КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТЫК

Заявляемая полезная модель относится к средствам соединения строительных конструкций и сооружений, а точнее касается компенсационного стыка, представляющего собой место соединения, например, строительных элементов типа балок, колонн, поясов ферм, соединяемых торцами, или строительных элементов типа панелей и плит, соединяемых боковыми гранями.
Заявляемая полезная модель найдет применение в подземном, в транспортном строительстве при возведении монолитно-прессованных обделок, при ремонтных бетонных работах, а также может быть применена при устройстве гражданских и гидротехнических сооружений.
Известны стыки железобетонных сборных элементов, классифицируемые по характеру работы на гибкие и на жесткие. Растянутые стыки содержат в полости между соединяемыми элементами закрепленные путем сварки стальные закладные детали, выпуски арматуры, а также заполняющий мелкозернистый раствор. Гибкие стыки содержат в полости между соединяемыми элементами металлические или резиновые компенсаторы, заделанные своими концами в стыкуемые поверхности элементов, а также разнообразные полимерные и битумные герметики. Выполняя свое функциональное назначение, указанные стыки характеризуются сложностью конструкции, трудоемкостью исполнения и являются зачастую водопроницаемыми. Такие стыки в начальный период эксплуатации отличаются высокой адгезией материала, заполняющего полость, к соединяемым поверхностям, и непроницаемостью, но со временем, как показал опыт, адгезия уменьшается до минимума, и стык становится проницаемым, в частности, для влаги. Заполнение полости вставкой на основе напрягающего цемента с большим расширением и самонапряжением приводит к напряжениям в стыке, приводящим к скалыванию и разрушению соединяемых железобетонных конструкций.
Для повышения надежности соединения элементов конструкций выполняют стыки, содержащие в его полости вставку из цементного раствора, имеющую на границе прилегания со стенкам соединяемых элементов битумно-латексный слой и слой битумной мастики. Однако и такие стыки не обеспечивают прочного сцепления между соединяемыми элементами конструкций ввиду низкой адгезии битума к бетону, при этом жесткая вставка в полости стыка не обеспечивает необходимой гибкости соединения.
Наиболее близким к предлагаемому является стык, содержащий в стыковочной полости монолитный железобетон или сборные железобетонные плиты, проклеенные битумной мастикой (RU, 159564, МПК: E21D 11/00).
Недостатками известного стыка являются трудоемкость выполняемого соединения, водопроницаемость заполненной стыковой полости и ее низкая гибкость, не обеспечивающая достаточной компенсации при попеременном механическом и тепловом воздействии, что приводит к появлению трещин и проницаемости в месте стыка.
В основу заявляемой полезной модели положена задача создание компенсационного стыка, характеризуемого высокой водонепроницаемостью, морозостойкостью и высокой гибкостью, обеспечивающей необходимую подвижность и прочность соединения при воздействии нагрузок.
Технический эффект, который может быть достигнут при использовании предлагаемого компенсационного стыка, заключается в обеспечении высокой адгезии во времени стыкуемых поверхностей друг к другу, водонепроницаемости и морозостойкости стыка при его высокой гибкости, обеспечивающей необходимую подвижность и прочность соединения в условиях воздействия нагрузок.
2
3
2
3
Эта задача достигается тем, что в компенсационном стыке, включающем расположенную между соединяемыми поверхностями элементов стыковочную полость, заполненную материалом на основе вяжущего, согласно заявляемой полезной модели, в стыковочной полости расположен соответствующий ее размерам и форме цементный камень на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси, включающей оксиды CaO, AlO, FeO и полимерные добавки, имеющий на границе прилегания к стенкам стыковочной полости клеевой слой толщиной от 0,1 до 1,0 мм на основе тиоколового герметика, модифицированного кремнийорганическими промоторами адгезии.
Благодаря указанной конструкции заявляемого стыка достигнута возможность высокой адгезии стыкуемых поверхностей друг к другу, водонепроницаемости и морозостойкости стыка при его высокой гибкости, обеспечивающей необходимую подвижность и прочность соединения в условиях воздействия нагрузок.
Для образования компенсационного стыка, который сохраняет свою прочность и непроницаемость при воздействии поперечных растягивающих и сжимающих нагрузок, нагреваний и охлаждений, согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы цементный камень на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси включал в качестве полимерных добавок эмульсии каучуков.
Согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы цементный камень на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси включал в качестве полимерных добавок силоксановые жидкости с пластификатором, что обеспечивает высокую, незатухающую адгезию герметика к бетону, интенсификацию твердения и совулканизацию системы бетон-герметик как в начальный период образования цементного камня, так и на протяжении всего последующего периода.
2
3
2
3
Эта задача достигается также тем, что в компенсационном стыке, включающем расположенную между соединяемыми поверхностями элементов стыковочную полость, заполненную материалом на основе вяжущего, согласно заявляемой полезной модели, в стыковочной полости расположен соответствующий ее размерам и форме цементный камень на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси, включающей оксиды CaO, AlO, FeO и полимерные добавки, имеющий на границе прилегания к стенкам стыковочной полости клеевой слой толщиной от 0,1 до 1,0 мм на основе силоксанового герметика, модифицированного кремнийорганическими промоторами адгезии.
Благодаря указанной конструкции заявляемого стыка достигнута возможность высокой адгезии стыкуемых поверхностей друг к другу, водонепроницаемости и морозостойкости стыка при его высокой гибкости, обеспечивающей необходимую подвижность и прочность соединения в условиях воздействия нагрузок.
Для образования компенсационного стыка, который сохраняет свою прочность и непроницаемость при воздействии поперечных растягивающих и сжимающих нагрузок, нагреваний и охлаждений, согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы цементный камень на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси включал в качестве полимерных добавок эмульсии каучуков.
Согласно заявляемой полезной модели, целесообразно, чтобы цементный камень на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси включал в качестве полимерных добавок силоксановые жидкости с пластификатором, что обеспечивает высокую, незатухающую адгезию герметика к бетону, интенсификацию твердения и совулканизацию системы бетон-герметик как в начальный период образования цементного камня, так и на протяжении всего последующего периода.
Дальнейшие цели и преимущества заявляемой полезной модели станут ясны из последующего подробного описания компенсационного стыка и прилагаемых чертежей, на которых
фиг. 1 компенсационный стык, согласно полезной модели, продольный разрез;
фиг. 2 - то же, другой вариант выполнения;
фиг. 3 - то же, еще один вариант выполнения.
2
3
2
3
Компенсационный стык включает расположенную между соединяемыми поверхностями 1 и 2 элементов конструкции стыковочную полость 3, в которой, согласно заявляемой полезной модели, расположен соответствующий ее размерам и форме цементный камень 4 на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси, включающей оксиды CaO, AlO, FeO и полимерные добавки. На границе прилегания к стенкам стыковочной полости 3 цементный камень 4 имеет клеевой слой 5 толщиной от 0,1 до 1,0 мм, выполненный на основе тиоколового герметика или силоксанового герметика, модифицированного кремнийорганическими промоторами адгезии силанового и силанольного типа.
Согласно заявляемой полезной модели, цементный камень на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси преимущественно включает в качестве полимерных добавок эмульсии каучуков или силоксановые жидкости с пластификатором, что обеспечивает совместно с клеевым слоем 5 образование компенсационного стыка между соединяемыми поверхностями 1 и 2 элементов конструкции, который сохраняет свою прочность и непроницаемость при воздействии поперечных растягивающих и сжимающих нагрузок, нагреваний и охлаждений.
Наличие клеевого слоя 5 на основе тиоколового или силоксанового герметиков, модифицированных специальными добавками - промоторами адгезии - обеспечивает высокую, незатухающую адгезию герметика к бетону, интенсификацию твердения и совулканизацию системы бетон-герметик как в начальный период образования цементного камня, так и на протяжении всего последующего периода.
Наличие в стыковочной полости 3 цементного камня 4 на основе безусадочного материала из цементно-песчаной смеси с полимерными добавками, обладающего высокой прочностью и непроницаемостью, способствует и обеспечивает совместно с клеевым слоем 5 образование компенсационного стыка, который сохраняет свою прочность и непроницаемость при воздействии поперечных растягивающих и сжимающих нагрузок, нагреваний и охлаждений.
Согласно заявляемой полезной модели, толщина клеевого слоя 5 находится в пределах 0,1-1 мм. Как показали эксперименты, толщина герметизирующего клеевого слоя 5 не должна превышать 1 мм. Это объясняется ускорением вулканизации с уменьшением толщины слоя 5, а также уменьшением внутренних напряжений при отверждении и ориентации эффектов, приводящих к анизотропии слоя 5.
Конструкция компенсационного стыка в рамках заявленной полезной модели позволяет его применять в несущих, нагруженных конструкциях и полностью передавать продольные сжимающие или растягивающие усилия.
2
3
2
3
В предлагаемой конструкции стыка твердение безусадочного цементного раствора в стыковочной полости 3 и вулканизация герметика клеевого слоя 4 протекало одновременно за счет щелочной среды цементного камня 4 и наличия в нем окислов CaO, AlO, FeO, вулканизирующих и упрочняющих герметик. Интенсификация вулканизации герметика (силоксанового типа) и его упрочнение происходило дополнительно за счет наличия жидкой фазы в свежеуложенном безусадочном цементном растворе. Выделявшаяся же при вулканизации герметика влага (в тиоколовых герметиках) связывалась свежеуложенным цементным раствором и не ослабляла клеевого слоя 5. Входящие в составы герметиков добавки - промоторы адгезии силанового и силанольного типа (аэросилы, тетраэтоксисиланы) оказывали ускоряющее воздействие на твердение безусадочных цементных растворов, модифицированных полимерными добавками, образовывали дополнительные связи на границах раздела, причем, поскольку возникновение этих связей происходило в присутствии влаги и носило обратимый характер, клеевой слой 5 стал характеризоваться незатухающим со временем ростом его адгезионных свойств.
Таким образом благодаря тому, что клеевой слой 5 и цементный камень 4 выполнены из взаимодействующих материалов, вызывающих совулканизацию герметика и цементного материала, а также твердение во времени цементного камня, нами обеспечено достижение достаточно высоких физико-механических свойств заявляемой конструкции компенсационного стыка.
Согласно заявляемой полезной модели, преимущественно цементный камень 4, расположенный в названной полости 3, выполнен из, так называемого, Монофлекса А - материала, включающего цемент с расширением не более 0,3%, взятого в количестве 42-44 мас. частей, строительного песка, взятого в количестве 42-44 мас. частей, активатора схватывания цемента, взятого в количестве 1-2 мас. частей, и эмульсии каучуков и\или силоксановые жидкости с пластификатором.
Цемент с расширением не более 0,3% может быть, например, на основе глиноземистых шлаков или представлять собой сульфоферритсодержащий цемент.
Целесообразно, чтобы расположенный в полости 3 цементный камень 4 дополнительно содержал суперпластификатор на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты и формальдегида в количестве от 0,07 до 0,7% по сухому веществу от массы цемента.
Также разумно, согласно варианту выполнения заявляемой полезной модели, чтобы цементный камень 4, в качестве активатора схватывания цемента содержал алюминат натрия или фтористый натрий или жидкое натриевое стекло.
n
x
2
3
3
2
5
3
На границе прилегания к стенкам стыковочной полости 3 цементный камень 4 имеет клеевой слой 5 из, так называемого, Монофлекса Е - материала, который, согласно заявляемой полезной модели, содержит тиокол жидкий (жидкий полисульфидный каучук) общей формулы HS[-RS-] SH, взятый в количестве 80-120 мас. частей, неорганический пигмент - предпочтительно технический углерод, взятый в количестве 20-45 мас. частей, окись-закись кобальта, выполняющая роль вулканизатора аэробного твердения каучука, взятая в количестве 6,5-10,0 мас. частей, α и β - изомеры аминопропилтриэтоксилана (HN(CH)Si(OCH), выполняющие роль адгезионной присадки, взятые в количестве 5,5-7,5 мас. частей, дифенилгуанидин, выполняющий роль активатора твердения каучука, взятый в количестве 0,05-0,15 мас. частей, алкил-арилсиликат, в том числе предпочтительно этилсиликат, бутилсиликат, 2-метоксиэтилсиликат, каждый из которых выполняет функцию сшивающего агента, взятый в количестве 2,6-4,1 мас. частей, олигоэфиракрилат, выполняющий роль модификатора и взятый в количестве 0,3-0,4 мас. частей, каменноугольную смолу, взятую в количестве 34,5-51,75 мас. частей.
Благодаря заявляемой полезной модели стало возможно достигнуть монолитно-гибкое соединение строительных конструкций и сооружений, имеющее надежную водонепроницаемость и высокую механическую прочность, способное выдерживать без разрушения циклические растягивающие и сжимающие нагрузки, нагрев и охлаждение.
Деформации, возникающие под воздействием различного рода нагрузок в строительных конструкциях и сооружениях, соединенных заявляемым компенсационным стыком, надежно компенсируются и поглощаются указанным выше клеевым слоем 5.
2
3
2
3
Такая надежность компенсации нагрузок обеспечивается высокими механическими характеристиками самого слоя 5, а также химическими связями на границах раздела двух сред: клеевой слой 5 - материал, из которого выполнены элементы 1 и 2 строительных конструкций и сооружений; клеевой слой 5 - материал, из которого выполнен цементный камень 4, имеющаяся в названной полости 3. Наличие в заявляемом компенсационном стыке химических связей объясняется тем, что затвердение цемента и вулканизация полисульфидного каучука протекают практически одновременно за счет щелочной среды цементного камня и наличия в нем окислов CaO, AlO, FeO, вулканизирующих и упрочняющих клеевой слой 5. Интенсификация вулканизации материала слоя 5 и его упрочнение дополнительно произошло за счет жидкой фазы материала цементного камня 4, а выделяющаяся при вулканизации материала клеевого слоя 5 влага связывается материалом цементного камня 4 и не ослабляет заявляемого компенсационного стыка. Входящие в материал клеевого слоя 5 добавки оказывают ускоряющее воздействие на твердение материала цементного камня 4, модифицированного кремнийорганическими полимерами, алюминатами и суперпластификаторами и обеспечивают образование дополнительных связей на границе раздела указанных выше двух сред. Вследствие того, что возникновение этих связей носит необратимый характер, заявляемый компенсационный стык характеризуется незатухающим ростом адгезии по времени.
Сочетание в заявляемом компенсационном стыке эластичных и жестких материалов, обладающих высокой адгезией друг к другу, обеспечивает надежность работы заявляемой конструкции при самых многообразных нагрузках. При этом совместимость и взаимное упрочнение материалов, обеспечивающих работу заявляемого компенсационного стыка, не является ограниченном по времени.
При осуществлении гидроизоляции монтажных отверстий в бетонных конструкциях метрополитена с помощью заявляемого компенсационного стыка (фиг. 1) просачивания воды не наблюдают при давлении, превышающем 1,8 Мпа, при этом прочность на изгиб конструкции составляет 4,9 Мпа.
3
При герметизации с помощью заявляемого стыка температурного шва дорожного покрытия эстакады (фиг. 1), уплотнении стеклопакетов оконных витражей (фиг. 1), строительстве взлетно-посадочных полос аэродромов (фиг. 3) достигают монолитно-гибкое соединение элементов названных конструкций и сооружений, имеющее надежную водонепроницаемость (18 атм) и высокую механическую прочность (прочность при разрыве 4,5-5,4 МПа; прочность при изгибе 14,6-16,5 МПа; прочность на удар 1,9-2,5 Дж/см), способное выдерживать без разрушения циклические растягивающие и сжимающие нагрузки (4500-5600 циклов растяжение-сжатие; после 100 циклов нагревание-охлаждение Кст по прочности при разрыве составляет 0,91-0,99; Кст по прочности при изгибе составляет 0,95-1,1; морозостойкость составляет 370-550 циклов).
Заявляемый компенсационный стык позволяет эффективно и надежно упрочнять или соединять, например, встык сборные железобетонные конструкции метрополитена (фиг. 2), стыки колонно-прогонного комплекса метрополитена (фиг. 2), при этом предел прочности при изгибе названной конструкции в месте стыка составляет 8,7 МПа, предел прочности при сжатии - 66,8 МПа, линейное расширение - 0,1%, в месте стыка наблюдают его водонепроницаемость при давлении превышающем 1,6 МПа.