Способ соединения строительных конструкций и сооружений

 

Использование: технология промышленного строительства. Сущность изобретения: способ соединения строительных конструкций и сооружений включает последовательное нанесение на сопрягаемые поверхности композиции на основе тиокола следующего состава, мас. ч. тиокол жидкий 80-120; технический углерод 20-45; окись-закись кобальта 6,5-10,0; адгезионная присадка 5,5-7,5; активатор твердения каучука 0,05-0,15; сшивающий агент 2,6-4,1; модификатор 0,3-0,4; каменноугольная смола 34,5-51,75, а композиция на основе цемента включает, мас, ч. цемент 42-44; строительный песок 42-44; активатор схватывания цемента 1-2; вода 15-17. В композицию на основе цемента в качестве активатора схватывания может быть введен алюминат натрия, фтористый натрий, жидкое натриевое стекло. В качастве суперпластификатора она может дополнительно содержать натриевую соль продукта кондексации нафталинсульфокислоты и формальдегида в количестве 0,07-0,7% по сухому веществу от массы цемента. Образцы стыкового соединения имели следующие показатели свойств: предел прочности при изгибе 8,7 МПа; предел прочности при сжатии 66,8 МПа; линейное расширение 0,1% водонепроницаемость при давлении 1,8 МПа.

Изобретение относится к технологии промышленного строительства, а более точно к способу получения монолитногибких сопряженных конструкций и сооружений.

Известно использование для соединения стыков строительных изделий акриловых мастик белого цвета, например, мастики "Пластилат" фирмы "Басф" из 42 мас. пластилата и 58% титановых белил [1] Известен также способ получения монолитногибких сопряженных строительных конструкций, заключающийся в том, что на соединяемые поверхности элементов строительных конструкций наносят слой смеси толщиной 0,5-2,0 мм, содержащей жидкий тиокол (в сочетании с эпоксидной смолой и пигментами (54-65,2 мас.), вулканизатор, взятый в количестве 0,12-7,90 мас. представляющий собой смесь бихромата натрия, каолина, дифенилгуанидина, воды, каменноугольную смолу (0,2-43,3 мас.) и растворители. На соединяемые поверхности затем немедленно наносят цементный раствор следующего состава, мас. цемент на основе глиноземистых шлаков, имеющий расширение не более 0,3% 29,9-30,7; песок строительный 59,80-60,03; вода 7,7-9,6; возможно пластификатор 0,1-0,2; возможно активатор твердения 0,75 [2] Однако известный способ получения монолитногибких соединений строительных конструкций сложен для практического применения, так как даже незначительное отклонение от рецептуры композиции на основе жидкого тиокола и несоблюдение жесткого требования по немедленной и тщательной гомогенизации всех компонентов этой композиции приводит к нарушению заданного процесса вулканизации. Следствием нарушения процесса вулканизации тиокола является исключение возможности надежного сцепления в условиях переменных нагрузок соединяющего материала, а точнее цементного камня с соединяемыми поверхностями, то есть получаемое соединение не обладает ни прочностью, ни гибкостью. Кроме того, известный способ предполагает незамедлительное применение композиции на основе тиокола после ее составления и тщательного перемешивания. Таким образом, процесс вулканизации, осуществляющийся в композиции после смешивания компонентов, не позволяет готовить эту композицию заранее.

В основу изобретения положена задача путем обеспечения условий для стабильной и надежной адгезии материала сопрягаемых конструкций и соединяющего материала при воздействии переменных нагрузок и агрессивных сред, создать способ получения монолитногибких сопряженных строительных конструкций и сооружений, пригодный для успешного использования в производственных процессах строительства и реставрации конструкций и сооружений.

Это решается тем, что в способе соединения строительных конструкций и сооружений, включающем последовательное нанесение на сопрягаемые поверхности строительных конструкций и сооружений композиций на основе тиокола и композиции на основе цемента с расширением не более 0,3% выдерживание получаемой сопрягаемой строительной конструкции в течение времени, достаточном для вулканизации тиоколсодержащего состава и твердение цемента, наносят композицию на основе тиокола слоем толщиной 0,1-2,0 мм следующего состава, мас. ч. тиокол жидкий 80-120; технический углерод 20-45; окись-закись кобальта 6,5-10,0; α и β изомеры аминопропилтриэксисилeна (НN₂(CH₃)₃Si(OC₂H₅)₃ 5,5-7,5; дифенилгуанидин 0,05-0,15; сшивающий агент 2,6-4,1; олигоэфиракрилат 0,3-0,4; каменноугольная смола 34,5-51,75, а композиция на основе цемента включает, мас. ч. цемент 42-44; строительный песок 42-44; активатор схватывания цемента 1-2; вода 15-17.

В раствор может быть введен дополнительно суперпластификатор в количестве от 0,07 до 0,7% по сухому веществу от массы цемента. В качестве суперпластификатора используют натриевую соль продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Раствор на основе цемента может дополнительно также содержать активатор схватывания цемента, выбранный из группы, включающей алюминат натрия, фтористый натрий, жидкое натриевое стекло.

Строительные конструкции, подлежащие сопряжению для получения единой монолитной конструкции, обладающей необходимой устойчивой степенью деформативности или гибкости, прежде всего подвергают в месте их сопряжения очистке от загрязнений, коррозии, фрагментов материала строительной конструкции с нарушенной структурой.

Затем сопрягаемые поверхности обрабатывают тиоколсодержащим составом для получения слоя толщиной от 0,1 до 2,0 мм. Согласно изобретению, этот обрабатывающий состав представляет собой смесь следующих соединений: тиокол жидкий (жидкий полисульфидный каучук) общей формулы: HS[-RS_n-]_xSH, взятый в количестве 80-120 мас. ч. неорганический пигмент, например двуокись титана, но предпочтительно в виде углеродной сажи, взятый в количестве 20-45 мас. ч. вулканизатор аэробного твердения каучука, например, неорганические перекиси и двуокиси, но предпочтительно в виде окиси-закиси кобальта, взятый в количестве 6,5-10,0 мас. ч. адгезионная присадка предпочтительно в виде α и β -изомеров аминопропил-триэтоксисилeна (НN₂(CH₃)₃Si(OC₂H₅)₃ в количестве 5,5-7,5 мас. ч. активатор твердения каучука предпочтительно в виде дифенилгуанидина, взятый в количестве 0,05-0,15 мас. ч. сшивающий агент предпочтительно в виде этилсиликата, бутилсиликата, 2-метоксиэтилсиликата, взятый в количестве 2,6-4,1 мас. ч. модификатор предпочтительно в виде олигоэфиракрилата, взятый в количестве 0,3-0,4 мас. ч. каменноугольная смола, взятая в количестве 34,5-51,75 мас. ч.

Сочетание названных компонентов в тщательно подобранных количествах при присутствии в композиции вулканизатора аэробного твердения каучука позволило получить состав, пригодный к длительному хранению при условии вакуумирования. Такой состав возможно изготавливать в условиях тщательного контроля, например, в специальных условиях, гарантирующих получение продукта заданного качества, а именно обеспечивающего вулканизацию и превращение каучука в сшитые полимеры в нужный по технологии момент.

После нанесения на сопрягаемые поверхности строительных конструкций слоя названной композиции необходимо незамедлительно заполнить место сопряжения цементным раствором.

Используемый цементный раствор включает следующие компоненты: а) цемент, имеющий расширение не более 0,3% например, на основе глиноземистых шлаков следующего минералогического состава, мас. 3 CaO˙SiO₂ 60 2 CaO˙SiO₂ 17 2 CaO˙Al₂O₃ 5 4 CaO˙Al₂O₃˙Fe₂O₃ не более 16 SO₃ 3,0-4,4 Al₂O₃ 5,04-6,5 или сульфоферритсодержащий цемент с расширением не более 0,3% следующего минералогического состава, мас. 3СаО˙3 Fe₂O₃˙CaSO₄ 20 2CaO˙Fe₂O₃˙CaSO₄ 20 2 CaO˙SiO₂ 30 6 CaO˙Al₂O₃˙Fe₂O₃ 20 3 CaO˙SiO₂ 10.

При этом названный цемент содержится в количестве от 42 до 44 мас. ч. песок строительный в количестве от 42 до 44 мас. ч. активатор схватывания цемента в количестве от 1 до 2 мас. ч. и вода в количестве от 15 до 17 мас. ч.

Отношение вода: твердая фаза в используемом растворе составляет 0,17-0,19.

Используемый цементный раствор может дополнительно содержать пластификатор натриевую соль продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида в количестве от 0,07 до 0,7% по сухому веществу от массы цемента, при этом отношение вода:твердая фаза составляет 0,15-0,17.

Используемый цементный раствор содержит в качестве активатора твердения цемента, например, алюминат натрия или фтористый натрий или жидкое натриевое стекло.

Целесообразно место сопряжения соединяемых конструкций заполнять цементным раствором, подаваемым под давлением от 4 до 6 атмосфер, что обеспечивает надежное заполнение пространства различной конфигурации между сопрягаемыми поверхностями конструкций.

Затвердение цемента и вулканизация тиокола протекают практически одновременно за счет щелочной среды цементного камня и наличия в нем окислов СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃, вулканизирующих и упрочняющих герметизирующий состав. Интенсификация вулканизации состава и его упрочнение происходят дополнительно за счет жидкой фазы свежеуложенного безусадочного раствора. Выделяющаяся при вулканизации герметизирующего состава влага связывается свежеуложенным раствором и не ослабляет шва (стыка). Входящие в герметизирующий состав добавки оказывают ускоряющее воздействие на твердение безусадочных растворов, модифицированных кремнийорганическими полимерами, алюминатами и суперпластификаторами, и образуют дополнительные связи на границе раздела двух сред. Вследствие того, что возникновение этих связей происходит в присутствии влаги и носит необратимый характер, шов (стык) характеризуется незатухающим ростом адгезии по времени.

По истечении времени затвердения цемента получают сопряженные строительные конструкции, обладающие в месте их сопряжения монолитно-гибкими характеристиками, обуславливающими работу конструкции как единого целого. Получаемые сопряженные конструкции являются в месте соединения водонепроницаемыми, способны выдерживать без разрушения циклические растягивающие и сжимающие нагрузки, нагрев и охлаждение, обладают сеймостойкостью.

Возникающие под воздействием разного рода нагрузок деформации надежно компенсируются и поглощаются слоем, полученным с помощью тиоколсодержащей композиции. При этом указанная надежность компенсации нагрузок обеспечивается высокими механическими свойствами, а также адгезионными свойствами этого слоя как к цементному камню, так и к материалу, из которого выполнена строительная конструкция, например, металлу, железобетону, стеклу.

Сочетание в месте соединения конструкций эластичных и жестких материалов, обладающих высокой адгезией друг к другу, обеспечивает надежность работы конструкций при самых многообразных нагрузках. При этом совместимость и взаимное упрочнение материалов, обеспечивающих соединение конструкций, не является ограниченным по времени.

Для пояснения изобретения приводятся следующие примеры его конкретного выполнения.

П р и м е р 1. Осуществляют соединение встык сборных железобетонных конструкций метростроительства открытого и закрытого методов выполнения работ.

Соединяемые поверхности строительных железобетонных конструкций тщательно очищают от пыли, грязи, масляных пятен с помощью металлических щеток, устраняют сколы и фрагменты бетона с поврежденной структурой. На каждую соединяемую поверхность наносят следующую тиоколсодержащую композицию, находившуюся до начала использования в вакуумной упаковке, мас. ч. Тиокол жидкий 100 Углеродная сажа 40 Окись-закись кобальта 7,1 НN₂(CH₃)₃Si(OC₂H₅)₃ 6,5 Дифенилгуанидин 0,15 Этилсиликат 4,0 Олигоэфиракрилат 0,4 Каменноугольная смола 41,0 Нанесенный слой тиоколсодержащей композиции имеет толщину 2,0 мм.

Сразу после нанесения указанной композиции заполняют стыковочное пространство между соединяемыми конструкциями раствором на основе цемента, подаваемым под давлением 4-6 атм.

Состав раствора на основе цемента, мас. ч.

Цемент сульфофер- ритный, имеющий расширение не более 0,3 44,0 Песок мытый строительный 44,0 Алюминат натрия 1,0 Вода 15,0 Через 4 ч наблюдают затвердение цемента.

По истечении 28 сут выбуривают образец в месте полученного стыка конструкций и испытывают его в лаборатории.

Физико-механические свойства образца.

Предел прочности при изгибе 8,7 МПа
Предел прочности при сжатии 66,7 МПа,
Линейное расширение 0,1%
Водонепроницаемость при давлении 1,6 МПа, Самонапряжение 1,76 МПа.

П р и м е р 2. Осуществляют гидроизоляцию монтажных отверстий в бетонных конструкциях метростроя.

Очищают поверхность монтажного отверстия от пыли и загрязнений сжатым воздухом, металлическими щетками и промывают водой, подаваемой под давлением 4-6 атм.

На очищенную поверхность монтажного отверстия наносят распылителем следующий состав, мас. ч. Тиокол жидкий 80 Сажа углеродная 20 Окись-закись кобальта 6,5 НN₂(CH₃)₃Si(OC₂H₅)₃ 5,5 Дифенилгуанидин 0,07 Бутилсиликат 2,6
Олигоэфиракрилат 0,3 Каменноугольная смола 34,5, образуя слой толщиной 0,1 мм.

Затем незамедлительно осуществляют нагнетание под давлением 4-6 атм в монтажное отверстие цементного раствора следующего состава, мас. ч.

Цемент на основе
глиноземистых шлаков,
имеющий расширение не более 0,3% 42,5 Песок строительный 42,5 Алюминат натрия 1,0 Вода 17,0.

По истечении 28 сут при контроле качества не наблюдают отслоений, раковин. В месте осуществления гидроизоляции монтажного отверстия бетонной конструкции выбуривают образец и испытывают его в лаборатории. Просачивание воды не наблюдается при давлении, превышающем 1,8 МПа. Прочность на изгиб составляет 4,9 МПа.

П р и м е р 3. Осуществляют упрочнение стыков колоннопрогонного комплекса метрополитена.

Зазоры в конструкциях колонна-ригель очищают аналогично указанному в примере 1, после чего наносят слой толщиной 0,4 мм следующего состава, мас. ч. Тиокол жидкий 120,0 Сажа углеродная 45,0 Окись-закись кобальта 10,0 HN₂(CH₃) ₃Si(OC₂H₅)₃ 7,5 Дифенилгуанидин 0,15 2-метоксиэтилсиликат 4,1 Олигоэфиракрилат 0,4 Каменноугольная смола 51,75.

Затем зазоры заполняют раствором на основе цемента, имеющего расширение не более 0,3% следующего состава, мас. ч.

Цемент сульфоферритный 42,0 Песок строительный 42,0 Алюминат натрия 2,0 Вода 17,0
Физико-механические свойства образца, набуренного в месте осуществленного упрочнения стыков.

Предел прочности при изгибе 8,7 МПа
Предел прочности при сжатии 66,8 МПа Линейное расширение 0,1%
Просачивание воды
не наблюдают при давлении, превышающем 1,8 МПа.

П р и м е р 4. Осуществляют герметизацию температурного шва дорожного покрытия эстакады.

Подготовку шва, его обработку тиоколсодержащей композицией и раствором на основе цемента, имеющего расширение не более 0,3% осуществляют в условиях, аналогичных указанным в примере 3.

Однако используют тиоколсодержащую композицию следующего состава, мас. ч. Тиокол жидкий 110,0 Сажа углеродная 33,0 Окись-закись кобальта 8,5 HN₂(CH₃)₃ Si(OC₂H₅)₃ 7,0 Дифенилгуанидин 0,12 Этилсиликат 3,4 Олигоэфиракрилат 0,3 Каменноугольная смола 50,4
П р и м е р 5. Осуществляют уплотнение стеклопакетов оконных витражей.

Подготовку соединяемых поверхностей стеклопакетов, обработку места их сопряжения тиоколсодержащей композицией и раствором на основе цемента, имеющего расширение не более 0,3% осуществляют в условиях, аналогичных указанным в примере 3.

Однако используют тиоколсодержащую композицию следующего состава, мас. ч. Тиокол жидкий 100,0 Сажа углеродная 40,0 Окись-закись кобальта 7,0 HN₂(CH₃)₃ Si(OC₂H₅)₃ 6,4 Дифенилгуанидин 0,14 Этилсиликат 4,0 Олигоэфиракрилат 0,4 Каменноугольная смола 42,0.

Используемый раствор на основе цемента имеет следующий состав, мас. ч. Цемент сульфоферритный 43,0 Песок строительный 43,0
Продукт конденсации
на основе формалинмела-
мина и нитросульфата натрия 0,28 Алюминат натрия 2,0 Вода 17,0.

П р и м е р 6. Осуществляют сопряжение встык чугунной обделки тоннеля метрополитена (закрытый способ работ).

Подготовку сопрягаемых поверхностей осуществляют в условиях, аналогичных указанным в примере 1, однако, дополнительно применяют пескоструйные аппараты.

Место стыка сопрягаемых чугунных поверхностей после их очистки обрабатывают тиоколсодержащей композицией следующего состава, мас. ч. Тиокол жидкий 90,0 Сажа углеродная 30,0 Окись-закись кобальта 7,2 HN₂(CH₃)₃ Si(OC₂H₅)₃ 6,8
Дифенилгуанидин 0,05 Этилсиликат 4,0 Олигоэфиракрилат 0,38 Каменноугольная смола 51,7
Получают слой тиоколсодержащей композиции толщиной 2,00 мм.

Стыковочное пространство незамедлительно затем заполняют раствором на основе цемента, имеющего расширение не более 0,3% подаваемым под давлением 4-6 атм.

Состав раствора на основе цемента, мас. ч.

Цемент сульфоферритный 44,0 Песок строительный 44,0 Алюминат натрия 1,5
Натриевая соль продукта
конденсации нафталинсуль- фокислоты и формальдегида 0,03 Вода 16,5.

По истечении 28 сут выбуривают образец в месте полученного стыка конструкций и испытывают его в лаборатории.

Физико-механические свойства образца:
Предел прочности при изгибе 8,7 МПа,
Предел прочности при сжатии 66,8 МПа, Линейное расширение 0,1%
Водонепроницаемость при давлении более 1,8 МПа, Самонапряжение 1,76 МПа.

П р и м е р 7. Осуществляют строительство взлетно-посадочной полосы аэродрома.

На предварительно подготовленной площадке последовательно создают слой из песчано-гравийной смеси толщиной 25 см, цементно-грунтовый слой 1 класса прочности толщиной 24-28 см, слой из бетона прочностью 35-40 МПа толщиной 24 см, слой из тиоколсодержащей композиции толщиной 2 мм и слой из армированного бетона прочностью 35-40 МПа толщиной 20 см. Состав тиоколсодержащей композиции аналогичен указанному в примере 1. При этом швы сжатия и температурные швы создаваемой полосы заполняют тиоколсодержащей композицией и раствором на основе цемента, имеющего расширение не более 0,3% аналогичными указанными в примере 4.

Взлетно-посадочная полоса аэродрома имеет высокую стойкость к удару, высокую сейсмостойкость, обладает способностью смягчать динамический удар самолета без разрушения.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ, включающий последовательное нанесение на сопрягаемые поверхности композиции на основе тиокола и композиции на основе цемента с расширением не более 0,3% выдерживание в течение времени, достаточном для вулканизации тиоколсодержащего состава и твердения цемента, отличающийся тем, что наносят композицию на основе тиокола слоем толщиной 0,1 2,0 мм следующего состава, мас. ч.

Тиокол жидкий 80 120
Технический углерод 20 45
Окись-закись кобальта 6,5 10,0
α и β изомеры аминопропилтриэтоксисилана (HN₂ (CH₃)₃ Si (OC₂H₅)₃ 5,5 7,5
Дифенилгуанидин 0,05 0,15
Сшивающий агент 2,6 4,1
Олигоэфиракрилат 0,3 0,4
Каменноугольная смола 34,5 51,75,
а композиция на основе цемента включает, мас. ч.

Цемент 42 44
Строительный песок 42 44
Активатор схватывания цемента 1 2
Вода 15 17
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что композиция на основе цемента дополнительно содержит суперпластификатор на основе натриевой соли нафталинсульфокислоты и формальдегида в количестве от 0,07 до 0,7% по сухому веществу от массы цемента.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активатор схватывания цемента выбран из группы, включающей алюминат натрия, фтористый натрий, жидкое натриевое стекло.