ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЙ СБОРОЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Назначение и область применения
Полезная модель относится к области строительства, а именно к  железобетонным сборочным элементам для конструкций, предназначенных для применения при капитальном строительстве как элементы для сборки по месту смотровых, дождевых и перепадных колодцев и камер (далее – колодцев), устанавливаемых на водопроводных, канализационных сетях и коллекторах, транспортирующих сточные, хозяйственно-бытовые, ливневые, производственные и близкие к ним по составу воды.
Предшествующий уровень техники
Из предшествующего уровня техники известны различные жесткие конструкции железобетонных сборочных элементов, в том числе, например, применяемых в конструкциях туннельных оболочек, в частности, выполненные обделкой туннеля скрепленными между собой сборными элементами различной конструкции, формирующих профиль туннеля.
По патенту СССР №1209884, кл. Е21D 11/08, опубл. 07.02.1986 г. известна сборная обделка туннеля из армополимербетонных блоков, включающая армированные стеновые блоки с продольной и поперечной арматурой, выполненной в виде кольцевой спирали.
Известен покрытый герметиком бетонный сегмент для формирования туннеля путем соединения множества сегментов, содержащих тело сегмента, включающее плиту основания для покрытия, по меньшей мере, одной поверхности сегмента, составляющего внешнюю или внутреннюю поверхность туннеля, и герметик в качестве покрытия - WO9816721, кл. E21D 11/08, опубл. 23.04.98 г.
Известен также бетонный сегмент, снабженный скрепленным с ним листовым покрытием из пластика и расположенными в шахматном порядке пластиковыми анкерами, замоноличенными в бетон сегмента, имеющий при этом выемки для заливки герметика по краям сегмента, в приграничных к покрытию областях (JP2000145394, кл. E21D 11/38, опубл. 26.05.2000 г).
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является кольцевой элемент сборной обделки туннеля, содержащий соединенные между собой блоки, каждый из которых выполнен из бетона и имеет выпуклую внешнюю поверхность и противолежащую ей внутреннюю поверхность с размещенной на внутренней поверхности защитной футеровкой, прочно соединенной с массивом бетона и снабженной армирующими упрочняющими элементами (пат. РФ №2386754, кл. E02D 29/00, опубл. 20.04.2010 г).
Недостатками данной конструкции, как и рассмотренных выше аналогов, являются недостаточные жесткость футеровки и прочность сцепления между футеровочным слоем и бетоном, а также низкая коррозионная стойкость футеровочного слоя к агрессивным средам.
Сущность полезной модели
Техническая проблема, решаемая настоящей полезной моделью, заключается в создании конструкции железобетонного сборочного элемента, снабженного покрытием защитной футеровки со свойствами водонепроницаемости при одновременном повышении жесткости футеровки и прочности сцепления (адгезии) между покрытием футеровки и железобетонной поверхностью корпуса сборочного элемента.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной надежности конструкции за счет повышения показателя прочности покрытия футеровки, жёсткости конструкции элемента и предотвращения коррозии стенок железобетонного сборочного элемента под воздействием агрессивной среды.
Заявленный технический результат достигается  тем, что используют Железобетонный сборочный элемент, содержащий корпус, выполненный из армирующей стальной арматуры и бетона, включающий, по меньшей мере, торцевую поверхность, а также смежных с ней и противолежащих по ее ширине несущие рабочие поверхности, по меньшей мере, одна из которых снабжена покрытием защитной футеровки, прочно соединенным с железобетонным основанием смежной несущей поверхности корпуса и снабженным армирующими элементами, отличающийся тем, что защитная футеровка выполнена водонепроницаемой, в виде сплошного многослойного ламинирующего покрытия, выполненного из полимерных композитных материалов и включающего, по меньшей мере, слой грунтовки, армирующий и внешний слои, уложенные непрерывно-послойно, где слой грунтовки, сопряженный со смежной поверхностью корпуса, выполнен на основе термореактивного полимерного связующего, армирующий слой, по меньшей мере, содержит пропитанный термореактивным полимерным связующим армирующий материал на основе стеклонитей, рубленых стеклянных волокон и/или стекломата на их основе, а внешний слой, контактирующий со средой, по меньшей мере, выполнен на основе термореактивного полимерного связующего или армирующего материала пропитанного термореактивным полимерным связующим, причем толщина покрытия защитной футеровки составляет не менее 3,5 мм, а прочность его сцепления с железобетонным основанием смежной несущей поверхности корпуса составляет не менее 1,27 МПа.
В предпочтительном варианте осуществления термореактивное полимерное связующее, выбрано из группы полиэфирных и эпоксивинилэфирных смол, а в качестве армирующего материала армирующего и внешнего слоя, в одном варианте используют стекломат, в другом, стеклоткань, в еще одном варианте осуществления -  ровинговую ткань. В одном возможном варианте осуществления, в качестве термореактивного полимерного связующего применяют ненасыщенные полиэфирные смолы  с  показателем температуры тепловой деформации от + 65°С, тогда как в другом варианте, в качестве термореактивного полимерного связующего применяют эпоксивинилэфирную смолу с показателем температуры тепловой деформации от + 105°С.
При этом, согласно заявленному решению полезной модели, содержание термореактивного полимерного связующего в слоях защитной футеровки, изготовленной на основе пропитанного связующим армирующего материала на основе стеклоткани, составляет 44-64%, при этом, в другом варианте,  содержание термореактивного полимерного связующего в слоях защитной футеровки, изготовленной на основе пропитанного связующим армирующего материала на основе стекломата - 55 -75%.
В соответствии с любым из указанных вариантов осуществления возможно также выполнение армирующего слоя покрытия защитной футеровки многослойным, слои которого дополнительно монолитно соединены между собой связующим слоем на основе термореактивного полимерного связующего. При этом, армирующий материал армирующего слоя, в возможных вариантах осуществления, может содержать эмульсионный стекломат, композиционную стеклоткань, а также ровинговую стеклоткань.
2
2
2
В одном из возможных вариантов осуществления заявленной полезной модели, внешний слой может содержать слой стекломата, пропитанного полиэфирной смолой с расходом смолы на стекломат не менее 550 г/м, тогда как, в следующих других вариантах осуществления, армирующий слой может содержать слой стеклоткани , в одном из указанных вариантов, слой стекломата, в другом варианте,  пропитанный термореактивным полимерным связующим с расходом связующего на стеклоткань не менее 440 г/м, в первом варианте, а на стекломат – 550 г/м, во втором из указанных вариантов осуществления заявленной полезной модели.
В еще одном из возможных, предпочтительных, вариантов осуществления заявленной полезной модели покрытие защитной футеровки может быть нанесено на каждую из несущих рабочих поверхностей корпуса.
Согласно заявленному решению полезной модели торцевая поверхность может быть выполнена стыковочной и снабжена ответными элементами замкового соединения, по меньшей мере, один из которых выполнен в виде паза, который в другом варианте осуществления полезной модели, для герметизации стыков между элементами конструкции, предпочтительно, снабжен резиновой лентой, которая может быть уложена в паз вровень краю паза. При этом, предпочтительно, резиновая лента выполнена с обеспечением возможности сжатия в процессе эксплуатации не менее 80% и герметизации места стыка смежных сборочных железобетонных элементов.
В соответствии с заявленным решением полезной модели по любому из возможных вариантов осуществления, покрытие защитной футеровки выполнено бесшовным, при этом слой грунтовки, предпочтительно, составляет не более 3-5% от общей толщины покрытия защитной футеровки, армирующий слой – 77-80%, а внешний слой – не более 15-20%.
Краткое описание чертежей.
Сущность заявленного решения поясняется следующим иллюстративными материалами.
Фиг. 1 - общий вид покрытия по слоям на железобетонном сборочном элементе (фрагмент).
Фиг.2 – Схема укладки резиновой ленты и стыковки сборочных элементов.
Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и не могут рассматриваться в качестве ограничений ее содержания, которое может включать другие возможные варианты осуществления.
Осуществимость полезной модели
Согласно заявленному решению полезной модели, как представлено на одном из вариантов ее осуществления на схеме фиг.1, железобетонный сборочный элемент состоит из корпуса 1, представляющего собой железобетонное изделие, и многослойного защитного покрытия футеровки (футеровки), включающего слой грунтовки 2, сопряженный с железобетонным основанием смежной со слоем грунтовки несущей поверхности корпуса, внешний слой 4 и расположенный между ними армирующий слой 3 образующих единое сплошное покрытие. Каждый из указанных слоев футеровки является функциональным, образуя в структуре защитного покрытия футеровки функциональные группы, и может быть выполнен в виде одного слоя, группы слоев (многослойным), например, как представлено в примере осуществления армирующего слоя на чертеже фиг.1.
Согласно заявленному решению полезной модели, пример осуществимости которой представлен на схемах фиг.1 и 2, покрытие защитной футеровки выполнено водонепроницаемым, в виде сплошного, бесшовного, многослойного ламинирующего покрытия, выполненного из полимерных композитных материалов, где  слой грунтовки, армирующий и внешний слои, уложены непрерывно-послойно. При этом, слой грунтовки 2, сопряжен со смежной поверхностью корпуса и выполнен на основе термореактивного полимерного связующего. Армирующий 3 слой, состоит из одного или нескольких слоев, например, как представлено в примере осуществления фиг.1, пропитанных термореактивным полимерным связующим армирующего материала на основе стеклонитей, рубленых стеклянных волокон и/или стекломата на их основе, а внешний слой, контактирующий со средой, может быть выполнен на основе термореактивного полимерного связующего или, в случае необходимости повышения прочности покрытия, на основе армирующего материала пропитанного термореактивным полимерным связующим.
Исходя из назначения и области применения заявленной полезной модели, а также решаемой полезной моделью технической проблемы и достигаемого технического результата,  покрытие защитной футеровки должно обеспечивать водонепроницаемость конструкции со стороны нанесения футеровки, а также возможность длительной эксплуатации конструкции под воздействием агрессивной среды и в условиях внешних сдавливающих нагрузок. Для достижения указанного технического результата в конструкции заявленного решения железобетонного сборочного элемента, в составе покрытия футеровки, предпочтительно, используют термореактивное полимерное связующее, выбранное из группы полиэфирных, винилэфирных, эпоксидных и эпоксивинилэфирных смол, а армирующие материалы армирующего и внешнего слоя, выбирают из группы армирующих материалов на основе стеклянных волокон таких как: стеклоткань, стекломат, ровинговая ткань, гибридные армирующие материалы. Термореактивные полимерные связующие указанных групп характеризуются высокой устойчивостью к коррозии и воздействию различных агрессивных сред, а также изменению температуры, имеют высокую адгезию, а также высокую прочность и стойкость к ударным нагрузкам. Технологический процесс нанесения, пропитки и доведения слоя покрытия на их основе до рабочих эксплуатационных характеристик прост и не требует применения  сложной технологической оснастки и больших временных затрат на осуществления всех технологических операций. При этом, применение в качестве армирующих материалов  стеклоткани, стекломата или ровинговой ткани, указанных выше, в сочетании с термореактивным связующим, выбранным из вышеуказанного ряда позволяет существенным образом повысить прочностные и защитные свойства покрытия, с возможностью выбора требуемого состава каждого из функциональных слоев футеровки, обеспечивающих достижение заданных параметров эксплуатационных характеристик. В частности, выбор в качестве связующего ненасыщенной полиэфирной смолы, например, Synthopan 960-74, с  показателем температуры тепловой деформации от + 65°С позволяет формировать единое, бесшовное покрытие, обладающее высокой прочностью и адгезией, в частности, к железобетонному основанию, способное сохранять требуемые эксплуатационные и защитные свойства в диапазоне температур до показателя температуры тепловой деформации смолы, т.е. ограниченным +60°С, что исключает применение конструкции в условиях транспортирования горячих теплоносителей и тому подобных конструкциях. В то же время,  использование в качестве термореактивного полимерного связующего эпоксивинилэфирных смол, например, ATTSHIELD 41 ,  с показателем температуры тепловой деформации от + 105°С позволяет осуществлять эксплуатацию железобетонного сборочного элемента с данным защитным покрытием футеровки в составе трасс теплоснабжения и горячего водоснабжения, в иных технологических линиях, эксплуатируемых в  условиях повышенных температур до +100°С.
Согласно заявленной полезной модели, слой грунтовки в наиболее предпочтительном варианте выполнен из ненасыщенной полиэфирной смолы, например, Synthopan 960-74, обладающей повышенными тепловыми и механическими свойствами, а также сцеплением с бетонным основанием поверхности корпуса железобетонного сборочного элемента, на которую наносится покрытие защитной футеровки. Выбор полиэфирных, предпочтительно, ненасыщенных полиэфирных смол в качестве материала для выполнения слоя грунтовки позволяет за счет физико-химических свойств данных материалов, обеспечить высокий уровень адгезии между железобетонным элементом и армирующим слоем покрытия футеровки, влагостойкость, а также компенсацию противоречия линейных температурных расширений контактирующих с грунтовкой материалов, что обеспечивает повышение показателя жёсткости, способствует предотвращению коррозии стенок железобетонного изделия под воздействием агрессивной среды, повышая тем самым надежность и высокие эксплуатационные свойства покрытия защитной футеровки.
Для формирования слоя грунтовки термореактивне полимерное связующее, например, ненасыщенную полиэфирную смолу Synthopan 960-74 смешивают с катализатором, например, Promox P200 TX, как отвердитель в пропорции 10 грамм синтетического оксида железа на 1 килограмм смолы. Далее, смешивают смолу и синтетический оксид железа в пропорции 10 грамм синтетического оксида железа на 1 килограмм смолы и перемешивают до достижения установленного  цвета смеси.
2
Смолу наносят на защищаемую несущую рабочую поверхность, например, для цилиндрических конструкций - внутреннюю поверхность, железобетонного сборочного элемента, вручную прокаточными валиками в один слой. Для достижения требуемой адгезии с бетонным основанием корпуса и армирующим слоем, расход смолы при формировании слоя грунтовки не менее 225 г/м обрабатываемой поверхности.
Армирующий слой выкладывают на слой грунтовки вручную, при этом, количество слоем его составляющих и выбор материалов формирующих каждый из них определяется условиям эксплуатации сборочного элемента. При этом, армирующий слой обеспечивает требуемый уровень адгезии между слоем грунтовки и внешним слоем покрытия и обеспечения водо-газонепроницаемости конструкции.
2
2
Для обеспечения монолитности и бесшовности покрытия футеровки в его рабочем состоянии, осуществляют предварительный раскрой армирующего материала каждого подслоя и его укладку по защищаемой поверхности с фиксируемым перехлестом на стыках отрезов армирующего материала(например, стеклоткани и/или стекломата) и смещением мест перехлеста в каждом подслое на фиксированную величину, с образованием единой структуры. При этом, каждый из выложенных слоев пропитывают термореактивным полимерным связующим, например, ненасыщенной полиэфирной смолой, и раскатывают дисковыми валиками для удаления воздушных пузырей. Расход полиэфирной смолы при нанесении  на стеклоткань не менее 440 г/м, а на стекломат – 550 г/м.
2
Внешний слой выкладывают на армирующий слой для усиления защиты армирующего наполнения покрытия футеровки. Внешний слой, согласно заявленной полезной моделью, также может быть выложен вручную, например, в один слой стекломата, который по аналоги с выкладкой армирующих материалов армирующего слоя, выкладывается с перехлёстом на стыках отрезов материала армирующего наполнителя при формировании слоя. Сформированный слой пропитывают термореактивным полимерным связующим, например, полиэфирной смолой, и раскатывают слой, например, дисковыми валиками для удаления воздушных пузырей. При этом, для достижения требуемой прочности как слоя, так и покрытия футеровки в целом, расходом смолы на стекломат составляет не менее 550 г/м.
В общей сложности, согласно заявленному решению полезной модели, для достижения заявленного технического результат, содержание термореактивного полимерного связующего в слоях защитной футеровки, изготовленной на основе пропитанного связующим армирующего материала на основе рубленых стеклянных волокон или стеклоткани на их основе, составляет 44-64%, а на основе стекломата - 55 -75%. При данных показателях, толщина покрытия защитной футеровки, составляет не менее 3,5 мм, а прочность его сцепления с железобетонным основанием смежной несущей поверхности корпуса, как показали результаты испытаний, составляет не менее 1,27 МПа, что существенно превышает показатели известных из уровня техники аналогов.  Прочность адгезии постоянна по всей поверхности покрытия, что подтверждает его монолитность и повышает эксплуатационные характеристики конструкции элемента. Прочность покрытия футеровки и его влагостойкость по результатам испытаний также превысили аналогичные показатели известных аналогов.
В предпочтительном варианте осуществления заявленного решения, слой грунтовки, составляет не более 3-5% от общей толщины покрытия защитной футеровки, армирующий слой – 77-80%, а внешний слой – не более 15-20%.
Железобетонный элемент в разных вариантах осуществления заявленной полезной модели, может быть выполнен в форме панели, а также полой объемной фигуры, с открытым с обеих сторон каналом. Например, железобетонный элемент может быть выполнен в форме полого цилиндра. Кроме того, железобетонный элемент также может быть выполнен и в форме части объемных фигурных, например, выполненным в виде сегмента конструкци. Очевидно, что для сегментов объемных конструкций и панельных решений элемента его корпус будет содержать торцевую поверхность, расположенную по контуру конструкции и две несущие рабочие поверхности. При формировании корпуса железобетонного сборочного элемента, например, в форме цилиндра, корпус содержит две торцевые поверхности и расположенные между ними несущие рабочие поверхности, при этом, одна из них будет внутренней, а вторая – внешней.
При этом, покрытие защитной футеровки 7 (фиг.2) может быть нанесено на каждую из несущих рабочих поверхностей корпуса, предпочтительно с отступом от края поверхности не более 80мм, что определяется типоразмером используемых типовых конструкций, а также требованиями для обеспечения формирования стыковочных поверхностей железобетонных сборочных элементов согласно заявленному решению полезной модели.
Как следует из представленного на схеме фиг. 2 примера осуществления, торцевая поверхность, в частности кольцевого элемента,  может быть выполнена стыковочной и снабжена ответными элементами замкового соединения, по меньшей мере, один из которых выполнена в виде паза 5, который для герметизации стыков между элементами конструкции, снабжен резиновой лентой 6, например, RubberElast , которая может быть уложена в паз вровень к его краю. При этом, предпочтительно, резиновая лента выполнена с обеспечением возможности сжатия в процессе эксплуатации не менее 80% и герметизации места стыка смежных сборочных железобетонных элементов. Данный показатель сжатия позволяет обеспечить надежность конструкции в целом и ее герметичность в условиях воздействия силовых нагрузок.
Таким образом, заявленное решение конструкции железобетонного сборочного элемента, снабженного  футеровкой, выполненной согласно заявленному решению полезной модели, а также выполнения элементов замкового соединения, реализованных на корпусе сборочного элемента, снабженного  резиновой лентой, обеспечивает  повышение эксплуатационной надежности конструкции за счет повышения показателя прочности покрытия футеровки, жёсткости конструкции элемента и предотвращения коррозии стенок железобетонного сборочного элемента под воздействием агрессивной среды.