УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ШВОВ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ШВОВ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ


RU (11) 2281996 (13) C1

(51) МПК
E02B 3/16 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.08.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005101149/03 
(22) Дата подачи заявки: 2005.01.19 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.01.19 
(45) Опубликовано: 2006.08.20 
(56) Аналоги изобретения: SU 975875 А, 23.11.1982. SU 1122769 А, 07.11.1984. СТЕПИН П.А. Сопротивление материалов. - М.: Высшая школа, 1966, с. 19-20. ЕЛШИН И.М. Полимерные материалы в ирригационном строительстве. - М.: Колос, 1974, с. 78-79. SU 990940 A, 23.01.1983. ЛАНДСБЕРГ Г.С. Элементарный учебник физики. - М.: Наука, 1967, с.376-377. SU 1715942 A1, 29.02.1992. FR 2646192 A1, 26.10.1990. GB 1357644 А, 26.06.1974. 
(72) Имя изобретателя: Алимов Анатолий Георгиевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук (RU) 
(98) Адрес для переписки: 400012, г.Волгоград, ГСП, ул. Трехгорная, 21, ГНУ ПНИИЭМТ, А.Г. Алимову 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ШВОВ КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Изобретение предназначено для использования в водохозяйственном и гидротехническом строительстве, в частности для герметизации, ремонта швов в бетонных и железобетонных облицовках оросительных каналов и систем водоснабжения. Устройство для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений включает упругий элемент, выполненный в виде двух призм, симметрично состыкованных с соединяемыми элементами сооружений вровень с их наружной поверхностью, и расширяющийся элемент, установленный между призмами упругого элемента. Под нижней поверхностью стыкуемых элементов сооружений установлена гидроизоляционная прокладка. Размеры упругого элемента, расширяющегося элемента и гидроизоляционной прокладки установлены по математическим зависимостям. Изобретение повышает качество стыковых соединений, надежность и долговечность деформационных герметизированных швов гидротехнических сооружений, в частности противофильтрационных облицовок каналов и водоемов из бетонных и железобетонных плит, что исключит потерю воды на фильтрацию и улучшит мелиоративную и экологическую обстановку на орошаемых землях. 3 ил. 



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и может найти применение, в частности для герметизации, ремонта и реконструкции швов в бетонных и железобетонных противофильтрационных облицовках оросительных каналов и систем водоснабжения.
Известен деформационный шов, преимущественно защитных облицовок каналов и водоемов из бетонных и железобетонных плит, включающий цементный заполнитель и противофильтрационный эластичный элемент (см., например, Елшин И.М. Полимерные материалы в ирригационном строительстве / М.: Колос, 1974. - С.83, рис.21, б).
Однако эта конструкция деформационного шва для своего создания требует больших трудозатрат, не обеспечивает герметичности по контуру плит, в частности на стыке дна и откосов, на участке сложных сопряжений в виде четырех рядом уложенных плит сборной облицовки и вызывает дополнительные затруднения в осуществлении приклеивания эластичной мембраны в местах нахождения монтажных петель.
Известно противофильтрационное уплотнение швов гидротехнических сооружений, включающее упругий и капсульный элемент, имеющий возможность расширения (см. SU, авторское свидетельство №166605. М. кл. Е 02 В 3/16. Противофильтрационное устройство швов гидротехнических сооружений / Б.А.Коган. - Заявка №882022/29-14; Заявлено 15.11.1964; Опубл.11.01.1965, Бюл. №22).
Однако в этой конструкции не обеспечивается необходимая плотность шва из-за значительного гидростатического сопротивления заполнителя камеры.
Известно также устройство для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений, включающее установленные в зазоре между торцевыми поверхностями соединяемых элементов сооружений упругий и расширяющийся элементы (см. Патент ФРГ №1116369, Кл. 37а 1/68, 1966).
Недостаток известного устройства заключается в сложности монтажа и ремонта.
Наиболее близким аналогом к заявленному объекту относится устройство для герметизации швов гидротехнических сооружений, включающее упругий и расширяющийся элементы, выполненные в виде прямоугольных призм, состыкованных по одной из сторон и установленных в смежных элементах сооружений заподлицо с их наружной поверхностью.
Однако в этом устройстве не обеспечивается плотность и герметичность шва в местах стыковки расширяющегося элемента с плитами облицовки каналов.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем:
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - исключение потерь воды в местах стыков облицовочных плит.
Технический результат - снижение потерь воды, повышение качества герметизации стыковых соединений, эксплуатационной надежности и долговечности деформационных швов противофильтрационных облицовок каналов из бетонных и железобетонных плит.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений, содержащем упругий и расширяющийся элементы, выполненные в виде прямоугольных призм, состыкованных и установленных в смежных элементах сооружений заподлицо с их наружной поверхностью, согласно изобретению, призмы упругого элемента симметрично состыкованы с соединяемыми элементами сооружений, между которыми расположен расширяющийся элемент, при этом толщину упругого и толщину расширяющегося элементов устанавливают из зависимостей

где y - толщина упругого элемента, мм;
k - коэффициент пропорциональности, k=50;
- коэффициент линейного расширения бетона, град-1 ;
L - расстояние между деформационными швами, мм;
[ ] - допустимая деформативность (относительное сжатие) упругого элемента, %;
tmax - максимальная температура окружающей среды, °С;
tmin - минимальная температура окружающей среды, °С;
ВP - ширина расширяющегося элемента, мм;
kP - коэффициент линейного расширения материала расширяющегося элемента.
Для повышения эксплуатационной надежности и долговечности устройства, для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений под нижней поверхностью стыкуемых элементов сооружений установлена гидроизоляционная прокладка, ширина которой установлена из зависимости

где Вn - ширина гидроизоляционной прокладки, мм;
ВP - толщина расширяющегося элемента, мм;
y - толщина упругого элемента, мм;
Изобретение поясняется иллюстрационным материалом.
На фиг.1 представлено устройство для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений из бетонных и железобетонных плит с вертикальными гранями (поперечный разрез), на фиг.2 и фиг.3 - то же с наклонными боковыми гранями.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем:
Устройство для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений содержит (см. фиг.1, фиг.2, фиг.3) упругий элемент 1, выполненный в виде двух прямоугольных призм, симметрично состыкованных с соединяемыми элементами 2 сооружений, и расширяющийся элемент 3, установленный между призмами упругого элемента 1.
Для повышения эксплуатационной надежности и долговечности устройства для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений, под нижней поверхностью стыкуемых элементов сооружений установлена гидроизоляционная прокладка 4, ширина которой установлена из зависимости

где Вn - ширина гидроизоляционной прокладки, мм;
ВP - толщина расширяющегося элемента, мм;
y - толщина упругого элемента, мм;
Размеры упругого и расширяющегося элементов установлены из зависимостей

где y - толщина упругого элемента, мм;
k - коэффициент пропорциональности, k=50;
- коэффициент линейного расширения бетона, град-1 ;
L - расстояние между деформационными швами, мм;
[ ] - допустимая деформативность (относительное сжатие) упругого элемента, %;
tmax - максимальная температура воздуха, °С;
tmun - минимальная температура воздуха в зимнее время, °С;
ВP - толщина расширяющегося элемента, мм;
kP - коэффициент линейного расширения материала расширяющегося элемента.
Упругий элемент выполняют из резины. Расширяющийся элемент может быть выполнен из расширяющегося портландцемента (РПЦ) или гипсоглиноземистого расширяющегося цемента (ГГРЦ).
Расширяющийся портландцемент получают, измельчая совместно портландцементный клинкер, расширяющийся компонент и гранулированный доменный шлак. Шлак служит стабилизатором, нейтрализирующим действие избытка сульфата кальция. Изменяя дозировку расширяющегося компонента, регулируют степень расширения цемента. Период расширения достигает 30 сут и в зависимости от размера расширения при водном твердении, цементы делятся на безусадочные, слабо-, средне- и сильнорасширяющиеся. Безусадочные характеризуются расширением примерно 0,3%, а сильнорасширяющиеся до 1,5-2,5% при несколько замедленном схватывании и нарастании прочности. При этом расширяющийся компонент получают обжигом во вращающейся печи шихты, составленной из 50% гипса, 25% карбоната кальция и 25% железистого боксита. Он содержит примерно 38% алюминатов кальция, преимущественно в виде C12A7, 38% намертво обожженного ангидрита, 20% -C2S, 4% ферритов и алюмоферритов кальция и примеси.
Наиболее благоприятным режимом для РПЦ является твердение в воде. Бетонные образцы с расходом РПЦ 400 кг/м 3 при В/Ц=0,5, твердеющие в воздушно-влажных условиях, через сутки выдерживают гидравлическое давление воды до 0,4 МПа, через 3 сут - до 1,1 МПа и через 7 сут - до, 1,6 МПа. Морозостойкость РПЦ марки 400 достаточно высокая. Бетон, содержащий 450 кг/м 3 РПЦ при В/Ц=0,5, выдерживает 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания в пресной воде при снижении прочности всего лишь на 14-15%. При замораживании и оттаивании в концентрированной морской воде степень морозостойкости оценивается примерно 200 циклами.
Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГГРЦ) - гидравлическое и быстротвердеющее вяжущее, получаемое совместным помолом высокоглиноземистого шлака с двуводным сернокислым кальцием или тщательным смешиванием тех же, но раздельно измельченных материалов. Содержание гипса в ГГРЦ не более 30%. ГГРЦ характеризуется началом схватывания не ранее 10 минут и концом схватывания не позднее 4 часов от начала затворения, для замедления процесса применяют СДБ, буру, уксусную кислоту. Основным компонентом ГГРЦ является высокоглиноземистые шлаки моноалюминатного типа (содержание SiO2 не более 11% и СаО - 38...41%).
Чтобы обеспечить расширение ГГРЦ, необходимо создавать водную или сильновлажную среду для твердения в первые 3...7 суток.
Линейное расширение этого цемента при погружении в воду через 1 ч. после конца схватывания составляет не менее 0,1% и не более 0,6% через 3 суток твердения. Прочность при сжатии - 28 МПа через 3 суток. Водонепроницаемость раствора 1:2 при В/Ц=0,3 через 1сутки достигается при рабочем давлении в одну атмосферу.
Пример расчета: Определить толщину расширяющегося элемента (ВP) и толщину упругого элемента ( y) в устройстве для герметизации швов из сильнорасширяющегося портландцемента (РПЦ) и уплотнительной резины в сплошном противофильтрационном покрытии канала из омоноличенных сборных плит с выпусками арматуры; установить ширину гидроизоляционной прокладки (Вп) по нижней поверхности стыкуемых плит.
Исходные данные:
t max=40°С, tmin=-35°С, =11·10-6град.-1, kp =0,02, L=12 м = 12000 мм, [ ]=30%, k=50.
Согласно формулам (1) и (2) будем иметь

Толщину расширяющегося элемента принимаем В P=500 мм.

Толщину упругого элемента принимаем y=20 мм.
Подставляя значения ВP и у в выражение (3), получим

Ширину гидроизоляционной прокладки принимаем Вп=640 мм.
Устройство для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений (фиг.1, фиг.2 и фиг.3) работает следующим образом.
При горизонтальных (продольных) деформациях стыкуемых плит 2 противофильтрационной облицовки от изменения температуры окружающей среды происходит раскрытие шва. Повышенная плотность и герметичность соединения элементов плит облицовки обеспечивается упругим элементом 1, находящимся в напряженном (сжатом) состоянии, обеспеченном за счет воздействия расширяющегося элемента после его затвердения.
Установку прямоугольных резиновых призм упругого элемента 1 осуществляют с помощью простейших приспособлений - деревянных распорок (на чертежах не показаны), устанавливаемых через 1...2 пог.м шва.
Применение изобретения в швах бетонных и железобетонных облицовок межхозяйственных мелиоративных каналов со средней шириной омываемой облицовки 12 м позволит получить по России только за счет снижения потерь оросительной воды экономический эффект примерно 28 млн. рублей по сравнению с существующими типами уплотнений.
Использование изобретения позволяет обеспечить более эффективную, надежную и долговременную противофильтрационную защиту на каналах и водоемах с монолитными и сборными противофильтрационными облицовками, исключить потери воды на фильтрацию из каналов и водоемов, предотвратить заболачивание, засоление и подтопление ценных сельскохозяйственных угодий, то есть в значительной степени улучшить мелиоративную и экологическую обстановку на орошаемых землях.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о достижении технического результата - повышении качества герметизации стыковых соединений, эксплуатационной надежности и долговечности деформационных швов гидротехнических сооружений, в частности противофильтрационных облицовок каналов и водоемов из бетонных и железобетонных плит.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для герметизации швов конструкций гидротехнических сооружений, включающее упругий и расширяющийся элементы, выполненные в виде призм, состыкованных и установленных в смежных элементах сооружений вровень с их наружной поверхностью, отличающееся тем, что призмы упругого элемента симметрично состыкованы с соединяемыми элементами сооружений, между которыми расположен расширяющийся элемент, а под нижней поверхностью стыкуемых элементов сооружений установлена гидроизоляционная прокладка, при этом толщину упругого элемента, толщину расширяющегося элемента и ширину прокладки устанавливают из зависимостей

где у - толщина упругого элемента, мм;
k - коэффициент пропорциональности, k=50;
- коэффициент линейного расширения бетона, град-1 ;
L - расстояние между деформационными швами, мм;
[ ] - допустимая деформативность (относительное сжатие) упругого элемента, %;
tmax - максимальная температура окружающей среды, °С;
tmin - минимальная температура окружающей среды, °С;
Вр - толщина расширяющегося элемента, мм;
kp - коэффициент линейного расширения материала расширяющегося элемента;
Bп - ширина гидроизоляционной прокладки, мм.