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 создание стыка, конструкция которого позволяет обеспечить прочное соединение элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, в том числе в условиях постоянного агрессивного воздействия грунтовых вод, в том числе, содержащих соли разной степени концентрации, органические гуминовые кислоты, и воздействия постоянных вибраций, возникающих при эксплуатации метрополитена.
Эта задача достигается тем, что в стыке чугунной обделки тоннеля метрополитена, включающем расположенную между соединяемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость с цементсодержащим материалом, согласно заявляемой полезной модели, стыковочная полость содержит монолитно-гибкий вкладыш, соответствующий по объему и конфигурации стыковочной полости, выполненный из материала, включающего 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, а соединяемые поверхности элементов чугунной обделки содержат слой продукта на основе полисульфидного олигомера и названного термоэластопласта.
Благодаря заявляемой полезной модели создан стык, конструкция которого позволяет обеспечить прочное соединение элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, в том числе в условиях постоянного агрессивного воздействия грунтовых вод, содержащих соли разной степени концентрации, и при воздействии постоянных вибраций, возникающих при эксплуатации метрополитена.
Согласно заявляемой полезной модели, полезно, чтобы в качестве минерального наполнителя продукт на основе цемента содержал песок или дробленный гранит.
Согласно заявляемой полезной модели, полезно, чтобы продукт на основе цемента дополнительно содержал суперпластификатор С3-3 или СП10-03 в количестве 0,1-0,5% от массы цемента и/или кремнийорганическую добавку типа силоксана натрия в количестве 0,05-0,5% от массы цемента.
Другие цели и преимущества заявляемой полезной модели станут ясны из последующего подробного описания стыка чугунной обделки тоннеля метрополитена и прилагаемых чертежей, на которых
Фиг.1 изображает стык чугунной обделки тоннеля метрополитена, согласно заявляемой полезной модели, поперечный разрез;
Стык, согласно заявляемой полезной модели, включает расположенную между соединяемыми поверхностями 1 и 2 (фиг.1) элементов 3 чугунной обделки метрополитена стыковочную полость 4, в которой соединяемые поверхности 1 и 2 элементов 3 чугунной обделки содержат слой 5 продукта на основе эластомера, выбранного из группы, содержащей полисульфидный полимер, полиуретановый полимер, и термоэластопласта, выбранного из группы, включающей блок-сополимеры бутадиена и стирола типа СБС, блок-сополимеры изопрена и стирола типа СИС. Указанный продукт также содержит вулканизатор.
Указанный продукт, который авторы настоящей заявки называют композиция "Монофлекс Е Френкеля», имеет прочность адгезии к металлу при прямом отрыве не менее 0,1 Мпа.
Преимущественно в качестве вулканизатора синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" содержит реагент на основе бихромата натрия и дибутилфталата или содержит реагент на основе двуокиси марганца и дибутилфталата. Возможно, чтобы качестве вулканизатора синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" содержала оксиды свинца, марганца.
Помимо указанных компонентов, синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" может содержать эпоксидную смолу, например, марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84), неорганический пигмент - углерод технический П-803 (ГОСТ 7885-86Е) или сажу белую БС-120 (ГОСТ 18307-78), модификатор в виде, например, олигоэфиракрилата, кремнеорганического соединения ГЭКОС-М (ТУ 6-06-101-9-91), а также смолу каменноугольную (ГОСТ 492) или фенолформальдегидную (ГОСТ 18694-80).
Также синтетическая композиция "Монофлекс Е Френкеля" может содержать такой ускоритель вулканизации, как гуанид Ф или такие вулканизирующие вещества как бихроматы кальция, натрия или другого щелочного или щелочноземельного металла, отдельно или в сочетании с окислами свинца, марганца или других металлов переходной валентности. Такие ускорители могут содержаться в количестве от около 0,1 до 0,5, предпочтительно, от около 0,2 до 0,3 масс.%. Обычно вулканизация происходит при комнатной температуре без необходимости специального нагрева.
Для применения синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля" в заявленных целях полисульфидный полимер модифицируют путем добавления кремнийорганической смолы, чтобы улучшить адгезионные свойства такого полимера.
Преимущественно слой 5 синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля" на соединяемых поверхностях 1 и 2 элементов 3 чугунной обделки тоннеля метрополитена составляет от 1,0 до 1,5 мм.
Согласно заявляемой полезной модели, стыковочная полость 4 содержит монолитно-гибкий вкладыш 6, соответствующий по объему и конфигурации стыковочной полости 4. Монолитно-гибкий вкладыш 6 выполнен из материала, включающего 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, примеси - остальное. Этот материал авторы настоящей заявки называют "Монофлекс А Френкеля".
В качестве примера 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 вьшускаемый по ТУ 38.103392-83, пиперилен-стирольный блок-сополимер вьшускаемый 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.
В материале "Монофлекс А Френкеля" цемент безусадочный имеет коэффициент расширения не более примерно 0,5%, более предпочтительно, менее примерно 0,3%.
В качестве минерального наполнителя материал "Монофлекс А Френкеля" преимущественно содержит песок или дробленный гранит. При желании могут использоваться другие наполнители, известные специалистам в данной области техники, такие как стекло, кремнезем, тальк, углеродная сажа и тому подобные наполнители по отдельности или в различных сочетаниях одного или нескольких таких материалов. Конкретные размеры частиц наполнителя и оптимальное количество определяется обычным опытным путем.
Возможно, чтобы композиция "Монофлекс А Френкеля" дополнительно содержала суперпластификатор С3-3 или СП10-03 в количестве 0,1-0,5% от массы цемента и/или кремнийорганическую добавку типа силоксана натрия в количестве 0,05-0,5% от массы цемента.
Как композиция "Монофлекс А Френкеля", так и композиция "Монофлекс Е Френкеля" обладают высокой стойкостью в воде, минерализованных водах, в среде органических гуминовых кислот.
Технология создания заявляемого стыка намного проще и эффективнее по ее осуществлению.
В заявляемом стыке исключается образование блуждающих токов.
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 постоянного агрессивного воздействия грунтовых вод, содержащих соли разной степени концентрации, и при воздействии постоянных вибраций, возникающих при эксплуатации метрополитена.
Деформации, возникающие в чугунной обделке метрополитена, элементы которой соединены заявляемой конструкцией стыка, надежно компенсируются и поглощаются указанным выше слоем 2 синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля" и монолитно-гибким вкладышем 6, который соответствует по объему и конфигурации стыковочной полости 4 и выполнен из материала "Монофлекс А Френкеля".
Такая надежность компенсации нагрузок обеспечивается высокими механическими характеристиками самого слоя 2 синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля", а также химическими связями на границах раздела двух сред: слой 2 синтетической композиции "Монофлекс Е Френкеля" - монолитно-гибкий вкладыш 6 из материала "Монофлекс А Френкеля".
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 давлении превышающем 1,6 МПа.
Пример 1
Стык элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, имеющий расположенную между соединяемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость с монолитно-гибким вкладышем, который соответствует по объему и конфигурации стыковочной полости. Вкладыш выполнен из материала, включающего 99,675 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 материал
вкладыша 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.
Соединяемые поверхности элементов чугунной обделки содержат слой продукта на основе полисульфидного олигомера и блок-сополимера бутадиена и стирола типа СБС.
Указанный стык сборных железобетонных конструкций метрополитена имеет предел прочности при изгибе конструкции в месте стыка, равный 8,7 МПа, предел прочности при сжатии - 66,8 МПа, линейное расширение - 0,1%, в стыке наблюдают его водонепроницаемость при давлении превышающем 1,6 МПа.
Пример 2
Стык элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, имеющий расположенную между соединяемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость с монолитно-гибким вкладышем, который соответствует по объему и конфигурации стыковочной полости. Вкладыш выполнен из материала, включающего 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 материал вкладыша 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.
Соединяемые поверхности элементов чугунной обделки содержат слой толщиной 1,5 мм продукта на основе полисульфидного олигомера и блок-сополимера изопрена и стирола типа СИС.
Указанный стык сборных железобетонных конструкций метрополитена имеет предел прочности при изгибе конструкции в месте стыка, равный 8,7 МПа, предел прочности при сжатии - 66,8 МПа, линейное расширение - 0,1%, в стыке наблюдают его водонепроницаемость при давлении превышающем 1,6 МПа.
Пример 3
Стык элементов чугунной обделки тоннеля метрополитена, имеющий расположенную между соединяемыми поверхностями элементов чугунной обделки стыковочную полость с монолитно-гибким вкладышем, который соответствует по объему и конфигурации стыковочной полости.
Вкладыш выполнен из материала, включающего 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 материал вкладыша 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.
Соединяемые поверхности элементов чугунной обделки содержат слой толщиной 1,0 мм продукта на основе полисульфидного олигомера и блок-сополимера бутадиена и стирола типа СБС.
Указанный стык сборных железобетонных конструкций метрополитена имеет предел прочности при изгибе конструкции в месте стыка, равный 8,7 МПа, предел прочности при сжатии - 66,8 МПа, линейное расширение - 0,1%, в стыке наблюдают его водонепроницаемость при давлении превышающем 1,6 МПа.