Канат гибкой бетонной плиты

Полезная модель относится к строительству инженерной защиты по предотвращению негативного воздействия вод (гидротехническому строительству).
Гибкая бетонная плита (ГБП) представляет собой набор бетонных блоков, соединенных между собой гибкой связью (АС 251463). Таким образом, в общем виде ГБП представляет собой конструкцию, содержащую следующие существенные признаки:
1. Бетонные блоки, преимущественно две прямоугольные усеченные пирамиды, имеющие общее большее основание, - обеспечивают сохранность защищаемого объекта;
2. Гибкая связь, выполненная преимущественно из замоноличенного в тело каждого бетонного блока каната, троса или иного гибкого стержневого элемента (далее - каната), - обеспечивает соединение бетонных блоков в единую конструкцию.
Недостатком ГБП в процессе эксплуатации, например, при защите берегов, является разрушение каната под воздействием солнечных лучей и кислорода (воздуха).
В соответствии с ГОСТ 30055-93 «Канаты из полимерных материалов и комбинированные» промышленность страны выпускает искусственные канаты из следующих материалов:
- полиамида;
- полипропилена;
- полиэфира.
В силу своих технических характеристик канаты из полиэтилена не изготавливают.
По совокупности механических характеристик при производстве ГБП чаще всего используется полипропиленовый канат.
Однако указанные материалы обладают низкой устойчивостью к солнечным лучам и кислороду.
В процессе эксплуатации полимерных материалов под воздействием солнечных лучей и кислорода происходит постепенное их разрушение - деструкция. Этот процесс протекает с разрывом связей основной макромолекулярной цепи.
Для уменьшения деструкции в полимер добавляют (в полипропилен - практически всегда) специальные вещества (стабилизаторы), например, сажу, например углерод технический марки К354 (ГОСТ 7885-86 «Углерод технический для производства резины»). Однако добавление стабилизаторов всего лишь замедляет деструкцию, а не исключает ее.
Условно, канат в ГБП можно разделить на две части (Фиг. 1).
Одна часть каната (позиция 1) замоноличена в теле бетонного блока (позиция 2). Эта часть каната защищена слоем бетона от воздействия солнечных лучей и кислорода (позиция 3).
Другая часть каната (позиция 4) проходит через зазор между соседними бетонными блоками. Несмотря на то, что величина зазора между соседними блоками не превышает 8-10 мм, солнечные лучи и кислород воздействуют на этот участок каната и приводят к деструкции материала каната.
С технической точки зрения деструкцию можно исключить, если перед укладкой поместить канат в чехол (оплетка) из эластичного защитного материала, который бы предохранил материал каната (полипропилен) от воздействия солнечных лучей и кислорода, то проблема с деструкцией была бы решена.
Однако известен (патент RU №121266) эффект выскальзывания под нагрузкой из тела бетонного блока каната, имеющего чехол (оплетку).
Таким образом, возникает техническое противоречие. Если канат поместить в чехол (оплетку), то материал каната (полипропилен) будет защищен от воздействия солнечных лучей и кислорода, но он не будет плотно закреплен в теле бетонного блока.
Если использовать канат тросовой свивки (не использовать защитный чехол), то канат будет надежно закреплен в теле бетонного блока, но будет подвергаться воздействию солнечных лучей и кислорода.
Задачей настоящей полезной модели (техническим результатом) является изменение конструкции гибкой связи так, чтобы:
- на материал каната не воздействовали солнечные лучи и кислород, с одной стороны;
- канат сохранил свои свойства надежно закрепляться в теле бетонного блока (иметь тросовую свивку), с другой стороны.
Решение данной задачи достигается путем изготовления каната из нитей, изготовленных из полипропилена низкого давления марки 21030 (ГОСТ 26996-86 «Полипропилен и сополимеры пропилена»), покрытых веществом, которое бы защитило полипропиленовые нити от воздействия солнечных лучей и кислорода.
В частности, в качестве покрытия полипропилена от воздействия солнечных лучей и кислорода может выступать полиэтилен низкого давления (газофазный) марки 276-73 (ГОСТ 16338-85 «Полиэтилен низкого давления»), который под воздействием солнечных лучей темнеет и твердеет, становясь ломким.
Расплав полиэтилена и полипропилена - не смешивающиеся жидкости. При интенсивном перемешивании расплав полиэтилена и полипропилена образует эмульсию, то есть дисперсную систему, состоящую из микроскопических капель жидкости.
При прекращении перемешивания со временем эмульсия расслаивается и отдельные капли полипропилена (полиэтилена) слипаются друг с другом.
Слипание капель в эмульсии можно существенно уменьшить, если уменьшить долю одной жидкости по отношению к другой, например, смешивать расплавленные полимеры в соотношении от одного к трем до одного к семи.
Исходя из механических свойств полимеров (прочность будущего каната), целесообразно за основу взять расплав полипропилена (65-85 процентов), а полиэтилена в расплав добавить в количестве 15-35 процентов. Цифры приведены без учета стабилизаторов, объем которых может доходить до 5 процентов.
Технологический процесс изготовления нитей состоит из следующих стадий.
Первая стадия - получение расплава полипропилена (65-85 процентов) и полиэтилена (15-35 процентов), тщательное его перемешивание для образования эмульсии.
Вторая стадия - пропускание расплава полимеров (эмульсии) через фильеры, то есть металлические колпачки с маленькими отверстиями. Через каждое из отверстий фильеры в постоянном режиме времени будет проходить расплав полимеров (эмульсия).
Третья стадия - затвердевание нити, состоящей из полипропилена и полиэтилена. За счет маленького сечения нити, самопроизвольное отслаивание полиэтиленовой части нити от полипропиленовой части происходить не будет либо отслоение будет минимальным. Таким образом, получается комбинированная нить.
Затем традиционным образом из комбинированных нитей сплетается канат необходимого диаметра тросовой свивки (позиция 5).
ГБП производятся по традиционной технологии (заливка бетонной смеси в формообразующую оснастку с заправленным канатом тросовой свивки) с тем отличием, что используется канат, свитый из комбинированных нитей, то есть нитей, в состав которых входит полипропилен и полиэтилен.
Таким образом, технический результат достигается совокупностью следующих признаков полезной модели:
а) Ограничительные признаки, характеризующие гибкую бетонную плиту (родовое понятие):
- бетонные блоки;
- гибкая связь, выполненная из каната тросовой свивки.
б) Отличительные признаки, направленные на достижение заявленного технического результата:
- выполнение каната из комбинированных нитей, в состав которых входит полипропилен и полиэтилен.
Работает канат из комбинированных нитей в составе ГБП следующим образом.
Солнечные лучи и кислород (позиция 6) начинают воздействовать на материал каната (позиция 4), который находится в зазоре между отдельными бетонными блоками. Под воздействием солнечных лучей и кислорода начинается процесс деструкции полипропилена, входящего в состав комбинированных нитей, и находящегося на поверхности каната. В результате деструкции полипропиленовая часть нитей разрушается и выветривается. На поверхности каната остаются части комбинированной нити, состоящей из полиэтилена. Под воздействием солнечных лучей и кислорода полиэтиленовая часть нити темнеет и твердеет. Со временем процесс деструкции полипропилена прекращается, так как на поверхности каната образуется «корка» из потемневших и затвердевших полиэтиленовых нитей.
«Корка» из затвердевших полиэтиленовых нитей по внешней поверхности каната может быть относительно легко отшелушена механическим способом. Однако пространство между бетонными блоками затрудняет процесс отшелушивания под воздействием таких природных факторов как ветер и истирание абразивными частицами (песок и пр.), переносимыми ветром. Таким образом, внешние нити из затвердевшего и потемневшего полиэтилена надежно защищают внутренние нити каната от деструкции.
Срок службы каната, выполненного из комбинированных нитей, существенно продлевается, что позволяет соответствовать требованиям, предъявляемым к строительным материалам для строительства берегоукрепительных сооружений по критерию «срок эксплуатации».