Стыковое соединение противофильтрационных облицовок каналов

Изобретение относится к водохозяйственному и гидротехническому строительству и предназначено для герметизации, ремонта стыков в бетонных и железобетонных облицовках оросительных каналов и систем водоснабжения. Стыковое соединение противофильтрационных облицовок каналов включает заполненную воздухом под давлением, превышающим атмосферное, трубку из упругого газонепроницаемого материала, размещенную в деформационном шве на гранях сопрягаемых плит пазов, герметично-вязкий материал, проложенный между трубкой и стенками пазов, защитную накладку, защемленную в пазах трубкой, и герметик в полости шва шириной, меньшей чем диаметр трубки. Между герметиком в полости шва над трубкой и под трубкой и защитной накладкой выполнен разделительный противоадгезионный слой. Поверхность герметика под трубкой по контакту с грунтовым основанием дополнительно снабжена гидроизоляционной прокладкой с разделительным противоадгезионным слоем. Оптимальную ширину деформационного шва устанавливают по математическим зависимостям. Изобретение позволяет повысить качество стыковых соединений, надежность и долговечность деформационных герметизированных швов противофильтрационных облицовок каналов и водоемов из бетонных и железобетонных плит, исключить потери воды на фильтрацию и улучшить мелиоративную и экологическую обстановку на орошаемых землях. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к водохозяйственному строительству, в частности для герметизации, ремонта и реконструкции швов в бетонных и железобетонных противофильтрационных облицовках оросительных каналов и систем водоснабжения.

Известен деформационный шов, преимущественно защитных облицовок каналов и водоемов из бетонных и железобетонных плит, включающий цементный заполнитель и противофильтрационный эластичный элемент (см., например, Елшин И.М. Полимерные материалы в ирригационном строительстве. / М.: Колос, 1974. - С. 83, рис.21, б).

Однако эта конструкция деформационного шва для своего создания требует больших трудозатрат, не обеспечивает герметичность по контуру плит, в частности на стыке дна и откосов, на участке сложных сопряжении в виде четырех рядом уложенных плит сборной облицовки и вызывает дополнительные затруднения в осуществлении приклеивания эластичной мембраны в местах нахождения монтажных петель.

Известны конструкции герметизации деформационных швов с использованием эпоксидной смолы и герметика (см. Заявка Франции №29448563, кл. Е 02 В 3/16, 1978).

Однако такие конструкции швов обладают низкими деформационными свойствами.

Известен также деформационный герметизированный шов, содержащий прокладку и герметик (см. Заявка ФРГ №2948543, кл. Е 02 В 3/16, 1981).

Известная конструкция шва снижает деформационные свойства основного герметизирующего элемента - герметика из - за его прилипания к прокладке и зазору (шву) по бокам и требует применения герметиков с большими деформационными свойствами, так как герметизированный шов является в данном случае более жесткой конструкцией и находится в сложно-напряженном состоянии.

Кроме того, известен деформационный шов, содержащий размещенный в полости шва между плитами облицовки каналов и водоемов герметизирующий элемент в виде эластичной емкости с помещенным в ней заполнителем из песка, ила или глин, принимающей форму сечения шва и герметично приклеенной к торцам плит облицовки, а также защитный слой (см. SU, авторское свидетельство №1209743 А, М.кл. Е 02 В 3/16. Деформационный шов А.Ф.Зоценко / А.Ф.Зоценко. - Заявка №3583354 /29-15; Заявлено 22.04.1983; Опуб.07.02.86, Бюл.№5).

Однако вышеуказанная конструкция деформационного шва имеет недостаточную эксплутационную надежность и долговечность. При отрицательных температурах в заполнителе шва из песка, ила или глины, содержащих влагу, образуются кристаллы льда, что вызывает разрушительные деформации по контакту с эластичной емкостью и разгерметизацию деформационного шва в процессе перемещения плит облицовки.

Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является стыковое соединение противофильтрационных облицовок каналов, включающие заполненную воздухом под давлением, превышающим атмосферное, трубку из упругого газонепроницаемого материала, размещенную на гранях сопрягаемых плит пазах, герметично - вязкий материал, проложенный между трубкой и стенками пазов, защитную накладку, защемленную в пазах трубкой, и герметик в полости шва шириной меньше, чем диаметр трубки (см. SU, авторское свидетельство №653324, М. кл. Е 01 С 11/04, Е 04 В 1/68, Е 04 В 1/60. Стыковое соединение/ Н.И.Зюзьгин - Заявка №2540074/29 - 33; Заявлено 02.11.1977; Опубл.25.03.1979, Бюл.№11).

Однако такая конструкция стыкового соединения обладает низкой деформативностью из - за адгезионной связи герметика в полости шва с упругой газонепроницаемой трубкой, вследствие чего резко снижаются его эксплутационная надежность и долговечность.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - исключение потерь воды в стыках облицовочных плит.

Технический результат - снижение потерь воды, повышение качества герметизации стыковых соединений, эксплутационной надежности и долговечности деформационных швов противофильтрационных облицовок каналов и водоемов из бетонных и железобетонных плит.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном стыковом соединении противофильтрационных облицовок каналов, содержащем заполненную воздухом под давлением, превышающим атмосферное, трубку из упругого газонепроницаемого материала, размещенную в деформационном шве на гранях сопрягаемых плит пазах, герметично-вязкий материал, проложенный между трубкой и стенками пазов, защитную накладку, защемленную в пазах трубкой и герметик в полости шва шириной меньше, чем диаметр трубки, согласно изобретению между герметиком в полости шва над трубкой и под трубкой и защитной накладкой выполнен разделительный противоадгезионный слой, а поверхность герметика под трубкой по контакту с грунтовым основанием дополнительно снабжена гидроизоляционной прокладкой с разделительным противоадгезионным слоем, при этом оптимальная ширина деформационного шва определена из интервала, установленного из следующих выражений:

где S_max - максимальная ширина деформационного шва, мм;

d - диаметр трубки из упругого газонепроницаемого материала, мм;

δ - толщина стенки трубки из упругого газонепроницаемого материала, мм;

σ_к - величина когезионной прочности упругого газонепроницаемого материала трубки, кг/см²;

σ_а - величина адгезионной прочности герметично-вязкого материала, кг/см;

В_min - минимальная ширина деформационного шва, мм;

Δh - предельное высотное смещение одной плиты облицовки относительно другой, мм;

α - коэффициент линейного расширения бетона, град.^-1;

L - расстояние между деформационными швами, мм;

t_max - максимальная температура воздуха при эксплуатации противофильтрационной облицовки, °С;

t_min - минимальная температура воздуха в зимнее время, °С;

ε - относительное удлинение при разрыве упругого газонепроницаемого материала трубки, %;

κ - коэффициент, учитывающий снижение деформативности упругого газонепроницаемого материала трубки в результате внешних воздействий и длительного напряжения,

а ширина гидроизоляционной прокладки с разделительным противоадгезионным слоем определена из выражения

где В_n - ширина гидроизоляционной прокладки, мм;

В - ширина деформационного шва, мм;

Δl_t - абсолютная температурная деформация стыка, мм;

D - конструктивный параметр, D=150 мм.

Ширина деформационного шва из полимерной герметизирующей мастики над трубкой и под трубкой установлена из зависимости

где B' - ширина деформационного шва, мм;

ε₁ - относительное удлинение при разрыве образцов полимерной герметизирующей мастики, выдержанных на воздухе, %;

κ₁ - коэффициент, учитывающий снижение деформативности полимерной герметизирующей мастики в результате внешних воздействий и длительного напряжения (для тиоколовых мастик κ=0,25);

δ₁ - минимальная ширина шва, при которой полимерная герметизирующая мастика сохраняет упругие свойства, мм.

Ширина деформационного шва из битумно-полимерной герметизирующей мастики над трубкой и под трубкой установлена из выражения

где В" - ширина деформационного шва, мм;

ε₂ - среднее значение показателя относительного удлинения битумно-полимерной герметизирующей мастики при разрыве в диапазоне эксплуатационных температур от t_max до t_min, %;

ε₃ - среднее значение показателя относительного удлинения битумно-полимерной герметизирующей мастики в диапазоне температур, при которых имеют место неравномерные деформации основания: морозное пучение от 0 до t_min °С, просадка и набухание от 0 до t_max °С, %;

κ₂ - коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформативности битумно-полимерной герметизирующей мастики при долговременной работе в диапазоне эксплуатационных температур от t_max до t_min, κ₂=0,6;

κ₃ - коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформативности битумно-полимерной герметизирующей мастики в результате длительной работы в области положительных или отрицательных температур, κ₃=0,4...0,7;

δ₂ - минимальная ширина шва, при которой битумно-полимерная герметизирующая мастика сохраняет упругие свойства, мм.

Изобретение поясняется иллюстрационным материалом.

На фиг.1 представлен фрагмент противофильтрационной облицовки с предлагаемой конструкцией стыкового соединения бетонных или железобетонных плит (поперечный разрез); на фиг.2 - положение стыкового соединения (поперечный разрез) в результате действия горизонтальных (температурных) и вертикальных неравномерных деформаций.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Стыковое соединение противофильтрационных облицовок каналов, выполненных из бетонных и железобетонных плит 1, содержит (см. фиг.1) трубку 2 из упругого газонепроницаемого материала, размещенную на гранях сопрягаемых плит 1 пазах, герметично вязкий материал 3, проложенный между трубкой 2 и стенками пазов, защитную накладку 4, защемленную в пазах трубкой 2, герметик 5 в полости шва над трубкой 2 и под трубкой 2, разделительный противоадгезионный слой 6 между герметиком 5 и защитной накладкой 4.

Для повышения эксплуатационной надежности и долговечности стыкового соединения противофильтрационных облицовок каналов поверхность герметика 5 под трубкой 2 по контакту с грунтовым основанием дополнительно снабжена гидроизоляционной прокладкой 7 с разделительным противоадгезионным слоем 8, при этом оптимальная ширина деформационного шва определена из следующих выражений:

где B_max - максимальная ширина деформационного шва, мм;

d - диаметр трубки из упругого газонепроницаемого материала, мм;

δ - толщина стенки трубки из упругого газонепроницаемого материала, мм;

σ_к - величина когезионной прочности упругого газонепроницаемого материала трубки, кг/см²;

σ_а - величина адгезионной прочности герметично-вязкого материала, кг/см²;

В_min - минимальная ширина деформационного шва, мм;

Δh - предельное высотное смещение одной плиты облицовки относительно другой, мм;

α - коэффициент линейного расширения бетона, град.^-1;

L - расстояние между деформационными швами, мм;

t_max - максимальная температура воздуха при эксплуатации противофильтрационной облицовки, °С;

t_min - минимальная температура воздуха в зимнее время, °С;

ε - относительное удлинение при разрыве упругого газонепроницаемого материала трубки, %;

κ - коэффициент, учитывающий снижение деформативности упругого газонепроницаемого материала трубки в результате внешних воздействий и длительного напряжения,

а ширина гидроизоляционной прокладки с разделительным противоадгезионным слоем определена из выражения

где В_n - ширина гидроизоляционной прокладки, мм;

В - ширина деформационного шва, мм;

Δl_t - абсолютная температурная деформация стыка, мм;

D - конструктивный параметр, D=150 мм.

Кроме того, ширина деформационного шва из полимерной герметизирующей мастики над трубкой и под трубкой установлена из зависимости

где В'- ширина деформационного шва, мм;

ε₁ - относительное удлинение при разрыве образцов полимерной герметизирующей мастики, выдержанных на воздухе, %;

κ₁ - коэффициент, учитывающий снижение деформативности полимерной герметизирующей мастики в результате внешних воздействий и длительного напряжения (для тиоколовых мастик κ=0,25);

δ₁ - минимальная ширина шва, при которой полимерная герметизирующая мастика сохраняет упругие свойства, мм.

Ширина деформационного шва из битумно-полимерной герметизирующей мастики над трубкой и под трубкой установлена из выражения

где В" - ширина деформационного шва, мм;

ε₂ - среднее значение показателя относительного удлинения битумно-полимерной герметизирующей мастики при разрыве в диапазоне эксплуатационных температур от t_max до t_min, %;

ε₃ - среднее значение показателя относительного удлинения битумно-полимерной герметизирующей мастики в диапазоне температур, при которых имеют место неравномерные деформации основания: морозное пучение от 0 до t_min °С, просадка и набухание от 0 до t_max °С, %;

κ₂ - коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформативности битумно-полимерной герметизирующей мастики при долговременной работе в диапазоне эксплуатационных температур от t_max до t_min, κ₂=0,6;

κ₃ - коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформативности битумно-полимерной герметизирующей мастики в результате длительной работы в области положительных или отрицательных температур, κ₂=0,4...0,7;

δ₂ - минимальная ширина шва, при которой битумно-полимерная герметизирующая мастика сохраняет упругие свойства, мм.

ПРИМЕР 1. Определить ширину деформационного шва (В) и ширину гидроизоляционной прокладки (В_n) в стыковом соединении противофильтрационной облицовки из железобетонных плит 6×1,5×0,06 м, включающем трубку из упругого газонепроницаемого материала, герметично-вязкий материал, проложенный между трубкой и стенками пазов, защитную накладку, разделительный противоадгезионный слой и полимерную герметизирующую мастику в полости шва над трубкой и под трубкой.

Исходные данные: d=32 мм; δ=2 мм; σ_κ=7 кг/см²; σ_а=4 кг/см²; t_max=+40°C; t_min=-40°С; α=11·10^-6 град^-1; L=6000 мм; ε=250%; коэффициент κ=0,3.

Максимальное смещение одной плиты относительно другой в результате неравномерных деформаций основания от морозного пучения подстилаемых под облицовкой канала грунтов Δh=25 мм. Относительное удлинение полимерной герметизирующей мастики ε₁=300%. Коэффициент κ₁=0,25; δ₁=20 мм; D=150 мм.

Подставляя все исходные данные в выражения (1), (2) и (5), будем иметь:

Ширину деформационного шва принимаем В=45 мм.

Подставляем значение В=45 мм и другие исходные данные в выражение (3), получим

В_n=45+11·10^-6·6000[40-(-40)]+150=200 мм.

ПРИМЕР 2. Определить ширину деформационного шва (В) и ширину гидроизоляционной прокладки (В_n) в стыковом соединении противофильтрационной облицовки из железобетонных плит 6×1,5×0,10 м, включающем трубку из упругого газонепроницаемого материала, герметично-вязкий материал, проложенный между трубкой и стенками пазов, защитную накладку, разделительный противоадгезионный слой и битумно-полимерную герметизирующую мастику в полости шва над трубкой и под трубкой.

Исходные данные: d=32 мм; δ=2 мм; σ_к=7 кг/см²; σ_а=4 кг/см²; t_max=+40°C; t_min=-40°С; α=11·10^-6 град^-1; L=6000 мм; ε=250%; коэффициент к=0,3.

Максимальное смещение одной плиты относительно другой в результате неравномерных деформаций основания от морозного пучения подстилаемых грунтов под облицовкой канала Δh=25 мм. Показатели относительного удлинения битумно-полимерной мастики: ε₂=160%, ε₃=60%. Коэффициенты усталости битумно-полимерной мастики (по данным экспериментальных исследований): κ₂=0,6; κ₃=0,7. Минимальная ширина шва, при которой битумно-полимерная герметизирующая мастика сохраняет упругие свойства, составляет δ₂=30 мм.

Подставляя все исходные данные в выражения (1), (2) и (6), получим:

Ширину деформационного шва из битумно-полимерной герметизирующей мастики принимаем В=65 мм.

Подставляя значение В=65 мм и остальные исходные данные в выражение (3), будем иметь

B_n=65+11·10^-6·6000[40-(-40)]+150=220 мм

Стыковое соединение противофильтрационных облицовок каналов работает следующим образом (см. фиг.2).

При горизонтальных (продольных) или вертикальных деформациях стыкуемых плит 1 противофильтрационной облицовки соответственно от изменения температуры окружающей среды или неравномерных деформаций основания происходит раскрытие деформационного шва на величину Δl_t и высотное смещение одной стыкуемой плиты 1 облицовки над другой на величину Δh (см. фиг.2).

Целость и герметичность деформационного шва достигается за счет достаточной деформативности трубки 2 из упругого газонепроницаемого материала и герметика 5 в полости шва над трубкой и под трубкой, а также высокой адгезии герметично-вязкого материала 3, проложенного между трубкой 2 и стенками пазов, и герметика 4 в полости шва.

Возможная величина взаимных продольных или вертикальных перемещений плит 1 облицовки при деформациях может достигать при этом до 80 мм.

Использование изобретения позволяет обеспечить более эффективную, надежную и долговременную противофильтрационную защиту на каналах и водоемах с монолитным и сборными противофильтрационными облицовками, исключить потери воды на фильтрацию из каналов и водоемов, предотвратить заболачивание, засоление и подтопление ценных сельскохозяйственных угодий, то есть в значительной степени улучшить мелиоративную и экологическую обстановку на орошаемых землях.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о достижении технического результата - повышении качества герметизации стыковых соединений, эксплуатационной надежности и долговечности деформационных швов противофильтрационных облицовок каналов и водоемов из бетонных и железобетонных плит.

1. Стыковое соединение противофильтрационных облицовок каналов, включающее заполненную воздухом под давлением, превышающим атмосферное, трубку из упругого газонепроницаемого материала, размещенную в деформационном шве на гранях сопрягаемых плит пазов, герметично-вязкий материал, проложенный между трубкой и стенками пазов, защитную накладку, защемленную в пазах трубкой, и герметик в полости шва шириной, меньшей, чем диаметр трубки, отличающееся тем, что между герметиком в полости шва над трубкой и под трубкой и защитной накладкой выполнен разделительный противоадгезионный слой, а поверхность герметика под трубкой по контакту с грунтовым основанием дополнительно снабжена гидроизоляционной прокладкой с разделительным противоадгезионным слоем, при этом оптимальная ширина деформационного шва определена из интервала, установленного из следующих выражений:

где B_max - максимальная ширина деформационного шва, мм;

d - диаметр трубки из упругого газонепроницаемого материала, мм;

δ - толщина стенки трубки из упругого газонепроницаемого материала, мм;

σ_к - величина когезионной прочности упругого газонепроницаемого материала трубки, кг/см²;

σ_а - величина адгезионной прочности герметично-вязкого материала, кг/см²;

В_min - минимальная ширина деформационного шва, мм;

Δh - предельное высотное смещение одной плиты облицовки относительно другой, мм;

α - коэффициент линейного расширения бетона, град.^-1;

L - расстояние между деформационными швами, мм;

t_max - максимальная температура воздуха при эксплуатации противофильтрационной облицовки, °С;

t_min - минимальная температура воздуха в зимнее время, °С;

ε - относительное удлинение при разрыве упругого газонепроницаемого материала трубки, %;

к - коэффициент, учитывающий снижение деформативности упругого газонепроницаемого материала трубки в результате внешних воздействий и длительного напряжения.

2. Стыковое соединение по п. 1, отличающееся тем, что ширина гидроизоляционной прокладки с разделительным противоадгезионным слоем определена из выражения

B_n=B+α·L(t_max-t_min)+D,

где В_n - ширина гидроизоляционной прокладки, мм;

В - ширина деформационного шва, мм;

D - конструктивный параметр, D=150 мм.

3. Стыковое соединение по п. 1, отличающееся тем, что ширина деформационного шва с герметиком из полимерной герметизирующей мастики над трубкой и под трубкой установлена из зависимости

где В' - ширина деформационного шва, мм;

ε₁ - относительное удлинение при разрыве образцов полимерной герметизирующей мастики, выдержанных на воздухе, %;

к₁ - коэффициент, учитывающий снижение деформативности полимерной герметизирующей мастики в результате внешних воздействий и длительного напряжения (для тиоколовых мастик к=0,25);

δ₁ - минимальная ширина шва, при которой полимерная герметизирующая мастика сохраняет упругие свойства, мм.

4. Стыковое соединение по п. 1, отличающееся тем, что ширина деформационного шва с герметиком из битумно-полимерной герметизирующей мастики над трубкой и под трубкой установлена из выражения

где В" - ширина деформационного шва, мм;

ε₂ - среднее значение показателя относительного удлинения битумно-полимерной герметизирующей мастики при разрыве в диапазоне эксплуатационных температур от t_max до t_min, %;

ε₃ - среднее значение показателя относительного удлинения битумно-полимерной герметизирующей мастики в диапазоне температур, при которых имеют место неравномерные деформации основания: морозное пучение от 0 до t_min °С, просадка и набухание от 0 до t_max °С, %;

к₂ - коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформативности битумно-полимерной герметизирующей мастики при долговременной работе в диапазоне эксплуатационных температур от t_max до t_min, к₂=0,6;

к₃ - коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформативности битумно-полимерной герметизирующей мастики в результате длительной работы в области положительных или отрицательных температур, к₃=0,4...0,7;

δ₂ - минимальная ширина шва, при которой битумно-полимерная герметизирующая мастика сохраняет упругие свойства, мм.