СТЫК ЧУГУННОЙ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЯ МЕТРОПОЛИТЕНА "ТЕХНОЛОГИЯ "МОНОФЛЕКС ФРЕНКЕЛЯ"

Заявляемая полезная модель относится к устройствам соединения строительных конструкций и сооружений, а точнее касается стыка чугунной обделки тоннеля метрополитена, представляющего собой место соединения и замоноличивания элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена.
В чугунной обделке тоннеля метрополитена стык является наиболее уязвимым звеном, поскольку в процессе эксплуатации он может потерять водонепроницаемость как из-за недостаточной стойкости в отношении агрессивного воздействия грунтовых вод, в том числе, содержащих соли разной степени концентрации, органические гуминовые кислоты, так и из-за постоянно возникающих в конструкции обделки метрополитена интенсивных вибрационных воздействий. Кроме того, в стыке не должны возникать блуждающие токи, то есть стык должен быть энергетически пассивным.
В настоящее время Метрострой при соединении элементов чугунной обделки тоннелей метрополитена образуют замоноличенный стык, который содержит расположенную между соединяемыми поверхностями элементов стыковочную полость, заполненную путем запрессовки свинцовыми стержнями. Заполненный свинцовыми стержнями стык кроме того содержит, так называемый, бус, то есть быстросхватывающуюся безусадочную смесь на базе специального цемента (см. Ведомственные строительные нормы (Трансстрой) №130-92; Инструкция Главтоннельметростроя, 1985 год).
При том, что технология указанного стыка весьма сложна, так как связана с применением ручного труда повышенной трудоемкости, качество и надежность такого сложного по конструкции стыка недолговечны - из-за постоянных вибраций, возникающих при эксплуатации метрополитена, происходит выкрашивание буса, а свинцовые стержни, не имеющие никакой адгезии к соединяемым чугунным поверхностям стыка, быстро расшатываются
и не обеспечивают требуемую водонепроницаемость стыка, в результате чего происходит разрушение чугунной обделки и тоннеля в целом.
В основу заявляемой полезной модели положена задача создания стыка, конструкция которого позволяет обеспечить прочное соединение элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, в том числе в условиях постоянного агрессивного воздействия грунтовых вод и воздействия постоянных вибраций, возникающих при эксплуатации метрополитена.
Эта задача решается тем, что стык чугунной обделки тоннеля метрополитена, включающий расположенную между стыкуемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость, содержащую заполнительный элемент и цементсодержащий материал, согласно заявляемой полезной модели, имеет монолитно-гибкое соединение стыкуемых чугунных элементов обделки и водонепроницаемость при гидротехническом давлении грунтовых вод на обделку до 0,7 МПа, при этом в качестве заполнительного элемента в донной части полости стыка расположен обжатый до 20% длинномерный пустотелый упруго-эластичный уплотняющий элемент, имеющий в поперечном сечении клиновидную форму, с упругими внутренними перемычками, образующими систему продольных сквозных отверстий, наружные поверхности которого содержат слой синтетической композиции, обеспечивающей прочность адгезии к металлу при прямом отрыве не менее 0,1 МПа, выполненной на основе полисульфидного олигомера и термоэластопласта, выбранного из группы, включающей блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС, блок-сополимеры изопрена и стирола типа СИС, в качестве цементсодержащего материала в полости содержится введенная под давлением 6-8 атм композиция, содержащая 99,675-99,918 мас% продукта на основе цемента безусадочного и минерального наполнителя с размером частиц от около 2,7 до около 3,1 мм, имеющего прочность на сжатие в возрасте 28 суток не менее 50,0 Мпа, прочность при изгибе в возрасте 28 суток не менее 6,0 Мпа, линейное расширение в возрасте 28 суток не менее 0,07%, 0,0107-0,0403 мас% продукта на основе полисульфидного олигомера и вулканизатора, остальное - продукт на основе термоэластопласта, выбранный из группы,
включающей блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС, блок-сополимеры изопрена и стирола типа СИС.
Благодаря заявляемой полезной модели конструкция стыка позволяет обеспечить прочное и монолитно-гибкое соединение элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, сохраняющее герметичность стыка, в том числе, в условиях резкой смены температур, а также постоянного агрессивного воздействия грунтовых вод и в условиях взаимных смещений элементов обделки при воздействии постоянных вибраций, возникающих при эксплуатации метрополитена.
В соответствии с заявляемой полезной моделью, полезно, чтобы синтетическая композиция содержала реагент на основе бихромата натрия и дибутилфталата или реагент на основе двуокиси марганца и дибутилфталата.
В соответствии с заявляемой полезной моделью, полезно, чтобы безусадочная композиция дополнительно содержала суперпластификатор, взятый в количестве 0,1-0,5% от массы портландцемента, силоксан натрия, взятый в количестве 0,05-0,5% от массы портландцемента, алюминат натрия, взятый в количестве не более 7,0% от массы портландцемента.
В соответствии с заявляемой полезной моделью, полезно, чтобы слой синтетической композиции составлял от 1, 0 до 1,5 мм.
Другие цели и преимущества заявляемой полезной модели станут ясны из последующего подробного описания стыка чугунной обделки тоннеля метрополитена и прилагаемого чертежа, на котором
Фиг.1 изображает стык чугунной обделки тоннеля метрополитена, согласно заявляемой полезной модели, поперечный разрез.
Стык, согласно заявляемой полезной модели, включает расположенную между стыкуемыми поверхностями 1 и 2 (фиг.1) элементов 3 чугунной обделки метрополитена стыковочную полость 4, в донной части которой, согласно заявляемой полезной модели, расположен обжатый до 20% длинномерный пустотелый упруго-эластичный уплотняющий элемент 5.
Уплотняющий элемент 5 выполнен из упруго-эластичного материала, преимущественно резины, и имеет в поперечном сечении клиновидную форму.
Внутри уплотняющего элемента 5 имеются упругие внутренние перемычки 6, образующие систему продольных сквозных отверстий 7. Благодаря конструкции уплотняющего элемента 5 и материалу, из которого он изготовлен, достигнута возможность не только надежной герметизации полости стыка от грунтовых вод, но и обеспечивается отвод вод, которые могут поступать из-за обделочного пространства тоннеля метрополитена через щель 8 стыка.
Наружные поверхности 9 уплотняющего элемента 5 содержат слой синтетической композиции, выполненной на основе полисульфидного олигомера, вулканизатора, и продукта на основе термоэластопласта, выбранного из группы, включающей блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС, блок-сополимеры изопрена и стирола типа СИС, которую авторы настоящей заявки называют "Монофлекс Е Френкеля". Названная синтетическая композиция обеспечивает прочность адгезии к металлу при прямом отрыве не менее 0,1 МПа, имеет прочность при разрыве 0,6 МПа (через 7 суток); относительное удлинение при разрыве 50,0% (через 7 суток), водопоглащение за 48 часов 0,5%; адгезию к бетону 0,9 МПа (28 суток); адгезию к металлу 1,9 МПа.
Преимущественно в качестве вулканизатора синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" содержит реагент на основе бихромата натрия и дибутилфталата или в качестве вулканизатора синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" содержит реагент на основе двуокиси марганца и дибутилфталата. Возможно, чтобы качестве вулканизатора синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" содержала оксиды свинца, марганца.
Также синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" может содержать такой ускоритель вулканизации, как гуанид Ф в количестве от около 0,2 до 0,3 масс.%.
Преимущественно слой гидроизоляционной синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля" на наружных поверхностях 9 уплотняющего элемента 5 составляет от 1,0 до 1,5 мм.
Согласно заявляемой полезной модели, стыковочная полость 4 заполнена плотноутрамбованным материалом 10, представляющим собой введенную под
давлением 6-8 атм безусадочную композицию, включающую 99,675-99,918 мас% продукта на основе цемента безусадочного и минерального наполнителя с размером частиц от около 2,7 до около 3,1 мм, имеющего прочность на сжатие в возрасте 28 суток не менее 50,0 Мпа, прочность при изгибе в возрасте 28 суток не менее 6,0 Мпа, линейное расширение в возрасте 28 суток не менее 0,07%, 0,0107-0,0403 мас% продукта на основе полисульфидного олигомера и вулканизатора, 0,0713-0,2847 мас% продукта на основе термоэластопласта, выбранного из группы, включающей блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС, блок-сополимеры изопрена и стирола типа СИС. Этот материал авторы настоящей заявки называют "Монофлекс А Френкеля".
В качестве примере продукта на основе термоэластопласта, выбранного из группы, включающей блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС, блок-сополимеры изопрена и стирола типа СИС, можно назвать бутадиен-стирольный термоэластопласт выпускаемый по ТУ 38.103267-80, бутадиен-α-метилстирольный блок-сополимер выпускаемый по ТУ 38.103585-85, изопрен-стирольный блок-сополимер выпускаемый по ТУ 38.103392-83, пиперилен-стирольный блок-сополимер выпускаемый по ТУ 38.40358-87. Содержание стирола в названных термоэластопластах составляет 15-60%; оптимальное содержание стирола в бутадиен-стирольном блок-сополимере - 28,0-40,0%, а в изопрен-стирольном блок-сополимере - 15,0-40,0%. Молекулярная масса названных термоэластопластов составляет 50000-300000.
Указанная композиция "Монофлекс А Френкеля" обеспечивает прочность на сжатие при твердении через 7 суток не менее 37,6 Мпа и водонепроницаемость не менее 0,9 Мпа.
Названная безусадочная композиция "Монофлекс А Френкеля" представляет собой композицию на основе алюминатного или сульфоалюминатного или сульфоферритного цемента с малым коэффициентом усадки или расширения.
Предпочтительно, в композиции "Монофлекс А Френкеля" вышеназванный цемент имеет коэффициент расширения не более примерно
0,5%, более предпочтительно, менее примерно 0,3%; прочность не менее 500 кг/кв.см.
3
2
3
4
2
2
3
2
3
2
4
В основном безусадочный портландцемент имеет следующий минералогический состав (где А - алит): СS; CS; СА; CAF; SiO; АlО; FеO; СаО; MgO; FeO; CA, СА, CaSO.
Возможно, чтобы безусадочная композиция "Монофлекс А Френкеля" дополнительно содержала суперпластификатор С3-3 или СП10-03 в количестве 0,1-0,5% от массы портландцемента и/или кремнийорганическую добавку типа силоксана натрия в количестве 0,05-0,5% от массы портландцемента и/или алюминат натрия, взятый в количестве не более 7,0% от массы портландцемента.
Указанная безусадочная композиция имеет прочность при сжатии не менее 37,6 МПа (через 7 суток), не менее 63,4 по ГОСТу 3104 (через 28 суток); линейное расширение 0,01-0,1% (через 7 суток), водонепроницаемость не менее 0,9 МПа, самонапряжение 5,5-7,0 МПа.
Как композиция "Монофлекс А Френкеля", так и синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" обладают высокой стойкостью в воде, минерализованных водах, в среде органических гуминовых кислот.
Наличие в стыковочной полости 4 уплотняющего элемента 5, имеющего высокую степень слипания с синтетической композицией "Монофлекс Е Френкеля" и обладающего необходимыми упругими свойствами, придает всей конструкции заявляемого стыка своеобразные демфирующие свойства, которые гасят вибрационные воздействия на стык при эксплуатации метрополитена.
Деформации, возникающие в чугунной обделке метрополитена, элементы которой соединены заявляемой конструкцией стыка, надежно компенсируются и поглощаются созданной трехфазной системой «чугун - адгезионный слой на уплотняющем элементе - цементсодержащее заполнение». Такая надежность компенсации нагрузок обеспечивается химическими связями на границах раздела двух сред: слой синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля" - плотноутрамбованная композиция "Монофлекс А Френкеля".
Вследствие того, что возникновение указанных связей носит необратимый характер, заявляемый стык характеризуется незатухающим ростом адгезии по времени.
Благодаря заявляемой полезной модели стало возможно достигнуть монолитно-гибкое соединение поверхностей 1 и 2 элементов 3 чугунной обделки метрополитена, имеющее надежную водонепроницаемость и высокую механическую прочность, способное выдерживать без разрушения нагрузки, возникающие в условиях резкой смены температур, постоянного агрессивного воздействия грунтовых вод, содержащих соли разной степени концентрации, и при воздействии постоянных вибраций, возникающих при эксплуатации метрополитена.
Заявляемый стык элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, выполненный по Технологии «Монофлекс Френкеля», впервые надежно обеспечивает гидроизоляцию на припортальных участках тоннеля метрополитена, на участках, находящихся вблизи вентиляционных сбоек, а также на участках, подверженных температурно-осадочным деформациям. В результате в тоннелях метрополитена в месте стыка элементов чугунной обделки отсутствуют водопроявления, трещины, сколы и иные повреждения, ранее приводящие к разрушению тоннелей.
Заявляемый стык элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена позволяет эффективно и надежно упрочнять или соединять также сборные железобетонные конструкции метрополитена, стыки колонно-прогонного комплекса метрополитена, при этом предел прочности при изгибе конструкции в месте стыка составляет 8,7 МПа, предел прочности при сжатии - 66,8 МПа, линейное расширение - 0,1%, в стыке наблюдают его водонепроницаемость при гидротехническом давлении грунтовых вод на обделку до 0,7 МПа.
Заявляемый стык представляет собой конструкцию гидроизоляции, выполненную по Технологии «Монофлекс Френкеля», и может быть использован как в тоннелях метрополитена, так и при выполнении стыков элементов обделок, например, транспортных и коммунальных тоннелей.
Пример 1.
Стык чугунной обделки тоннеля метрополитена содержит между стыкуемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость, в донной части которой расположен обжатый до 20% длинномерный пустотелый уплотняющий элемент 5 из резины, имеющий в поперечном сечении клиновидную форму. На наружных поверхностях уплотняющего элемента 5 имеется слой толщиной 1,0 мм синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля", обеспечивающей прочность адгезии к металлу при прямом отрыве не менее 0,1 МПа, и содержащей полисульфидный полимер, реагент на основе бихромата натрия и дибутилфталата и продукт на основе блок-сополимера бутадиена и стирола типа СБС.
Указанная синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" имеет прочность при разрыве 0,6 МПа (через 7 суток); относительное удлинение при разрыве 50,0% (через 7 суток), водопоглащение за 48 часов 0,5%; адгезию к бетону 0,9 МПа (28 суток); адгезию к металлу 1,9 МПа.
Стыковочная полость 4 заполнена плотноутрамбованным материалом 10, представляющим собой введенную под давлением 6-8 атм безусадочную композицию "Монофлекс А Френкеля", включающую 99,675 мас% продукта, в основном содержащего цемент безусадочный, суперпластификатор С3-3 в количестве 0,1-0,5% от массы цемента и минеральный наполнитель с размером частиц 2,7 мм. Указанный продукт имеет прочность на сжатие в возрасте 28 суток не менее 50,0 Мпа, прочность при изгибе в возрасте 28 суток не менее 6,0 Мпа, линейное расширение в возрасте 28 суток не менее 0,07%. Также безусадочная композиция содержит 0,0403 мас% продукта на основе полисульфидного олигомера и вулканизатора и 0,2847 мас% продукта на основе блок-сополимера бутадиена и стирола типа СБС.
Указанная безусадочная композиция имеет прочность при сжатии не менее 37,6 МПа (через 7 суток), не менее 63,4 по ГОСТу 3104 (через 28 суток); линейное расширение 0,01-0,1% (через 7 суток).водонепроницаемость не менее 0,9 МПа, самонапряжение 5,5-7,0 МПа.
Созданный гидроизоляционный стык предотвращает поступление грунтовых и поверхностных вод в тоннель метрополитена и обеспечивает водонепроницаемость при гидротехническом давлении грунтовых вод на
обделку до 0,7 МПа, обеспечивает защиту от коррозии и водобиохимическую стойкость, герметичность стыка в условиях взаимных смещений чугунных обделок, кроме того создает монолитно-гибкое соединение стыкуемых чугунных элементов.
Пример 2.
Стык чугунной обделки тоннеля метрополитена содержит между стыкуемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость, в донной части которой расположен обжатый до 20% длинномерный пустотелый уплотняющий элемент 5 из резины, имеющий в поперечном сечении клиновидную форму. На наружных поверхностях уплотняющего элемента 5 имеется слой толщиной 1,5 мм синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля", обеспечивающей прочность адгезии к металлу при прямом отрыве не менее 0,1 МПа, и содержащей полисульфидный полимер, реагент на основе двуокиси марганца и дибутилфталата и продукт на основе блок-сополимера изопрена и стирола типа СИС.
Указанная синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" имеет прочность при разрыве 0,6 МПа (через 7 суток); относительное удлинение при разрыве 50,0% (через 7 суток), водопоглащение за 48 часов 0,5%; адгезию к бетону 0,9 МПа (28 суток); адгезию к металлу 1,9 МПа.
Стыковочная полость 4 заполнена плотноутрамбованным материалом 10, представляющим собой введенную под давлением 6-8 атм безусадочную композицию "Монофлекс А Френкеля", содержащую 99,918 мас% продукта, в основном включающего цемент безусадочный, суперпластификатор С3-3 в количестве 0,1-0,5% от массы цемента и минеральный наполнитель с размером частиц около 3,1 мм. Указанный продукт имеет прочность на сжатие в возрасте 28 суток не менее 50,0 Мпа, прочность при изгибе в возрасте 28 суток не менее 6,0 Мпа, линейное расширение в возрасте 28 суток не менее 0,07%. Также безусадочная композиция содержит 0,0107 мас% продукта на основе полисульфидного олигомера и вулканизатора и 0,0713 мас% продукта на основе блок-сополимера изопрена и стирола типа СИС.
Указанная безусадочная композиция имеет прочность при сжатии не менее 37,6 МПа (через 7 суток), не менее 63,4 по ГОСТу 3104 (через 28 суток); линейное расширение 0,01-0,1% (через 7 суток), водонепроницаемость не менее 0,9 МПа, самонапряжение 5,5-7,0 МПа.
Созданный гидроизоляционный стык предотвращает поступление грунтовых и поверхностных вод в тоннель метрополитена и обеспечивает водонепроницаемость при гидротехническом давлении грунтовых вод на обделку до 0,7 МПа, обеспечивает защиту от коррозии и водобиохимическую стойкость, герметичность стыка в условиях взаимных смещений чугунных обделок, кроме того создает монолитно-гибкое соединение стыкуемых чугунных элементов.
Пример 3
Стык чугунной обделки тоннеля метрополитена содержит между стыкуемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость, в донной части которой расположен обжатый до 20% длинномерный пустотелый уплотняющий элемент 5 из резины, имеющий в поперечном сечении клиновидную форму. На наружных поверхностях уплотняющего элемента 5 имеется слой толщиной 1,5 мм синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля", обеспечивающей прочность адгезии к металлу при прямом отрыве не менее 0,1 МПа, и содержащей полисульфидный полимер, реагент на основе двуокиси марганца и дибутилфталата и продукт на основе блок-сополимера бутадиена и стирола типа СБС.
Указанная синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" имеет прочность при разрыве 0,6 МПа (через 7 суток); относительное удлинение при разрыве 50,0% (через 7 суток), водопоглащение за 48 часов 0,5%; адгезию к бетону 0,9 МПа (28 суток); адгезию к металлу 1,9 МПа.
Стыковочная полость 4 заполнена плотноутрамбованным материалом 10, представляющим собой введенную под давлением 6-8 атм безусадочную композицию "Монофлекс А Френкеля", содержащую 99,750 мас% продукта, в основном включающего цемент безусадочный, суперпластификатор С3-3 в количестве 0,1-0,5% от массы цемента и минеральный наполнитель с размером
частиц 2,7 мм. Указанный продукт имеет прочность на сжатие в возрасте 28 суток не менее 50,0 Мпа, прочность при изгибе в возрасте 28 суток не менее 6,0 Мпа, линейное расширение в возрасте 28 суток не менее 0,07%. Также безусадочная композиция содержит 0,0321 мас% продукта на основе полисульфидного олигомера и вулканизатора и 0,2179 мас% продукта на основе блок-сополимера бутадиена и стирола типа СБС.
Указанная безусадочная композиция имеет прочность при сжатии не менее 37,6 МПа (через 7 суток), не менее 63,4 по ГОСТу 3104 (через 28 суток); линейное расширение 0,01-0,1% (через 7 суток), водонепроницаемость не менее 0,9 МПа, самонапряжение 5,5-7,0 МПа.
Созданный гидроизоляционный стык предотвращает поступление грунтовых и поверхностных вод в тоннель метрополитена и обеспечивает водонепроницаемость при гидротехническом давлении грунтовых вод на обделку до 0,7 МПа, обеспечивает защиту от коррозии и водобиохимическую стойкость, герметичность стыка в условиях взаимных смещений чугунных обделок, кроме того создает монолитно-гибкое соединение стыкуемых чугунных элементов.