с любым, сколь угодно сложным рельефом. Просачивание воды происходит через поры. Молекулу воды можно рассматривать примерно как шарик диаметром 0,3 нм. Пористость является неотъемлемым свойством любого цементного камня. Так, при ВЦ = 0,50 объем пор размерами от 1 нм до 1 мм составляет 46 % объема цементного камня. Чем выше ВЦ, тем в большем количестве и большего объема образуются поры. Происхождение и размеры пор подразделяются следующим образом:

Гелевые поры: 1 – 10 нм. Они возникают при образовании цементного геля. При нормальных условиях они заполнены жидкостью очень высокой плотности и непроницаемы даже для газов.

Усадочные поры: около 10 нм. Они образуются из-за того, что объем исходных цемента и воды больше, чем объем
продуктов гидратации.

Капиллярные поры: 10 нм – 100 мкм. Они обусловлены избытком воды, примененной для затворения цемента, т.е. той частью воды, которая не израсходовалась для гидратации и не связана физически в гелевых порах.

Теоретически при ВЦ = 0,36 – 0,38 и при полной гидратации не должно возникать капиллярных пор. Обычно такие поры представляют из себя пустоты неупорядоченной формы, через них происходит перенос жидкой фазы в цементном камне.

Воздушные поры: 1 мкм – 1 мм.
Это наиболее крупные поры, встречающиеся в цементном камне, часть из них видна невооруженным глазом. Обычно они шарообразные, возникают при затворении цементной смеси в воде и частично удаляются с помощью антивспенивающих добавок. Следует иметь в виду, что дисперсионные порошки тоже могут обуславливать появление воздушных пор.

Поры, вызванные недостаточным уплотнением: более 1 мм. Они имеют неправильную форму, возникают из-за нарушения технологии гидроизоляционных работ. Количество гелевых пор в миллионы раз больше, чем воздушных. При составлении рецептур гидроизоляционных смесей необходимо сводить к минимуму ВЦ, тем самым уменьшая количество капиллярных пор, и применять антивспениватели для удаления воздушных пор.

Проводниками воды могут служить трещины в отвердевшем растворе. Их основными причинами служат внутренние напряжения, возникающие из-за усадки портландцемента, из-за неравномерной гидратации цемента по толщине слоя гидроизоляции, а также из-за неправильного подбора наполнителей. Такие внешние факторы, как нестабильность метеорологических условий при твердении цемента, деформация основы тоже повышают риск образования трещин в гидроизоляции. Разумеется, цементы должны содержать минимум компонентов, которые при гидратации цемента и его твердении превратятся в водорастворимые соединения.Кроме свойств цемента, решающую роль для достижения герметичности играют инертные наполнители. Важен не только минералогический и фракционный состав, но и конфигурация частиц наполнителей, в том числе отсутствие в них капиллярных пор.

Наполнители не должны содержать водорастворимых компонентов, например, солей щелочных металлов или магния. Их наличие повышает гидрофильность раствора, ведет к росту ВЦ. При контакте отвердевшей гидроизоляции с водой происходит вымывание растворимых веществ, что открывает путь воде. При выборе наполнителей рекомендуется проверять их водопоглощение и растворимость в воде, как нейтральной, так и подщелоченной. Последнее существенно, если наполнители содержат хоть и инертные в нейтральной среде, но кислые составляющие, которые могут вступить в реакцию нейтрализации со щелочным цементным раствором.

Инертные наполнители не должны содержать компонентов, меняющихся в объеме при контакте с водой, например, набухающих в воде. Исключением являются те виды гидроизоляционных смесей, в которые умышленно вводится небольшое количество расширяющегося материала, например, бентонитовой глины. Ее задача – кольматация образовавшихся пор без изменения объема цементного камня, что создает дополнительную преграду воде.

Ситовые характеристики инертных наполнителей должны обеспечивать возможно более плотную упаковку. Наиболее распространенным наполнителем является отмытый кварцевый песок крупностью до 0,3 – 0,4 мм. Его фракционный состав должен быть как можно более равномерным, т.е. частные остатки по фракциям, кратным десятым долям мм, должны быть примерно одинаковыми. Если отсутствует фракция тоньше 0,1 мм, то этот недостаток компенсируют добавкой мраморной или известняковой муки. Полезен ввод наполнителей пластинчатой формы, например, молотой слюды, и линейной формы, например, волокон целлюлозы. Последние дополнительно армируют массу, уменьшая риск образования трещин. Для решения специальных задач могут применяться и другие наполнители. Например, трассовая мука (горная порода группы вулканических туфов), содержащая легкорастворимую кремниевую кислоту, придает цементу способность твердеть под водой.