ВОССТАНОВЛЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации строительных конструкций, а именно к ремонту и восстановлению цементобетонных аэродромных и автомобильных покрытий, несущих строительных конструкций зданий и сооружений, мостов, тоннелей, парковочных зон для заделки в них трещин, околошовных сколов, раковин, выбоин, полостей шелушения, швов и т.п.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал, что известен восстановленный строительный элемент, содержащий тело с углублением, включающим дефектный участок, выполненный в виде трещины, и заполненным заделочным материалом, выполненным в виде гидратационно отвержденной смеси. (Авторское свидетельство СССР №742564, МПК: Е04G 23/02, публ. 25.06.80 г. Бюл. №23).
Невозможность достижения указанным аналогом технического результата, обеспечиваемого заявляемой конструкцией, обуславливается тем, что в качестве заделочного материала используется полимерный раствор, который не обладает достаточной прочностью и долговечностью, что повлекло за собой необходимость укрепления трещины дополнительными металлическими пластинами, что увеличивает стоимость конструкции восстановленного элемента.
Известна конструкция восстановленного строительного элемента, включающая тело с углублением, включающим дефектный участок, выполненный в виде по, меньшей мере, одного околошовного скола, и заполненным отвержденным заделочным материалом, включающим
цементосодержащее минеральное вяжущее (Патент РФ №2242571, МПК: Е04С 1/40, публ. 20.12.2004 г. Бюл. №35).
Невозможность достижения конструкцией аналога технического результата, достигаемого заявляемой конструкцией, обуславливается тем, что отвердевший заделочный материал выполнен в виде безусадочного цементного раствора, а также с латексной добавкой и полимерными волокнами, что приводит к его недостаточной прочности, в связи с чем его невозможно применять для строительных несущих конструкций, например, таких как аэродромное покрытие. Вследствие этого потребуются дополнительные затраты на ремонт, что приведет к удорожанию его стоимости.
Известен восстановленный строительный элемент, содержащий тело с углублением, содержащим дефектный участок, заполненным заделочным материалом, выполненным в виде отвержденной смеси, содержащей щебень, гидравлическое вяжущее, добавку (Патент РФ №2122617, МПК: Е01С 23/06, публ. 27.11.98 г.).
Невозможность достижения указанным устройством строительного элемента технического результата, обеспечиваемого заявляемой конструкцией обуславливается тем, что в ней используется щебень, полученный не из вновь изготовленной сухой смеси, а путем измельчения срезанного слоя покрытия из дефектного участка, и его повторного использования в составе заделочного материала, что, во-первых удлиняет срок восстановления строительного элемента, и во-вторых из-за использования щебня бывшего в употреблении, снижает технические характеристики строительного элемента, такие как прочность, долговечность, влияющие на качество строительного элемента.
Из известных устройств восстановленных строительных элементов наиболее близким к заявляемому является устройство, содержащее тело с углублением, включающим дефектный участок, заполненным заделочным материалом, выполненным в виде гидратационно отвержденной сухой
смеси, содержащей щебень, песок, минеральное вяжущее, добавку, ускоритель твердения на основе цемента (Патент DE №19848437, МПК: Е01С 23/09, публ. 04.05.2001 г.).
Невозможность достижения указанным устройством технического результата, достигаемого заявляемым техническим решением обуславливается тем, что оно обладает недостаточной прочностью в ранние сроки восстановления, вследствие чего сокращаются сроки начала его эксплуатации.
При разработке заявленного устройства восстановленного строительного элемента была поставлена задача создания технического решения, обладающего более высокими техническими характеристиками, а, следовательно, качеством с одновременным сокращением сроков его восстановления, а, следовательно, его эксплуатационной стоимости.
При решении упомянутой задачи был достигнут технический результат, заключающийся в создании восстановленного строительного элемента, углубление вместе с дефектным участком которого заполнено заделочным материалом, названным «РМ-26Ф-Б», содержащим компоненты, позволяющие увеличить прочность тела при сжатии в ранние сроки восстановления, долговечность, удобоукладываемость материала в полость, снизить его усадочные деформации, что приводит к улучшению эксплуатационных характеристик элемента в более короткие сроки восстановления и снижает его эксплуатационную стоимость.
Сущность полезной модели заключается в том, что восстановленный строительный элемент, содержит тело с углублением, включающим дефектный участок, заполненным заделочным материалом, выполненным в виде гидратационно отвержденной сухой смеси, содержащей щебень, песок, минеральное вяжущее, добавку, ускоритель твердения на основе цемента.
Новым в устройстве является то, что заделочный материал содержит фибру, в качестве минерального вязущего используется нормированный портландцемент марки не менее 500, в качестве добавки суперпластификатор
С-3, а в качестве ускорителя твердения сверхбыстротвердеющий цемент на основе сульфатоалюмината кальция, при следующем соотношении компонентов:
Указанный портландцемент
8,75-13,75
Указанный сверхбыстротвердеющий цемент
16,25-11,25
Песок
44,85
Щебень
25,9
Суперпластификатор С-3
0,25
Фибра
4,0
кр
Кроме того, дефектный участок может быть выполнен в виде, по меньшей мере, одной трещины или одного околошовного скола или одной раковины или одной выбоины или одной полости шелушения, щебень может использоваться фракции 3-10 мм, песок крупностью М=2,4.
При температуре отверждения сухой смеси меньше 18°С тело может быть снабжено теплоизоляционным минераловатным матом, расположенным на поверхности заделочного материала, а в качестве фибры могут использоваться стальные волокна.
Кроме того, сухая смесь заделочного материала может быть затворена водой в соотношении воды 74 г на 1 кг сухой смеси.
Устройство восстановленного строительного элемента представлено на чертежах, где изображено на:
Фиг.1 - схема продольного разреза элемента покрытия с дефектным участком, выполненным в виде околошовного скола;
Фиг.2 - схема продольного разреза элемента покрытия с дефектным участком, выполненным в виде одной выбоины.
Восстановленный строительный элемент, например, аэродромного покрытия, содержит тело 1, в котором расположено углубление 2, включающее дефектный участок 3 и заполненное заделочным материалом 4, выполненным из гидратационно отвержденной сухой смеси, отвержденной водой в соотношении 74 г воды на 1 кг смеси. Дефектный участок 3
углубления может быть выполнен в виде, по меньшей мере, одной или нескольких соответственно трещин или по, меньшей мере, одного околошовного скола, существующий шов 5 которого представлен на Фиг.1 или, по меньшей мере, одной раковины или выбоины, как это представлено на Фиг.2, или одной полости шелушения. В соответствии с видом и положением дефектного участка 3 обуславливается и местоположение и размеры углубления 2 в каждом конкретном случае.
кр
Заделочный материал содержит крупный заполнитель в виде гранитного щебня фракции, например, 3-10 мм, например. Павловского карьера ГОСТ 8267-93, мелкий заполнитель в виде песка, например, природного Петровского карьера ГОСТ 8736-93 с модулем крупности, например, М=2,4, минеральное вяжущее в виде нормированного портландцемента марки не менее 500, например, портландцемент ПЦ 500, ПЦ 600 Старооскольского цементного завода ГОСТ 10178-85, добавку в виде суперпластификатора С-3 на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты с формальдегидом, ускоритель твердения на основе цемента, в качестве которого используется сверхбыстротвердеющий цемент на основе сульфатоалюмината кальция, и фибру 6, например, в виде стальных волокон. Одновременно ускоритель твердения является и компенсатором усадки добавки. Соотношение указанных компонентов заделочного материала в сухой смеси масс., % берутся нижеследующими:
Указанный портландцемент
8,75-13,75
Указанный сверхбыстротвердеющий цемент
16,25-11,25
Песок
44,85
Щебень
25,9
Суперпластификатор С-3
0,25
Фибра
4,0
При температуре отверждения сухой смеси меньше 18°С тело дополнительно снабжено теплоизоляционным минераловатным матом, расположенным на поверхности заделочного материала.
Изготовление восстановленного строительного элемента производят следующим образом.
Поврежденное аэродромное покрытие в дефектном участке 3 снимают фрезой на заданную глубину или путем использования ударного инструмента после оконтуривания дефектного участка углублением 2 и нарезки дополнительных пазов алмазными дисками. Удаляют поврежденное покрытие из дефектного участка 3, и тело оставшейся части углубления, получая полость углубления 2. Одновременно высыпают из мешков сухую смесь, составленную из ранее отдозированных вышеперечисленных компонентов, и затворяют ее водой, исходя из расчета 74 г воды на 1 кг сухой смеси, перемешивают вручную или в бетоносмесителях. Полученную затворенную водой сухую смесь в виде бетонной смеси укладывают в углубление 2, где она начинает гидратационно отверждаться, восстанавливая покрытие, затем заделочный материал 4 уплотняют вибратором или виброрейкой. При небольших объемах работ производится ручная трамбовка. Таким образом, получают восстановленные строительные элементы составляющие покрытие, например, аэродромное.
3
Восстановленный строительный элемент работает следующим образом. Так как заделочный материал, выполненный на основе отвержденной сухой смеси, содержит в своем составе кроме щебня, песка и суперпластификатора еще и комплексное вяжущее, содержащее как портландцемент, так и сверхбыстротвердеющий цемент, которому присуще низкое содержание трехкальциевого алюмината СА, основными компонентами которого являются сульфоалюминат кальция и двухкальциевый силикат, то данное комплексное вяжущее за счет содержания в нем указанного сверхбыстроотвердеющего цемента обеспечивает заявляемой конструкции высокие темпы набора прочности в раннем возрасте твердения, и процесс твердения до заданной величины (не менее 30 МПа) его составляет 2-6 часов. В прототипе этот же срок значительно больше от 1-3 суток.
Наличие в составе сверхбыстротвердеющего цемента сульфатоалюмината кальция, полученного путем обжига смеси известкового, глиноземистого компонентов и гипса при гидратации, приводит к образованию многоводных гидратов и высокой экзотермии процессов их гидрации, то есть к условиям, способствующим удалению воды из зоны реакции, а также ускорению формирования и увеличению количества контактов криссталического типа. Основным продуктом гидратации сульфоалюмината кальция является эттрингит, иглы которого имеют 1-2 мкм в длину и образовывают переплетенную сетку, что приводит к особобыстрому набору прочности цементов в указанном диапазоне в составе смеси.
Возможность особобыстрого набора прочности заделочного материала позволяет ускорить сроки твердения в соответствии с требованиями заказчиков, в том числе, например, при укладке аэродромных покрытий в промежутках между плановыми рейсами летательных аппаратов, что позволяет улучшить эксплуатационные характеристики покрытия и уменьшить эксплуатационные издержки.
Наличие в составе заделочного материала нормированного портландцемента в указанной дозировке позволяет обеспечить заявленную прочность при сжатии и растяжении при изгибе в раннем возрасте твердения (2-6 час.), а использование его марки не менее 500 увеличивает прочность материала. При марке менее 500 падает активность портландцемента, что приводит к снижению его прочности, и, следовательно, восстановленного строительного элемента.
Наличие гранитного щебня в масс.% 25,9 в качестве крупного заполнителя позволяет создать «скелет» заделочного материала, что позволяет повысить прочность при сжатии восстановленного строительного элемента.
Воздействие суперпластификатора С-3 основано на адсорбции гидратирующих цементных частиц с образованием молекулярного слоя, снижающего внутреннее трение в системе «цемент-вода», что повышает
пластичность заделочного материала при одновременном снижении расхода воды, что повышает прочность и долговечность восстановленного строительного элемента.
Вместе с тем установлено, что, адсорбируясь на поверхности минералов цемента и продуктов их гидратации, добавка суперпластификатора С-3 замедляет процесс гидратации в ранние сроки твердения. Наблюдаемый эффект прироста прочности цементного камня при одновременном замедлении процесса гидротации цемента является следствием более плотной структуры бетона в присутствии добавки.
Наличие стальных волокон 6 увеличивает прочность заделочного материала.
Возможность осуществления заявляемой полезной модели подтверждается использованием в ней известных элементов а также материалов, обладающих оптимальными эксплуатационными характеристиками, используемых в строительной области, в том числе используемых на уровне функционального обобщения, с достижением технического результата, заключающегося в повышении прочности элемента посредством его восстановления в более короткое время по сравнению с прототипом, а также в возможности улучшения эксплуатационных характеристик и уменьшения эксплуатационной стоимости.