Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование способов герметизации швов облицовок оросительных каналов

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование способов герметизации швов облицовок оросительных каналов"

г Б од. isaw

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

ВОЛГОГРАДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ТЕХНОЛОГИЧ ЕСКИИ ЦЕНТР ЭКОЛОГИИ, ОРГАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ МЕЛИОРАТИВНЫХ РАБОТ

На правах рукописи

КАРПУНИН ВАСИЛИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБОВ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ШВОВ ОБЛИЦОВОК ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Специальность: 06.01.02 — «Сельскохозя1ктвенная мелиорация»

ДИССЕРТАЦИЯ

в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград, 1995

Научный руководителе:

Григоров М. С. — доктор технических наук, профессор, академия Российской академии сельскохозяйственных наук, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации.

Официальные оппоненты;

Поляков 10. П. — доктор технических наук, профессор.

академик академии аграрного образования, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации.

Лобойко В. Ф. —I кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент академии водохозяйственных наук.

Ведущая организация: государственное предприятие

«южниигим».

Защита состоится 20 октября 1995 г. в 11 час. в ауд. №

236 на заседании диссертационного совета К 120.76.01 в

Новочеркасском инженерно-мелиоративном институте им.

А. К. Кортунова по адресу;

346409 г. Новочеркасск,

Ростовской обл., Пушкинская, 111.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке НИМИ.

Автореферат разослан 12 сентября 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат сельскохозяйственных наук,

профессор Г. Н. МАРТЫНЕНКО.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Одним из важнейших мероприятий при строительстве оросительных каналов является обеспечение их противофильтрационной защиты поскольку на большинстве действующих оросительных систем значительное количество воды, забираемой из источника, теряется на фильтрацию. Это ведет к непроизводительному расходованию водных ресурсов и электроэнергии, к засолению и заболачиванию земель, а также к ухудшению экологической обстановки в регионе. Поэтому при строительстве новых и реконструкции действующих систем орошения особое внимание следует уделять повышению их коэффициента полезного действия.

Широкое применение в водохозяйственном строительстве монолитного бетона и сборных железобетонных элементов весьма остро поставило проблему противофильтрационной защиты облицовок каналов. Причем особое значение имеет обеспечение водонепроницаемости стыков и швов облицовок, то есть их герметизация стала наиболее актуальной задачей строительного производства. Следует отметить, что вопрос герметизации швов и стыков оказывается важным не только по своему значению, но и по объему строительно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ.

Только в области ирригационного строительства при облицовке каналов протяженность герметизируемых стыков соединений составляет десятки тысяч километров. Столь значительные объемы строительных и ремонтных работ требуют особого внимания к разработке и внедрению эффективных составов, технологий и конструкций уплотнения стыков и швов. Они должны быть не только надежными и долговечными, но и обеспечивать возможность применения комплексной механизации и индустриализации герметизационных работ.

В то же время при довольно плотной комплексной механизации основных операций в гидромелиоративном строительстве технологический процесс герметизационных работ изучен и отработан еще недостаточно полно. Это объясняется рядом причин, в том числе многолетним отсутствием приемлемого и дешевого отечественного герметика.

При выборе и создании конструкций стыковых соединений облицовок каналов большое значение имеют стоимостные характеристики мастик, показатели их физико-механических свойств, технология приготовления герметиков и способы производства работ.

В последнее время, как в отечественной, так и в зарубежной практике строительства появилось много различных герметизацион-ных материалов, удовлетворяющих техническим требованиям водохозяйственного строительства. К ним относятся погонажные материалы, изготовляемые в виде полос и жгутов различной формы поперечного сечения, мастики-эластомеры, применяемые в холодном состоянии, и битумно-полимерные мастики, используемые в горячем виде. Два первых герметика обладают некоторыми преимуществами по своим физико-механичеким показателям, однако значительно дороже последнего и остродефицитны. Поэтому битумно-полимерные герметики, созданные автором на основе сырья и отходов отечественной промышленности, являются наиболее реальными и доступными материалами для их внедрения в мелиоративном строительстве.

Массовое внедрение битумно-полимерных герметиков сдерживается из-за отсутствия их оптимальных технологических составов, недостаточности наличия устройств и способов для их приготовления и укладки в швы облицовок каналов.

Представленная к защите диссертация в виде научного доклада содержит материалы исследований и разработок автора, выполненных в 1976-1995 годах в соответствии с планами НИР Минводхоза СССР и А/О «Водстрой», планом научно-исследовательских работ ГКНТ, АН СССР и Госплана СССР по проблеме 085.06, в составе которой предусматривалась разработка конструкций и технологий устройства противофильтрационной защиты стыковых соединений облицовок оросительных каналов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка усовершенствованных способов герметизации, конструкций швов и стыковых облицовок оросительных каналов. Исходя из поставленной цели, исследования автора были направлены на решение следующих задач:

— обоснование требований, предъявляемых к мастичным герме-тикам в облицовках оросительных каналов, на основе анализа условий их проектирования, строительства и эксплуатации;

— разработка новых составов битумно-полимерных герметизирующих мастик;

— разработка конструкции аппарата и способа приготовления высокодисперсных многокомпонентных битумно-полимерных композиций холодным способом;

— разработка новых и усовершенствованных конструкций деформационных швов облицовок оросительных каналов на основе би-тумно-полимерных мастик;

2

— разработка и исследование способов герметизации стыков и швов облицовок оросительных каналов холодными битумно-по-лимерными мастиками;

— изучение противофильтрационной эффективности и надежности облицовок оросительных каналов с битумно-полимерными мастиками.

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЙ. Решение поставленных задач осуществлялось проведением экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях с использованием математической обработки результатов эксперимента. Качественные показа-| тели определялись путем многолетних натурных наблюдений за состоянием стыковых соединений эксплуатируемых облицовок.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ЗАКЛЮЧАЕТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ. Автором разработаны и внедрены новые составы битумно-полимер-ных герметизирующих мастик, установлены оптимальные режимы их приготовления холодным способом; разработан аппарат для приготовления холодным способом высокодисперсных многокомпонентных битумно-полимерных композиций; предложена и исследована новая технология приготовления холодных битумно-полимерных мастик; разработаны и внедрены новые конструкции и способы герметизации стыков и швов облицовок оросительных каналов; получены экспериментальные данные по обоснованию оптимальной технологии герме-тизационных работ, новизна которых защищена 8 авторскими свидетельствами на изобретения, подтверждена противофильтрационная эффективность и надежность разработанных конструкций и способов герметизации стыков.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Предложены новые составы, конструкции швов и технологические решения, а также разработаны нормативно-технические документы, позволяющие применять новые битумно-полимерные герметики, приготовленные холодным способом, на объектах водохозяйственного строительства для выполнения строительных и ремонтных работ в целях повышения коэффициента полезного действия облицовок эксплуатируемых оросительных каналов.

Внедрение этих составов, конструкций и технологий дает возможность значительно снизить стоимость облицовок каналов, трудозатраты на их строительство и ремонт. Это позволяет более широко применять материалы, сырье и отходы местной отечественной промышленности, повысить культуру производства герметизационных работ, а также значительно снизить процент применения остродефицитных, дорогостоящих герметиков, выпускаемых на основе импортных и отечественных компонентов. Разработка и внедрение в производство новых устройств, технологий и способов для холодного приготовления и внесения в швы битумно-полимерных герметизирующих

з

мастик позволяет более широко использовать серийные машины — заливщики швов МБ-16, МБ-16А, ДС-67А. Это способствует повышению производительности, эксплуатационной надежности и рабочего долголетия вышеуказанных заливщиков швов.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ: Осуществлено на мелиоративных объектах Волгоградской области и Республики Калмыкия; при проектировании и строительстве противофильтра-ционных мероприятий на Городищенской, Большой Волгоградской, Котельниковской, Камышинской, Тажинской и других оросительных системах Нижнего Поволжья; по результатам исследования разработаны технические условия «Битумно-полимерная мастика МГ-1» (ТУ 33-277-83) и «Битумно-полимерная мастика МГ-2» (ТУ 33-02-90); «Инструкции и методические рекомендации по применению битум-но-полимерной мастики МГ-1 для герметизации деформационных швов в противофильтрационных облицовках и сооружениях на каналах». Союзоргтехводстрой, Волгоград, 1980.

Результаты исследований вошли в состав «Руководства по проектированию, строительству и эксплуатации противофильтрационных облицовок каналов с герметизацией швов и стыков тиоколовыми гер-метиками и битумно-полимерной мастикой ВТР-ПСЭ-1-91»/ССО «Волгоградводстрой», «Волгогипроводхоз», «Волгоградоргтехводст-рой», Волгоград 1991 и технологических карт «Приготовление битум-но-полимерной герметизирующей мастики МГ-2 безподогревным способом с применением установки АВ-1 '(Шифр С 11-100.00.00.00 ТК), «Приготовление и укладка герметизирующей мастики МГ-2» (шифр В 117-84/ССО «Волгоградводстрой», Волгоград, 1990/.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения исследований и результаты работы автора докладывались и обсуждались на:

— Научно-технической конференции Главволговодстроя «Использование битумно-полимерной герметизирующей мастики для заделки швов в сборных облицовках каналов». Волгоград, 1978.

— 40-й научно-технической конференции Новочеркасского инженерно-мелиоративного института им. А. К. Кортунова «Рациональное использование орошаемых земель», Новочеркасск, 1979.

— 1У-й отраслевой научно-производственной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация оросительных систем в Нижнем Поволжье», Волгоград, 1979.

«Научно-технической конференции молодых ученых Волгоградского сельскохозяйственного института «Повышение эффективности сельскохозяйственного производства», Волгоград, 1979.

— Научно-технической конференции Волгоградского сельскохозяйственного института «Совершенствование оросительных систем, способов и техники полива сельскохозяйственных культур», Волгоград, 1980.

4

— Региональной научно-технической конференции «Экономия водных ресурсов в агропромышленном комплексе», Волгоград, 1989.

— Научно-технической конференции Волгоградского сельскохозяйственного института «Совершенствование научного обеспечения и подготовки кадров для агропромышленного производства Волгоградской области», Волгоград, 1993.

Разработки автора экспонировалась на ВДНХ СССР в 1982 и 1990 гг. и удостоены наград:

— «За разработку и внедрение битумно-полимерной мастики МГ-1, новых технологических процессов ее горячего и холодного приготовления, герметизации швов и стыковых соединений облицовок каналов» (А. С. № 802336);

— Бронзовая медаль 1982 г.;

— «За разработку и внедрение технологического процесса герметизации деформационных швов облицовок каналов новыми составами битумно-полимерных мастик, создание составов, устройств и способов их приготовления и внесения» (А. С. № 1548200; № 1604447; № 1749353; № 1752855);

— Золотая медаль 1990 г.

За разработку битумно-полимерной мастики МГ-1 для герметизации швов гидротехнических сооружений автор удостоен первой премии и почетного диплома Волгоградского областного телевизионного конкурса на лучшее изобретение 1986 года.

По теме диссертации автором опубликовано 26 работ, в том числе восемь авторских свидетельств на изобретения и восемь нормативно-методических документов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Важнейшими вопросами обоснованного применения противо-фильтрационных устройств стыков и швов облицовок оросительных каналов является повышение их эксплуатационной надежности и рабочего долголетия, внедрение комплексной механизации герметиза-ционных работ, а также дальнейшее совершенствование и создание новых эффективных составов, устройств и технологий. Эти проблемы особо актуальны в настоящее время.

Исследованиями оросительных каналов, водонепроницаемости и надежности противофильтрационных облицовок, составов, устройств и способов для герметизации занимались известные ученые и специалисты:

И. М. Ёлшин, А. Р. Гвенетадзе, В. Б. Резник, П. И. Коваленко, П. Т. Резниченко, В. Е. Бойко, В. М. Фетисова, Г. И. Середа, С. Н. Земзеров, Г. И. Горшенина, Н. В. Михайлов, А. Г. Гулимов, А. М. Шейнин, Б. Б. Шумаков, К. Г. Науман, С. Ш. Зюб^нко,

5

С. С. Савватеев, Е. И. Зубков, В. К. Синюков, В. Г. Ганчиков, О. П. Кисаров, М. С. Григоров, В. И. Ольгаренко, Ю. М. Косиченко, Ю. П. Поляков, А. Г. Алимов, С. Ф. Аверьянов, И. П. Айдаров, В. С. Алтунин, С. А. Поляков, Н. Н. Веригин, В. А. Бородин, В. Г. Хо-зин, Ц. Е. Мирцхулава, Н. И. Дружинин, Н. А. Евстратов, В. Н. Жиленков, Н. А. Кильдишев, А. Г. Шлаен и другие.

Исследования этих авторов носят значительный теоретический и прикладной характер, они являются для науки базовыми и имеют важное народнохозяйственное значение.

Однако широкое развитие индустриальных методов строительства и ремонта противофильтрационных облицовок оросительных каналов из сборных железобетонных элементов, отсутствие в отрасли и регионе надежных, технологически и экономически выгодных герметизирующих материалов для уплотнения швов и стыков облицовок вызвали необходимость создания новых герметиков, удовлетворяющих техническим требованиям водохозяйственного строительства.

Данным требованиям отвечают битумно-полимерные герметизирующие композиции мастик МГ-1 (А. С. № 802336) и МГ-2 (А. С. № 1548200), (табл. 1.2), разработанные автором на основе сырья и отходов промышленных предприятий Волгоградской области /19, 21/.

Таблица 1

Составы и физико-механические характеристики новых битумно-полимерных герметизирующих композиций

N° КОМПОНЕНТЫ Содержание, мае. %

п. п. МГ-1 МГ-2

1 2 3 4

1. Битум БН-ГУ; БН-У 59-65 5—45

2. Дивинилстирольный термоэластопласт (ДСТ-30) 5,2-5,6 —

3. ЛакХП-734 — 15—80

4. Шлифовальная пыль 9-11 5-15

5. Асбест хризотиловый 9-11 5—15

6. Газовый конденсат 11,4-13,8 —

7. Кубовый остаток колонны ректификации — 5—40

возвратной изопентан-изопреновой фрак-

ции

Разработанные герметизирующие составы битумно-полимерных композиций МГ-1 и МГ-2 обладают физико-механическими свойствами, позволяющими повысить надежность герметизации стыковых соединений в противофильтрационных облицовках и значительно снизить потери воды на фильтрацию из оросительных каналов. 6

Таблица 2

Физико-механические характеристики новых битумно-полимерных герметизирующих композиций

№ СВОЙСТВА МАСТИК Показатели мастик

п. п. МГ-1 МГ-2

1 2 3 4

1. Предел прочности + 25°С КПа

без замораживания 160—190 160—250

после 150 цихлов замораживания 145—160 150—240

после 30 суток выдерживания в воде при 25°С 157—187 160—245

2. Относительное удлинение при растяжении при + 25°С, %

без замораживания 230—330 225—340

после 150 циклов замораживания 210—300 210—320

после 30 суток выдерживания в воде при + 25°С 215—310 215—330

3. Адгезия к цементобетону КПа 530—612 500—625

Автором выполнен комплекс натурных /12, 22, 24, 25, 26 /, теоретических /8, 16, 17, 19, 20, 21/, поисково-прикладных и лабораторных исследований по созданию новых герметизирующих материалов, устройств, способов, конструкций, технологий /1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 14, 15, 21, 23/ и нормативно-методических разработок /8, И, 13, 14, 15, 16, 17, 18/, направленных на комплексное изучение, обоснование и внедрение способов герметизации стыковых соединений облицовок оросительных каналов битумно-полимерными мастиками.

По экспериментальным данным А. Г. Алимова деформативность (£, %) битумно-полимерных мастик МГ-1 и МГ-2 зависит от температуры и°С) окружающей среды и с достаточной точностью апрокси-мируется для мастики МГ-1 выражением следующего вида:

£ = 039 а + 40) 1,54 (1)

(среднеквадратичное отклонениед = ± 14,2 %), а для мастики МГ-2

£ = 0,36 а + 45) 1,55 (д=± 13,5 %) (2)

Для заполнения швов стыковых соединений облицовок каналов и бетонных покрытий применяются различные битумно-полимерные герметизирующие мастики: БПМ (ОЛАГА), БПМ (Союздорнии), би-тумно-бутилкаучуковая мастика (МББГ) и другие.

Анализ позволил установить, что при температуре > 20°С у би-тумно-полимерных мастик БПМ (ОЛАГА) и БПМ (Союздорнии) возникают необратимые деформации, так как происходит смещение молекул на расстояния, превышающие молекулярные размеры, то есть имеют место остаточные пластические деформации. В этой связи применение данных мастик для герметизации стыковых соединений облицовок каналов считается нецелесообразным.

Битумно-бутилкаучуковая мастика (МББГ) менее чувствительна к температурным колебаниям и в интервале температур от — 20°С до + 50°С сохраняет упруго-пластические свойства.

В табл. 3 приведены сравнительные показатели относительного удлинения битумно-полимерных мастик МГ-1, МГ-2 и битумно-бу-тилкаучуковой мастики МББГ в зависимости от эксплуатационных температур.

Таблица 3

Показатели деформативности битумно-полимерных мастик в зависимости от эксплуатационных температур

о Температура, С Относительное удлинение, %

МГ-1 МГ-2 МББГ

40 290 361 210

20 190 238 125

0 100 134 70

— 20 15 55 30

— 30 10 24 20

Как видно из табл. 3, мастика МГ-2 обладает более высокими показателями упруго-пластических деформаций по сравнению с МГ-1 и МББГ, что в определенной мере гарантирует обеспечение эксплуатационной надежности и долговечности работы этого герметика в конструкциях стыковых соединений облицовок каналов. 8

На рис. 1 приведен график зависимости относительного удлинения (Е, %) битумно-полимерных мастик МГ-1, МГ-2 и битумно-бу-тилкаучуковой мастики МББГ от эксплуатационных температур а°С).

Рис. 1. График зависимости деформативности (£) битумно-полимерных и битумно-бутилкаучуковых мастик ог температуры: 1 — МГ-2; 2 — МГ-1; 3 — МББГ.

Как видно из построенного графика битумно-полимерные мастики МГ-2 и МГ-1 обладают более высокими показателями упруго-пластических деформаций по сравнению с мастикой МББГ и отвечают требованиям водохозяйственного строительства.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШВОВ И СТЫКОВ

При проектировании противофильтрационных облицовок оросительных каналов важно правильно выбрать герметизирующий материал для заполнения швов и обоснованно назначить их размеры.

По методике, рекомендуемой УКРНИИГИМ ширину деформационного шва облицовок каналов следует определять по формуле:

R - AiP ВШ~[ЕГ I

>[<5 ]

(3)

где:

А in

расчетная абсолютная деформация

А/р =m.t±.U>6;

1.2 — коэффициент, учитывающий допустимую величину смещения стыкуемых элементов вследствие сдвига и величину деформации одной плиты относительно другой при деформации грунтов основания;

— общая абсолютная деформация; Aio6 = ±Aiy±Ait;

— абсолютная деформация от усадки или набухания бетона

А iy =£yd;

— деформация усадки или набухания бетона, отнесенная к единице длины;

— расстояние между швами;

— абсолютная температура деформации

Ali = Oß'Omax — tinin) !

а — коэффициент линейного расширения бетона; tmax — максимальная температура железобетонных конструкций в летнее время;

tmin. — минимальная температура железобетонных конструкций в зимнее время;

[ Ег ] — долговременная допустимая упругая деформация герметика при растяжении;

[ Ö ] — минимальная ширина шва, при которой герметик сохраняет упругие свойства, представлена в табл. 4. В формуле не учтено снижение деформаций в результате действия сил трения и сцепления плит с грунтом, ю

т =

А ia.

А iy

а

d А U

Таблица

Параметры швов облицовок каналов из герметиков, сохраняющих упруго-пластические свойства

Расстояние между швами, м

Минимальная ширина шва б, см для мастик

тиоколовои

битумно-полимерной

2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0

2,0 2,0 2,5 3,5 4,5 5,0

3,0 3,0 4,0 5,0 4,5 6,0

Анализ результатов расчетов, выполненных по формуле (3), позволил установить, что допустимая величина относительного высотного смещения стыкуемых плит длиной 6 м, при коэффициенте т = 1,2 составляет не более 1 мм. То есть при определении ширины деформационного шва по указанной формуле практически учитывается только горизонтальные перемещения элементов облицовок, что не соответствует реальным условиям их эксплуатации по данным натурных наблюдений.

По методике, разработанной А. Г. Алимовым, параметры деформационных швов облицовок каналов для обеспечения их герметичности и надежности в различных условиях эксплуатации определяют следующим образом /16, 17/.

Ширину швов из герметиков — эластомеров (тиоколовые мастики КМ-0,5; АМ-0,5; КБ-0,5, силиконовые мастики и др.) практически не изменяющих своих деформационных свойств под влиянием температуры, определяют по зависимости, учитывающей температурные деформации облицовки, неравномерные деформации грунтов основания и показатели физико-механических свойств герметиков:

-О^Пк-1 ~[д]' (4)

где: Вш —ширина деформационного шва, см;

I — расстояние между деформационными швами, см;

АЛ — предельное высотное смещение одной плиты относительно другой, составляющее не более 40 % общей ожидаемой предельной деформации основания, см;

Ы — коэффициент линейного расширения бетона, град.-1;

п

1тах, — максимальная и минимальная температура воздуха, наблюдавшаяся в районе строительства, °С;

Iпйп

е — относительное удлинение при разрыве образцов герметика, выдержанных на воздухе, %;

К — коэффициент, учитывающй снижение деформационных свойств упругого герметика в результате внешних воздействий и длительного напряжения (для тиоколо-вых мастик К = 0,25);

[ <5 ] — минимальная ширина шва, при которой герметик сохраняет упругие свойства,

Ширину швов из битумно-полимерных мастик, деформационные свойства которых зависят от температуры окружающего воздуха, рассчитывают по формуле /16,17/.

Вш >

Ah . dl (?max—(min) $

1 rv* ПШ г. V. — lO \ ,

0,0\£2K2 0,01 El Kl

(5)

где: Ei — среднее значение показателя относительного удлинения герметика при разрыве в диапазоне эксплуатационных температур от tmax до imin

£2 — среднее значение показателя относительного удлинения герметика в диапазоне температур, при которых отмечены неравномерные деформации основания (морозное пучение от 0 до — 40 С, просадка и набухание от 5 до 25°С), %;

Ki — коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформационных свойств герметика при длительной работе в диапазоне эксплуатационных температур от tmax до t min.;

Кг — коэффициент усталости материала заполнения шва, учитывающий снижение деформационных свойств герметика в результате длительной работы в области положительных или отрицательных температур.

Для битумно-полимерных и резино-битумных мастик на основании экспериментальных данных принимают К1 = 0,6, а К2 — в зависимости от характера деформации основания; морозное пучение — 0,7; просадка, выпор, набухание — 0,4.

Толщину герметика (мм) в конструкции шва рассчитывают по формуле:

6 >98-^——, (6)

где: т — коэффициент условий работы шва; т — 1,3;

о

у — плотность воды, г/см ; Н — наполнение канала, м; Вш —ширина шва, см;

[ С1 — допустимая адгезия или когезия (принимают наименьший показатель, КПа).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ МАСТИК

При движении всякой реальной жидкости по трубопроводу возникают сопротивления, на преодоление которых затрачивается определенная часть энергии потока. Величина напора, теряемая на преодоление этих сопротивлений, называется гидравлической потерей, а само сопротивление — гидравлическим. Значение гидравлических потерь определяется для каждого конкретного случая в зависимости от физических свойств жидкости, режима ее движения и характера самого сопротивления. В практических условиях превалирующее значение принадлежит сопротивлениям, возникающим при длине потока в результате трения жидкости о стенки трубопроводов — линейным гидравлическим сопротивлениям.

В машинах — заливщиках швов МБ-16, МБ-16А, ДС-67, применяемых при выполнении герметизационных работ, линейные сопротивления также являются основными, так как их распределительные системы и битумопроводы состоят главным образом из прямолинейных участков труб и металлорукавов. Поэтому ограничимся рассмотрением сопротивления для частного случая — прямой цилиндрической трубы.

Местные гидравлические сопротивления могут быть учтены на основании исследований, приведенных Н. В. Михайловым, Б. В. Веденеевым.

Для правильного подхода к определению сопротивления при движении герметика по трубам необходимо прежде всего выяснить режим его движения, так как он отличается от ламинарного и турбулентного режимов.

Сопротивление перемещению идеально вязкой (ньютоновской) жидкости по трубам зависит от режима движения, который определяется значением критерия Рейнольдса

=и<1р/т].

При прочных равных условиях режим движения жидкости зависит от скорости ее течения. При значениях скорости, меньших некоторой критической величины, наблюдается течение жидкости без перемешивания слоев, называемое ламинарным и подчиняющееся уравнению Ньютона:

Т = Г}£. (7)

где: X — напряжение трения: Т = 0/F

(0— сила и Б —площадь трения);

Е — градиент скорости в направлении, перпендикулярном движению жидкости:

е = иь/(1г.

Средняя скорость течения вязкой жидкости в трубе при ламинарном режиме пропорциональна первой степени перепада давлений Д Р и может быть выражена уравнением:

I> = пАР, (8)

где: п — коэффициент, величина которого зависит от размеров трубы и вязкости жидкости.

При значениях скорости больше критических величин движение жидкости становится неупорядоченным, сопровождается смешением слоев, вихревыми явлениями в потоке и нелинейным увеличением гидравлических потерь. Такое движение называется турбулентным. Средняя скорость течения жидкости в трубе при турбулентном режиме выражается формулой:

ь = щ АР ^, (9)

где: т> 1.

В отличии от истинно вязких жидкостей коллоидно-дисперсные системы имеют отклонение от закона ламинарного движения не только при скоростях больше критических, но и при малых скоростях течения. По современным физико-химическим представлениям нефтяные битумы и их сплавы также являются сложными коллоидными системами, в которых макрочастицы, взаимодействуя друг с другом, образуют пространственную сетку-коагуляционную структуру. При от-14

сутствии внешней сдвигающей силы подобная коагуляционная структура равнопрочна во всех направлениях. При наложении внешней сдвигающей силы структурные связи пространственной сетки разрываются, уменьшая относительное сопротивление течению с увеличением градиента скорости — происходит течение материала с разрушающейся структурой. Этот режим течения называется структурным. Сохраняя внешние признаки ламинарного течения, он отличается более медленным ростом гидравлических потерь чем у ньютоновских жидкостей, причем зависимость скорости от перепада давлений выражается эмпирическим уравнением:

У = /?2 А/5"1, (10)

где: П2 — коэффициент, величина которого зависит от размеров трубы и структурной вязкости герметика, а т> 1.

Уравнения можно объединить в одно:

ь = пАРР, (11)

или

Д Р = (ь/п)1/р,

где: п — коэффициент пропорциональности, имеющий свое значение для каждого режима и зависящий от размера трубы и вязкости;

/3 — величина, зависящая от режима течения; для структурного режима /3 > 1; для ламинарного /?= 1; для турбулентного /5 < 1.

Графически уравнение изобразится в виде Г-образной кривой (рис. 2), наглядно демонстрирующей все режимы течения. Отметим, что во всех случаях экспериментальные кривые течения герметиков в трубах аналогичны нижней части кривой, то есть течение происходит при структурном режиме.

от скорости течения жидкостей.

I — область структурного режима;

II — область ламинарного режима;

III — область турбулентного режима.

Наличие того или иного режима определяется не только скоростью течения жидкости, но и ее плотностью Р и вязкостью tj, а также диаметром d трубопровода, по которому она перекачивается, и характеризуется безразмерным критерием Рейнольдса Re, показывающим отношение сил инерции к силам сопротивления:

Re —Vdр/Yj. (12)

Границы существования того или иного режима движения количественно определяются критическим значением числа Рейнольдса, которое для идеально вязких жидкостей принято равным Re = 2320. Численное значение критерия Re, определяющее границу перехода структурного режима движения в ламинарный, еще не найдено. Однако на реограммах многих структурированных жидкостей, в том числе битумов и битумно-полимерных композиций, эта граница просматривается. Ею является начало течения материала с максимально разрушенной структурой ?]т.

Течение по трубам жидкостей, обладающих предельным напряжением сдвига Т0, носит специфический характер. При малых внутренних нап^ кениях (Т < Х0) они являются как бы твердыми телами и течение их начинается лишь после того, как величина касательных направлений Т превысит величину т0. Если жидкость находится в трубе, то максимальные касательные напряжения возникают сначала 16

в слоях, прилегающих к стенкам трубы, в то время как на некотором расстоянии от них напряжения будут меньше.

Это приводит к тому, что в момент начала движения напряжение на стенке Т - тс, а напряжение в остальной массе Т < т0, и вся масса будет скользить как твердое тело по слоям, прилегающим к стенкам трубы. Такой вид движения жидкости называется структурным, или квазиламинарным. Структурный режим течения часто сопровождается наличием в потоке ядра, движущегося с постоянной скоростью, как целое тело. Поскольку режим движения жидкости вообще определяется параметром Рейнольдса, то, очевидно, для характеристики структурного режима этот параметр должен учитывать пластические свойства жидкости.

С увеличением скорости течения некоторых аномально вязких сред происходит разрушение их структуры и, как следствие этого, — понижение вязкости. При достижении полного разрушения структуры вязкость становится постоянной, а течения переходят из стуктур-ного режима в ламинарный. Однако не во всех случаях достигается полное разрушение структуры и тогда режим течения может перейти непосредственно из структурного в турбулентный. Граница перехода от структурного режима движения к турбулентному для аномальных жидкостей определяется критическим значением обобщенного параметра Рейнольдса.

Оствальдом и Ауэрбахом установлено, что турбулентный режим в дисперсных системах наблюдается раньше, чем следует по Рейноль-дсу и названо это явление структурной турбулентностью. П. А. Ре-биндер также отмечал, что при наличии в потоке жидкости частиц дисперсной фазы или обломков разрушенной структуры критическое число Рейнольдса может быть понижено в десять раз и даже более.

Битумно-полимерные мастики горячего приготовления в трубопроводах автомобилей-заливщиков швов МБ-16, МБ-16А ДС-67 при их движении и внесении в швы находятся в квазиламинарном-структурном режиме течения.

В целях снижения напряжений в потоке массы битумно-по-лимерных мастик, подаваемых по трубопроводам заливщиков швов при их внесении в стыковые соединения облицовок каналов для обеспечения движения холодных мастик в трубах в режиме структурной турбулентности и тем самым повышения производительности, эксплуатационной надежности и рабочего долголетия автомобилей-заливщиков швов автором диссертации осуществлены: создание и исследование устройства для холодного приготовления высокодисперсных многокомпонентных битумно-полимерных герметизирующих композиций; исследования способов приготовления и герметизации стыковых соединений и швов облицовок каналов холодной битумно-полимерной мастикой /22, 24, 26/.

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ, МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНЫХ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ

Анализ отечественного опыта водохозяйственного строительства показа,!, что имеющееся серийное оборудование для приготовления холодных многокомпонентных битумно-полимерных герметизирующих мастик, как правило, требует предварительного разогрева битума, а применяющиеся для этих целей обычные турбулентные смесители (растворомешалки) неэффективны, малопроизводительны и не обеспечивают должного качества изготовления мастик.

В этой связи автором разработано, исследовано и внедрено устройство-аппарат пропеллерного типа для приготовления высокодисперсных, многокомпонентных композиций, позволяющих значительно повысить производительность и качество изготовления мастик /22 /.

Конструкция предлагаемого аппарата (А. С. № 1604447) приведена на рис. 3 (а, б, в). На каркасе 1, представляющим собой сварную конструкцию из уголков, закреплены электродвигатель 2 и статор в виде конической емкости 3 с внутренней волнистой боковой поверхностью. При этом на ребрах внутренней боковой поверхности емкости 3 для интенсификации процесса дробления крупнокусковых компонентов (битума, смол и др.) установлены острые режущие кромки 4 навстречу направлению вращения ротора 5 под углом 45° к радиальным линиям по направлению от ребер к оси вращения. Ротор 5 вращается внутри емкости 3 от электродвигателя 2 с помощью клино-ременной передачи 6 и представляет собой вал 7 с пропеллером 8.

Причем одни лопасти пропеллера 8 расположены в горизонтальной плоскости, а другие — под углом к ней. Емкость 3 аппарата закрыта сверху откидной крышкой 9 с герметизирующей прокладкой. К днищу емкости 3 приварен сливной патрубок с краном. Устройство работает следующим образом: в емкость 3 загружают битум кусками, добавляют растворители, наполнители и полимер (раствор ДСТ-30 или лак ХП-734), включают привод. При вращении с высокой скоростью (1260 об/мин.) лопастей пропеллера происходит дробление битума, растворение и смешивание с наполнителями и полимером до образования однородного состава.

При работе ротора вместе с растворителем вращаются куски битума, которые с большой скоростью падают на острые режущие кромки 4. установленные в ребрах волнистой внутренней поверхности емкости 3, что в значительной степени интенсифицирует процесс дроб-18

ления битума и повышает производительность приготовления рабочих составов битумно-полимерных композиций.

Для обоснования угла установки режущих кромок на ребрах внутренней волнистой поверхности конусного статора предлагаемого аппарата и технологического зазора между концами режущих кромок и лопастей пропеллера по отношению к достижению цели автором проведены специальные технологические исследования (выполнено 56 опытов).

ОПЫТ 1. В аппарат емкостью 80 л, не снабженный режущими кромками, при температуре окружающего воздуха + 20°С помещали 22 кг битума (кусками размером до 200 мм) БН 70/30 (ГОСТ 661778), 42 кг лака ХП-734 (ТУ-02-11-42-81), 6 кг растворителя-сольвента (ГОСТ 10214-78), шлифовальной пыли (ТУ 38.3146-78) — 3 кг, асбеста хризотилового 7 сорта (ГОСТ 12871-67) — 3 кг.

Производили пуск аппарата и осуществляли перемешивание загруженных материалов до полного растворения битума и образования однородной битумно-полимерной смеси. Выход одного замеса приготовленной мастики составил около 75 кг. Время приготовления мастики 24 минуты.

ОПЫТЫ 2—56. Мастику готовили по рецептуре и технологии опыта 1 при температуре окружающего вздуха + 20 С в аппарате емкостью 80 л, снабженном режущими кромками, установленными под углом от 20 до 70° к радиальным линиям по направлению от ребер к оси вращения ротора при технологическом зазоре между концами режущих кромок и пропеллеров от 2 до 42 мм. Результаты выполненных технологических исследований проиллюстрированы в табл. 5.

Таблица 5

Время приготовления мастики в минутах при проведении опытов

Угол установки Аппарат без режу- Технологический зазор между концами режущих кромок и концами пропеллеров при их вращении, мм

режущих кромок щих кромок 42 32 22 12 2

1 2 3 4 5 6 7

20 24 21 18,1 18 18 19

30 — 19,5 16,2 16 16 17,2

35 — 18 14 14 14,1 15,5

40 — 16 12 12 12,1 13,5

44 — 14,8 11,3 11,3 11,4 12,7 19

Угол установки режущих ■ кромок Аппарат без режущих кромок Технологический зазор между концами режущих кромок и концами пропеллеров при их вращении, мм

42 32 22 12 2

1 2 3 4 5 6 7

45 — 14,5 11,1 И 11,2 12,5

46 — 14,9 11,6 11,5 11,7 12,9

50 — 16,5 13,5 13 13,1 14,4

55 — 19,2 16,1 16 16,1 17,9

60 — 22,1 18,5 18,4 18,5 20,3

70 — 23,1 21 20,9 21,1 22,5

Как видно из табл. 5 в диапазоне изменения технологического зазора от 2 до 42 мм при изменении угла наклона — (а) режущих кромок в диапазоне от 20 до 45° время приготовления мастики (0 снижается с 21 до 11 мин. и выражается следующей математической зависимостью:

,=24 — 0,29 а. (13)

А при изменении угла наклона (сС) режущих кромок от 45 до 70° время приготовления мастики — (0 увеличивается с 11 до 23,1 мин. и выражается следующей математической зависимостью:

( = 0,44 (а-20). (14)

Наиболее высокая производительность аппарата в процессе приготовления битумно-полимерной мастики достигается при угле установки режущих кромок 45° и при диапазоне изменения технологического зазора между концами режущих кромок и концами пропеллеров при их вращении в процессе работы аппарата от 12 до 32 мм. 20

бшумно-полимерных композиций.: а) общий вид, б) разрез по А—А; в) узел Б.

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ПРИГОТОВЛЕНИЯ

ХОЛОДНОЙ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНОЙ МАСТИКИ

Известен способ приготовления холодной битумно-полимерной мастики в винтовом аппарате АВ-1, предназначенном для приготовления составов мастик «холодным способом», и снабженном валом с перфорированным диском, имеющим число оборотов рабочего диска 970 об/мин., а также механизмом поджатая, имеющим ход подвижной части,механизма перемещения 520 мм, путем загрузки кусков битума, растворителя, наполнителя и полимерной добавки — лака ХП-734 и перемешивания мастики до однородной консистенции.

В известном способе при одновременной загрузке и одностадийном перемешивании всех составляющих компонентов в аппарате АВ-1 резко возрастает температура битумно-полимерной мастики (до120-140°С), что приводит к полимеризации полимерной модифицирующей добавки — лака ХП-734, то есть к снижению качества и жизнеспособности мастики в процессе ее приготовления, последующего хранения и применения на объектах.

Цель исследования — повышение жизнеспособности и качества битумно-полимерной мастики.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу приготовления холодной битумно-полимерной мастики с применением аппарата АВ-1 (положительное решение патентной экспертизы ВНИ-ИГПЭ № 4899353/05 от 25.02.1992 г.) сначала в аппарат загружают битум, органический растворитель и перемешивают 2,5-3 минуты до однородной консистенции, затем вводят наполнитель, полученную смесь перемешивают 1,0-1,5 минуты до гомогенизации, охлаждают смесь до + 40°С, вводят полимерную добавку и продолжают перемешивать еще 1,0-1,2 минуты с последующим затариванием готовой мастики в герметичные емкости для хранения в цистерне автомобилей-заливщиков швов МБ-16, МБ-16А, ДС-67 или в 18-литровые бачки-тубы, являющиеся одновременно оборотной тарой и приспособлениями для производства герметизационных работ (рис. 4).

Состав холодной битумно-полимерной мастики, мае. %: битум 25-40, растворитель (сольвент) 10-30, асбест хризотиловый 7 сорта 515, шлифовальная пыль 5-15, лак ХП-734 = 15-40. 22

СОСТАВЛЯЮЩИЕ КОМПОНЕНТЫ

Рис. 4. Технологический процесс безподогревного приготовления битумно-полимерпой мастики МГ-2 на аппарате ЛВ-1.

ОПЫТ 1. В аппарат АВ-1 загружают битум (куски до 150 мм) 25 мае. %, растворитель-сольвент 30 мае. % и перемешивают их 2,5 мин. до однородной консистенции. Затем в полученную смесь вводят наполнители: асбест хризотиловый 15 мае. % и шлифовальную пыль 15 мае. %, смесь перемешивают 1 мин. до гомогенизации. Затем смесь охлаждают до 40°С, вводят в нее полимерную добавку — лак ХП-734 — 15 мае. %, перемешивают 1,0 мин., после чего затаривают изготовленную мастику в герметичные емкости для хранения, транспортировки и производства работ.

ОПЫТ 2. В аппарат АВ-1 загружают битум (кусками до 150 мм) 40 мае. %, растворитель-сольвент 10 мае. % и перемешивают их 3 минуты до однородной консистенции. Затем в полученную смесь вводят наполнители: асбест хризотиловый 5 мае. % и шлифовальную пыль 5 мае. %, смесь перемешивают 1,5 мин. до гомогенизации. Затем смесь охлаждают до 40°С, вводят в нее полимерную добавку — лак ХП-734 — 40 мае. %, перемешивают 1,5 мин. и затаривают изготовленную мастику в герметичные емкости.

Приготовленная по предлагаемому способу холодная битумно-полимерная мастика характеризуется следующими показателями:

Таблица 6

Показатели холодной битумно-полимерной мастики, приготовленной предлагаемым автором способом в сравнении с прототипом

Наименование показателей По опытам исследований По прототипу

1 2 3

1.' Структура мастихи:

— после изготовления Однородная пастообразая Однородная пастообразая Однородная пастообразая

консистенция консистенция консистенция

— после 5 суток со дня То же Тоже Студнеобразная,

изготовления нетехнологичная комковатовязкая структура

— после 3-х месяцев То же Тоже То же, мастика

со дня изготовления не укладывается на бетонную поверхность

— после 6 месяцев со То же Тоже Тоже

дня изготоалнеия

Наименование показателей По опытам исследований По прототипу

1 2 3

2. Адгезия мастики к бетонной поверхности, КПл:

— после изготовления 590 590 590

— после 5 суток со дня 580 582 240

изготовления

— после 3-х месяцев 540 540 0

со дня изготовления нет адгезии

— после 6 месяцев со 500 502 0

дня изготовления нет адгезии

3. Жизнеспособность мастики (время сохранения технологических свойств мастики), сут. 180 165 2

Как видно из таблицы 6 холодная битумно-полимерная мастика, приготовленная предлагаемым автором способом, имеет достаточно устойчивые показатели однородности структуры и адгезии по сравнению с прототипом. Жизнеспособность холодной битумно-полимерной мастики, приготовленной предлагаемым автором способом, составляет 165-180 суток, по прототипу — 2 суток

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ГЕРМЕТИЗАЦИИ СТЫКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ ОБЛИЦОВОК ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ БИТУМНО-ПОЛИМЕРНОЙ МАСТИКОЙ

Известен способ герметизации швов между сборными конструкциями, включающий нанесение клеевого состава на герметизирующую ленту, прижатие ее к кромкам стыкуемых конструкций и нанесение защитного слоя (патент Японии № 50-25733, кл. 68/5/А, 1975).

В известном способе применяются остродефицитные и дорогостоящие материалы и при этом не обеспечивается достаточной надежности и долговечности герметизации в условиях резкоконтинентального климата Поволжья и близлежащих с ним регионов.

Наиболее близким является способ герметизации деформационных швов гидромелиоративных сооружений путем послойной укладки мастики и армирующей прокладки (стеклоткани) с последующей их укаткой, в котором в качестве мастики используют битумно-по-лимерно-эмульсионную и битумно-асбесто-эмульсионные мастики с добавкой цемента, а слои укладывают в следующей последовательности: битумно-полимерно-эмульсионную мастику, армирующую прокладку и битумно-асбестово-эмульсионную мастику с добавкой цемента. Недостатком вышеуказанного способа является низкая эксплуатационная надежность загерметизированных швов и стыков, обусловленная нетехнологичным подбором герметизирующих и защитных материалов. Так нижние слои шва выполняются из битумно-полимерной мастики (состав, мае. %: битум 47-49, известь 8-10, лес 8-10, песок каракумский 33-35, полимерная добавка 1-2), имеют недостаточное относительное удлинение, а верхний защитный слой — из жесткой битумно-асбестовой мастики с добавкой цемента (битум 48-50 мае. %, асбест 42-44 мае. %, цемент 6-10 мае. %) не содержит в своем составе полимерной добавки. Поэтому при деформациях стыкуемых элементов сооружения из-за прочного сцепления жесткой би-тумно-асбестово-цементной мастики верхнего слоя с армирующей прокладкой (стеклоткани) и из-за недостаточной деформативности битумно-полимерной мастики в нижних слоях конструкции шва возникают большие напряжения по месту контакта конструктивных слоев, что резко снижает деформативные возможности шва и приводит к его разгерметизации в процессе эксплуатации сооружения.

Кроме того, этот способ герметизации швов требует применения двух мастик различного состава, включающих значительное количество различных компонентов, что усложняет технологический процесс герметизационных работ. Наличие в составе битумно-асбестово-цементной мастики тяжелого наполнителя — цемента делает ее нетехнологичной при приготовлении и внесении в шов, так как цемент оседает на дне бигумоварочных котлов и загрузочных емкостей из битумно-асбестово-цементной мастики, имеет черный цвет, активно аккумулирует ультрафиолетовые лучи. Это приводит к тепловой деструкции герметизирующих материалов в конструкции шва.

Целью проведения автором исследований является повышение эксплуатационной надежности шва и упрощение технологии производства герметизационных работ (А. С. № 1749353).

Поставленная цель достигается тем, что в способе герметизации швов и стыков облицовок каналов путей послойной укладки мастики и армирующей прокладки с последующей укаткой в качестве мастичного герметика принимают холодную битумно-полимерную мастику, обладающую повышенной агрессивно-атмосферостойкостью, созданную на основе полимера — хлорсульфированного полиэтилена следующего состава мае., %:

— битум = 38-40;

— растворитель (сольвент, ксилол, толуол) = 20-22;

— шлифовальная пыль = 18-20;

— лак ХП-734 = 20-22,

а слои укладываем в следующей последовательности: холодную битумно-полимерную мастику, армирующую прокладку, холодную битумно-полимерную мастику и поверху мастики — светозащитный агрессивно-атмосферостойкий слой следующего состава, мае. %:

лак ХП-734 - 70-75;

растворитель (сольвент, кслилол, толуол) = 12-22;

алюминиевая пудра = 8-10.

На рис. 5 (а, б, в, г, д) показана последовательность герметизации швов предлагаемыми автором способами.

ОПЫТ 1 (рис. 5а). Шов между плитами заделывается цементно-песчаным раствором, не доводя его до поверхности плит на 5-7 мм, и после высыхания цементно-песчаного раствора на его поверхность, а также на боковые кромки и горизонтальные участки-заплечики (шириной 70-100 мм) стыкуемых плит, очищенных от пыли и грязи, наносим праймирующе-грунтовочный слой на основе разжиженной мастики по предлагаемому способу. После высыхания праймирующе-грунтовочного слоя на его поверхность укладывается первый слой холодной битумно-полимерной мастики (состав, мае. %: битум 38-40, растворитель 20-22, шлифовальная пыль 18-20', лак ХП-734 20-22) толщиной: на участке цементно-песчаного раствора 8-12 мм, на горизонтальных участках-заплечиках стыкуемых плит 3-5 мм. На уложенный слой мастики раскатываем с прикаткой валиком полосу армирующей прокладки шириной 140-200 мм из стеклоткани. Затем на армирующую прокладку укладываем второй слой (5-7 мм) холодной битумно-полимерной мастики и после завершения ее твердения по ней наносим светозащитный агрессивно-атмосферостойкий слой толщиной 0,5-0,8 мм (состав, мае, %: лак ХП-734 70-75, растворитель 15-22, алюминиевая пудра 8-10).

ОПЫТ 2 (рис. 5б). В полость шва с подкладкой из толя, рубероида или пропитанной битумно-полимерной мастикой армирующей прокладки на горизонтальные участки-заплечики (шириной 70-100 мм) стыкуемых плит, отработанных праймирующе-грунтовочным раствором, укладывается первый слой холодной битумно-полимерной мастики (состав, мае. %: битум 38-40, растворитель 20-22, шлифовальная пыль 18-20, лак ХП-734 20-22) и на него расстилается армирующая прокладка из стеклоткани и прикатывается валиком. При этом толщина слоя мастики на горизонтальных участках-заплечиках стыкуемых плит должна быть не менее 3 мм. Затем на армирующую прокладку укладывается второй слой (5-7 мм) холодной битумно-полимерной мастики и после высыхания по ней наносится светозащитный агрессивно-атмосферостойкий слой (состав, мае. %: лак ХП-734 70-75, растворитель 15-22, алюминиевая пудра 8-10).

Для повышения деформативности шва (в сооружениях на проса-дочных, пучинистых и набухающих грунтах) армирующую прокладку в мастику укладывают в виде компенсатора (рис. 5в).

В условиях опытов 1—2 в качестве армирующей прокладки может быть использовано полотно нетканое для мелиоративного строительства по ТУ 17 РСФСР 62-11262-86 (состав, мае. %: полипропилен 70, полиэфир 30), обладающее высокой деформативностью и повышенной шероховатостью против оползания холодной битумно-по-лимерной мастики на откосах облицовок гидромелиоративных сооружений (А. С. № 1749353).

С целью повышения надежности герметизации швов и стыков, снижения оползания мастики в облицовках на крутых откосах каналов и других сооружений, для увеличения сцепления герметизирующей мастики с полимерной лентой, в качестве полимерной ленты — подкладки под плиты — автором рекомендуется использовать полиэтилен с анкерными ребрами и при этом слои укладываются в следующей последовательности: гибкий полимерный материал с анкерными ребрами, расположенными поперек шва, а на нею укладывают холодную битумно-полимерную мастику и уплотняют ее катком или скребком-гладилкой с усилием 0,15-0,20 МПа (А. С. № 1375716) (рис. 5 г.).

Для увеличения деформативности шва при отрицательных температурах и упрощения технологии его герметизации автор также предлагает укладывать в среднюю часть полости шва по всей длине произоловую прокладку, а битумно-полимерной мастикой заполняют по контуру прокладки шва до торцов смежных плит на их высоту (А. С. № 1752855) (рис. 5д).

а) б)

Рис. 5. Способы герметизации конструкций швов и стыковых соединений облицовок каналов.

I — железобетонные плиты; 2 — первый слой холодной битумно-полимерной

мастики; 3 — армирующая прокладка (стеклоткань, стеклохолст и др.); 4 — второй слой холодной битумно-полимерной мастики; 5 — светозащитный агрессивно-атмосферостойкий слой; 6 — подкладка из толя или рубероида; 7 — компенсатор; 8 — цементно-песчаный раствор; 9 — гибкий полимерный материал с анкерными ребрами 10;

II — холодная битумно-полимерная мастика; 12 — пороизоловая прокладка.

Внесение герметизирующих мастик МГ-1 и МГ-2 в конструкции швов облицовок каналов производится с помощью заливщиков швов МБ-16, МБ-16А или ДС-67А, а при малых объемах вручную — с помощью специальных 18-литровых бачков-туб.

После продувки и нанесения грунтовки в местах примыкания мастики к поверхности плит облицовки машина переезжает на участок с высохшей загрунтованной поверхностью, оператор снимает метал-лорукав со стрелы, поворачивает ее в рабочее положение, включает битумный насос и производит заливку швов мастикой полностью на всю глубину или послойно направляя рукав со специальным наконечником в полость шва и на загрунтованную поверхность плит. В зависимости от размеров канала машина-заливщик швов обслуживает два или три шва с одной позиции, а затем переезжает на другую. Заполнение швов мастиками МГ-1 и МГ-2 на каналах глубиной до 1,5 м производится с одной бермы, до 3 м — с двух берм, более 3 м — с двух берм и дна канала (рис. б).

Производительность машин-заливщиков швов для герметизации стыков соединений облицовок каналов определяется темпом работ по строительству облицовок и протяженностью швов в них. Она тесно связана со скоростью передвижения рабочего (оператора) по откосам канала.

Следовательно, максимальная производительность заливщиков швов равна средней скорости передвижения оператора по каналу при заливке швов и, как показывают натурные наблюдения, может достигать 0,25 м/с.

Расход герметика при этом будет равен (в м /с) 0.-У • ¥,

где: V — скорость движения оператора по облицовке канала, м/с;

Б — средняя плшцадь поперечного сечения герметизируемого шва, м .

Количество ездок заливщика швов на объект в течение одной смены определяется исходя из следующей зависимости:

где: I — продолжительность смены, С;

О — время заправки и пробега машины заливщика швов с базы на объект и обратно, С;

Ьк — вместимость котла самоходного заливщика швов, м3.

а)

позшгаи

4 6 Н9 0 , )(6)(7Н8К9)(10)р)(13)

ТЬ

б)

Л

ггозииии

6 4 ь б V (6)(7)(8)(9)(

/-/¿7

'б '7 Э 9-10

Рис. 6. Технологическая схема герметизации швов оросительных каналов битумно-полимерными мастиками, а) глубина канала до 3 м; б) глубина канала более 3 м.

Примечание: Позиции 1, 2, 3 и т. д. — продувка шва сжатым воздухом; позиции 4, 5, 6 и т д. — нанесение праймирующе-грунтовочного состава и внесение битумно-полимерной мастики в шов.

Научные исследования технологических свойств новых составов битумно-полимерных герметизирующих мастик, устройств и способов для их приготовления и внесения в стыковые соединения облицовок каналов, а также изучение и внедрение новых типов конструкций швов и способов их уплотнения представляют возможность экономить дефицитные герметизирующие материалы зарубежного и отечественного производства (тиоколовые, силиконовые и тиолсиликоно-вые мастики, стабилизированные полиэтиленовые пленки и др.) в несколько раз, снизить затраты на выполнение противофильтрацион-ных мероприятий в ходе строительства и реконструкции сооружений, при проведении капитальных и текущих ремонтов облицовок мелиоративных каналов. Все это позволяет внедрять индустриальные методы приготовления, транспортировки и укладки в швы и стыки битумно-полимерных мастик, повысить производительность и качество герметизационных работ за счет более широкого использования серийно выпускаемых заливщиков швов МБ-16, МБ-16А; ДС-67, которые были недостаточно эффективны при работе с горячими мастиками, а также значительно улучшить культуру производства и условия труда рабочих-изолировщиков.

По результатам комплексных технологических исследований процессов герметизации стыковых соединений облицовок каналов би-тумно-полимерными мастиками установлено, что стоимость герметизационных работ снижается в 7-8 раз по сравнению с работами, выполненными с применением тиоколовых и силиконовых герметиков, и в 4-5 раз по сравнению с применением черной полиэтиленовой стабилизированной пленки, укладываемой под конструкции облицовок каналов из сборных железобетонных плит или монолитного бетона.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СПОСОБОВ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ШВОВ ОБЛИЦОВОК ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Для оценки эксплуатационной надежности деформационных швов из битумно-полимерной мастики МГ-2 (А. С. № 1548200) в гидротехнической лаборатории института «Волгогипроводхоз» А. Г. Алимовым с участием автора выполнен комплекс экспериментальных исследований на специально разработанном для этих целей стенде (А. С. № 1167250), позволяющем создавать различные сочетания горизонтальных и вертикальных деформаций элементов облицовки с различными напорами над ней, а в на гуральных условиях — на канале «Волго-Дон-П» и магистральном канале Городищенской ОС. 32

Испытанию на стенде подвергались деформационные швы в сборной облицовке каналов (А. С, № 1752855), уплотненные битумно-полимерной мастикой МГ-2 марок МГ-2Г (горячая) и МГ-2Х (холодная), внутри которой расположена пороизоловая прокладка.

Результаты испытаний деформационных-швов из битумно-по-лимерной мастики МГ-2 в сборной облицовке отсеков стенда представлены в табл. 7.

Таблица 7

Результаты испытаний деформационных швов из битумно-полимерной мастики МГ-2 на стенде

Номер опыта Размеры имитируемых деформаций, мм Место порыва шва в облицовке отсеков стенда Ширина шва вместе разрыва, Вш, мм Деформативность шва из мастики марки,% Температура шва при испытании, С

горизонтальные вертикальные в швах из мастики марки

МГ-2Г МГ-2Х МГ-2Г МГ-2Х

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 10 10 10 10 10 10 10

73,5 74,5

80 79

131 132,5

126,5 128

50 60 84 89

50 61 85 88

левый заплечик

правый заплечик

левый откос

правый откос

левый заплечик

правый заплечик

левый откос

правый откос

52 58 85 85 52 58 85 85

160 155 165 160

115 120 110

116

164 153 167 162 115 122 112 115

15 15 15 15 2 2 2 2

Как видно из табл. 7 деформативность швов (А. С. № 1752855) из холодной и горячей битумно-полимерной мастики МГ-2 (А. С. № 1548200) достаточно высока и в зависимости от температуры окружающего воздуха варьирует в пределах от 115 до 167 %, что обеспечивает эксплуатационную надежность противофильтрационных конструкций при горизонтальных и неравномерных вертикальных перемещениях элементов облицовки до 5 см. Однако холодная битумно-по-лимерная мастика марки МГ-2Х более технологична по сравнению с

33

горячей мастикой МГ-2Г по показателям жизнеспособности, вязкости, температурному режиму и др., что позволяет вносить ее в конструкции деформационных швов с помощью серийных заливщиков швов МБ-16, МБ-16А, ДС-67 и значительно повысить при этом качество, производительность, пожаробезопасность и культуру производства герметизационных работ.

Опытно-производственное внедрение холодной герметизирующей битумно-полимерной мастики МГ-2, конструкций и способа герметизации деформационных швов на ее основе осуществлялось на магистральном канале Городищенской оросительной системы и на канале «Волго-Дон-И». Деформационный шов сборной облицовки каналов (А. С. № 1752855) применялся при создании противофильтраци-онной защиты на МК Городищенской ОС, расстояние между деформационными швами при этом оставалось б м.

Способ герметизации деформационных швов по А. С. № 1749353 внедрялся на участке канала «Волго-Дон-Н» со сборной облицовкой из железобетонных плит, омоноличенных в крупные карты с расстоянием между деформационными швами 36 м.

Для оценки противофильтрационной эффективности разработанных конструкций и способа герметизации швов из холодной битумно-полимерной мастики МГ-2 на вышеуказанных участках каналов в натурных условиях были смонтированы точечные фильтроме-ры, с помощью которых установлены объемы сработки воды на фильтрацию за время проведения опытов, а затем определены значения интенсивности фильтрации на 1 п. м. шва при различных напорах. Результаты натурных исследований представлены в табл. 8.

Таблица 8

Результаты натурных исследований фильтрации через швы из холодной битумно-полимерной мастики МГ-2

Интенсивность фильтрации на 1 п. м. шва. Осредненный

Тип л/сут. при напоре, м: коэффициент

фильтрации

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 шва, см/с

(А. С. №1752855) 0,12 0,21 0,31 0,42 0,51 0,62 1,4* Ю-7

(А. С. № 1749353) 0,10 0,19 0,26 0,36 0,45 0,53 1,2 х 10 '

Как видно из табл. 8, интенсивность фильтрации через качественно загерметизированные швы из холодной битумно-полимерной мастики МГ-2 при изменении напора от 1 до 6 м варьирует в пределах от 0,10 . . . 0,12 до 0,53 . . . 0,62 л/(сут. х п. м.), а их коэффициент фильтрации составляет (1,1—1,2) х10~7 . . . 1,4 * 10~7 см/с. 34

Для сравнительной оценки противофильтрационной эффективности швов из холодной битумно-полимерной мастики МГ-2 в табл. 9 по данным натурных исследований приведены показатели фильтрации через швы облицовки из различных герметиков.

Таблица 9

Сравнительные показатели противофильтрационных свойств швов облицовок каналов из различных герметиков

№ п. п. Тип и материал шва Коэффициент фильтрации шва, см/с

1. Шов из просмоленной доски (2,9 -г4,5)х10~4

2. Шов из битумно-бутилкаучуковой «МББГ» мастики 1,34 х 10 ^

3. Шов из тиоколовой мастики (КМ-0,5; КБ-0,5) ЛМ-0,5; 1 х Ю-7

4. Шов из холодной битумно-полимерной МГ-2 (рис. 5д, А. С. № 1752855) мастики 1,4 х Ю-7

5. Шов из холодной битумно-полимерной МГ-2 (рис. 5а, б, в. А. С. № 1749353) мастики (1,1 1,2) х ю 7

Таким образом, из сравнения данных табл. 9 можно отметить, что противофильтрационная эффективность качественно загерметизированных швов из холодной битумно-полимерной мастики МГ-2 значительно выше по сравнению со швами из просмоленной доски и из битумно-бутилкаучуковой мастики. По показателям водонепроницаемости швы из холодной битумно-полимерной мастики МГ-2 достаточно близки к швам из тиоколовой мастики, что свидетельствует о целесообразности и перспективности внедрения вышеотмеченных конструктивных и технологических разработок (А. С. № 1604447; А. С. № 1548200; А. С. № 1752855; А. С. № 1749353; А. С. № 1375716 и др.).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ:

1. Сравнение различных видов противофильтрационных защит с точки зрения технологичности и возможности их устройства в сложных условиях строительства и ремонта, многолетние натурные наблюдения за стыковыми соединениями, уплотненными битумно-по-лимерными мастиками МГ-1 и МГ-2 в облицовках мелиоративных

35

каналов, позволили рекомендовать эти составы мастик, устройства и способы для их приготовления и укладки в качестве перспективного и эффективного средства борьбы с фильтрационными потерями воды на оросительных системах и улучшения экологической обстановки на прилегающих к ним орошаемых землях.

2. Экспериментально исследовано влияние состава и стуруктуры битумно-полимерных мастик на их водонепроницаемость, морозостойкость, относительное удлинение, адгезию и предел прочности, в результате чего обоснованы их основные физико-маханические характеристики.

3. Систематизация эксплуатационных воздействий и экспериментальные исследования позволили уточнить и обосновать технические и технологические требования к битумно-полимерным герметизирующим мастикам, технологические режимы их движения при укладке, ширину и толщину шва в зависимости от их деформационных свойств, расстояние между швами.

4. Создано и исследовано новое устройство-аппарат для приготовления высокодисперсных многокомпонентных битумно-полимер-ных герметизирующих композиций, позволяющее изготавливать мастики безподогревным холодным способом на производственных базах и в построечных условиях на объектах.

5. Исследован и усовершенствован новый способ приготовления холодных битумно-полимерных мастик, направленный на повышение качества выпускаемых герметиков, культуры производства, производительности и условий труда рабочих-изолировщиков.

6. Разработаны новые конструктивные и технологические решения герметизации швов и стыковых соединений облицовок мелиоративных каналов, направленные на повышение качества герметизации, снижение стоимости работ и потерь воды на фильтрацию.

7. В результате лабораторных, натурных и экспериментальных исследований составов, устройств и способов приготовления холодных битумно-полимерных мастик усовершенствована технология герметизации стыковых соединений облицовок каналов заливщиками швов МБ-16, МБ-16А, ДС-67, возросла эффективность их применения, а также эксплуатационная надежность и рабочее долголетие. Обоснована эффективность совершенствования способов герметизации швов облицовок оросительных каналов.

8. Разработаны и защищены восемью авторскими свидетельствами на изобретения эффективные герметизирующие составы битумно-полимерных мастик МГ-1, МГ-2, новые конструкции швов и стыков, устройства и способы приготовления мастик и герметизации ими облицовок каналов.

36

9. На основе выполненных научных исследований разработаны и рекомендованы для производства 8 нормативно-технологических документов, которые позволили обеспечить внедрение результатов работы автора на объектах водохозяйственного строительства и при эксплуатации оросительных систем в регионе Поволжья и позволили получить экономический эффект 5,2 млн. руб. (в ценах 1989 г.).

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ АВТОРА:

1. Битумно-полимерная мастика для герметизации швов гидротехнических сооружений. //Информационный листок Волгоградского межотраслевого территориального центра научно-технической информации и пропаганды. Волгоград, 1979. № 14—80, с. 51 (в соавторстве).

2. Разработка и внедрение герметизирующей мастики для заделки стыков между сборными железобетонными плитами и в монолитных облицовках каналов оросительных систем. //Повышение эффективности сельскохозяйственного производства. Материалы докладов к научной конференции молодых ученых Волгоградского СХИ, Волгоградского НТО сельского хозяйства, Волгоградского обкома ВЛКСМ. Волгоград, 1979. С. 93—94 (в соавторстве).

3. Разработка пленкообразующего состава для безвлажностного ухода за монолитным бетоном. //Повышение эффективности сельскохозяйственного производства. Материалы докладов к научной конференции молодых ученых Волгоградского СХИ, Волгоградского НТО сельского хозяйства, Волгоградского обкома ВЛКСМ. Волгоград, 1969 — с. 94—96 (в соавторстве).

4. Герметизация деформационных швов. / /Степные просторы — 1980. № 5 — с. 55 (в соавторстве).

5. Разработка и внедрение нового герметизирующего материала для водохозяйственного строительства. //Совершенствование оросительных систем, способов и техники полива сельскохозяйственных культур. Сб. научных трудов Волгоградского СХИ. Волгоград, 1980 — том XX. — с. 152—157 (в соавторстве).

6. Пленкообразующая эмульсия для безвлажностного ухода за монолитным бетоном в облицовках каналов оросительных систем, //Совершенствование оросительных систем, способов и техники полива сельскохозяйственных культур. Сб. научных трудов Волгоградского СХИ. Волгоград, 1980 — том XX. — с. 157—161 (в соавторстве).

37

7. Битумно-полимерная мастика для герметизации швов гидротехнических сооружений. — Экспресс-информация ЦБНТИ Минвод-хоза СССР: Серия 5. Водохозяйственное строительство. Москва, 1980. — Выпуск 5. — с. 14—21 (в соавторстве).

8. Инструкция и методические рекомендации по применению битумно-полимерной мастики МГ-1 для герметизации деформационных швов в противофильтрационных облицовках и сооружениях на каналах. //Союзоргтехводстрой. Волгоград, 1980. — 42 с. (в соавторстве) .

9. Механизация технологических процессов при герметизации швов битумно-полимерной мастикой. //Тезисы докладов четвертой научно-производственной конференции по проектированию, строительству и эксплуатации оросительных систем в Поволжье. Минвод-хоз СССР. Союзводпроект. Волгоград, 1980 — с. 35—37 (в соавторстве).

10. Разработка и внедрение битумно-полимерной мастики для герметизации швов гидротехнических сооружений. //Тезисы докладов четвертой научно-производственной конференции по проектированию, строительству и эксплуатации оросительных систем в Поволжье. Минводхоз СССР, Союзводпроект. Волгоград, 1980 — с. 53—54 (в соавторстве).

11. Битумно-полимерная мастика МГ-1. Технические условия ТУ 33-277-83. //Минводхоз СССР, Союзоргтехводстрой, Волгогип-роводхоз, Волгоградоргтехводстрой. Волгоград, 1983. — 18 с. (в соавторстве).

12. Технологический процесс герметизации деформационных швов облицовок мелиоративных каналов новыми составами битумно-полимерных мастик. //Буклет ВДНХ СССР. ССО «Волгоградводст-рой», «Волгоградоргтехводстрой», Волгогипроводхоз, Союзоргтехводстрой. Волгоград, 1989. — 4 с. (в соавторстве).

13. Битумно-полимерная мастика МГ-2. Технические условия ТУ 33-02-90. //Государственный концерн по водохозяйственному строительству «Водстрой», ССО «Волгоградводстрой», Волгогипроводхоз, Волгоградоргтехводстрой. Волгоград, 1990. — 16 с. (в соавторстве).

14. Приготовление битумно-полимерной герметизирующей мастики МГ-2 безподогревным способом с применением установки АВ-1. Технологическая карта. Шифр: С 11-100.00.00.00 ТК. //Государственный концерн по водохозяйственному строительству «Водстрой», ССО «Волгоградводстрой», Волгоградоргтехводстрой, Волгоград, 1990 — 12 с. (в соавторстве).

15. Приготовление и укладка герметизирующей мастики МГ-2. Технологическая карта. Шифр: В117-84. //Государственный концерн по водохозяйственному строительству «Водстрой», ССО «Волгоградводстрой», Волгоградоргтехводстрой. Волгоград, 1990. — 18 с. (в соавторстве).

38

16. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации противофильтрационных облицовок каналов с герметизацией швов и стыков тиоколовыми герметиками и битумно-полимерной мастикой. ВТР-ПСЭ-1-91. //Государственный концерн по водохозяйственному строительству «Водстрой», ССО «Волгоградводстрой», Вол-гогипроводхоз, Волгоградоргтехводстрой. Волгоград, 1991. — 49 с. (в соавторстве).

17. Методические рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации противофильтрационных облицовок оросительных каналов и прудов-накопителей. / / Российская академия сельскохозяйственных наук, Главное управление сельского хозяйства и продовольствия Администрации Волгоградской области, Волгоградский научно-исследовательский и проектно-технологический центр экологии, организации и технологии мелиоративных работ. Волгоград, 1994 — 56 с. (в соавторстве).

18. Технологические инструкции по входному, операционному и приемочному контролю качества строительно-монтажных работ. (Система управления качеством в строительном комплексе Республики Татарстан). //Госстрой Республики Татарстан, лицензионный центр Республики Татарстан по проектной и строительной деятельности, Волгоградский научно-исследовательский и проектно-технологический центр экологии, организации и технологии мелиоративных работ, г. Казань, 1994. — 271 с. (в соавторстве).

19. А. С. № 802336. Герметизирующая мастика. //Открытия. Изобретения. — 1981 — Бюл. № 5 (в соавторстве).

20. А. С. № 1375716. Способ герметизации деформационных швов гидротехнических сооружений. // Открытия. Изобретения. — 1988 — Бюл. № 7 (в соавторстве).

21. А. С. № 1548200. Состав мастики для герметизации и гидроизоляции. //Открытия, Изобретения. — 1990. — Бюл. № 9 (в соавторстве).

22. А. С. № 1604447. Аппарат для приготовления высокодисперсных многокомпонентных композиций. // Открытия. Изобретения.

— 1990. — Бюл. № 41 (в соавторстве).

23. А. С. № 1729109. Состав мастики для пропитки стеклохолста. //Открытия. Изобретения (для служебного пользования) (в соавторстве).

24. А. С. № 1749353. Способ герметизации деформационного шва гидротехнического сооружения. //Открытия. Изобретения. — 1992.

— Бюл. № 27 (в соавторстве).

25. А. С. № 1752855. Деформационный шов сборной облицовки каналов. //Открытия. Изобретения. 1992. — Бюл. № 29 (в соавторстве).

26. Положительное решение патентной экспертизы ВНИИГПЭ. Способ приготовления холодной битумно-полимерной мастики. № 4899353/05 от 25.02.1992 (в соавторстве).