книги из ГПНТБ / Литвин, А. Н. Железобетонные конструкции с полимерными покрытиями

А. Н. Л ИТ В ИН

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ

КОНСТРУКЦИИ С ПОЛИМЕРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Москва

Стройиздат

1974

Литвин А. Н. Железобетонные конструкции с поли­ мерными покрытиями, М., Стройиздат, 1974, 175 с.

Рассмотрены технология производства н области применения новых комплексных конструкции из поли­ меров и железобетона, описаны наиболее перспективные конструкции, позволяющие повысить качество и надеж­ ность сооружении. Приведены рекомендации по выбору стойких п экономичных полимерных материалов. Отдель­ ная глава посвящена технико-экономической эффектив­ ности железобетонных конструкций с полимерными по­ крытиями.

Книга предназначена для инженерно-технических ра­ ботников строительных п проектных организаций, а так­ же промышленности сборного железобетона.

Табл. 21, ил. 66, список лит.: 100 назв.

© Стройиздат, 1974

Л 30209-287 .72-74

017(01)л74

В В Е Д Е Н И Е

Железобетонные конструкции наряду с такими их достоинствами, как прочность, долговечность и эконо­ мичность, обладают также рядом недостатков, сущест­ венно сужающих области их эффективного применения. Они относительно тяжелы, проницаемы для жидкостей и газов, находящихся под давлением, нестойки против воздействия многих химически агрессивных сред, плохо сопротивляются абразивному гидроизносу, обладают высоким водопоглощением, плохими диэлектрическими свойствами, имеют шероховатую поверхность.

Перечисленных недостатков железобетона почти пол­ ностью лишены многие полимерные материалы, про­ мышленное производство которых в последнее время ин­ тенсивно развивается. Отсюда, однако, нельзя делать вывода о том, что конструкции из полимерных материа­ лов в скором времени начнут вытеснять в строительстве железобетонные конструкции. Такая замена нереальна даже в довольно отдаленной перспективе по соображе­

бетон применяют совместно с эффективным использова­ нием наиболее ценных свойств и преимуществ каждого из них. Несколько новых разновидностей таких конструк­ ций были предложены автором в 1960 г. В дальнейшем они получили наименование полимержелезобетонных.

Важнейшей особенностью полимержелезобетонных конструкций является то, что поверхности железобетона в них полностью или частично защищены слоем полиме­ ра, выполненным в виде покрытия или тонкостенной об­ лицовки. В отличие от обычных железобетонных конст­ рукций, в которых рационально используется совместпая работа двух материалов — стали и бетона, в полнмержелезобетонных конструкциях совместно работают три материала — сталь, бетон и тот или иной полимер, с определенным и рациональным распределением функ­ ций между ними. Стальная арматура воспринимает

в них в основном растягивающие усилия, бетон — сжи­ мающие усилия, а слой полимерного материала в виде покрытия или тонкостенной облицовки придает конст­ рукциям как раз те полезные свойства полимеров, кото­ рых нет у железобетона, т. е. высокую химическую стой­ кость, практическую непроницаемость под давлением для жидкостей и газов, малое водопоглощение, морозо­ стойкость, хорошие диэлектрические свойства, малое во­ допоглощение и др.

В полимержелезобетонных конструкциях, в зависимо­ сти от их назначения и экономических факторов, может быть использован очень обширный ассортимент поли­ мерных материалов, все виды обычно применяемой ар­ матуры и почти все разновидности тяжелых, легких и поризованных бетонов (в случае применения легких и поризованных бетонов конструкции мы будем в дальней­ шем именовать полимерлегкобетонными).

Следует отметить, что использование полимерных ма­ териалов совместно с железобетоном в ряде случаев мо-ч жет существенно влиять на выбор рациональной формы

железобетонных емкостей и напорных железобетонных трубопроводов, которые должны быть непроницаемы, одно из предельных состояний обычно возникает при об­ разовании в них первой трещины, так как при этом те­ ряется непроницаемость сооружения. Для подобных по­ лимержелезобетонных сооружений появление первой трещины в их железобетонной части еще не означает возникновения предельного состояния, так как полимер­ ный слой может надежно перекрыть образовавшиеся трещины и обеспечить непроницаемость сооружения да­ же при раскрытии трещин в нормируемых пределах. В связи с этим расчет железобетонных конструкций описанного типа ведут по образованию трещин, а поли­ мержелезобетонных— по раскрытию трещин. Это в не­ которых случаях и обусловливает различия в величине и характере армирования.

Зависимость выбора формы и размеров конструкции от наличия полимерного слоя видна на примере стено­ вой панели для емкостных сооружений. В железобетон­ ном варианте таких панелей широко применяются эле­ менты без опорной пяты, защемляемые в пазе, образо­ ванном выступами из монолитного днища. В полимер*

4

железобетонном варианте такие выступы, нуждающиеся в последующей облицовке полимерным материалом, создают определенные трудности, а поэтому в этом слу­ чае более предпочтительны стеновые панели с опорной пятой, в которых полимерный слой плавно переходит со стен на днище.

Исследования п конструктивно-технологические раз­ работки в области полимержелезобетонных и полимерлегкобетонных конструкций, выполнявшиеся на протя­ жении ряда лет, показали, что такие конструкции срав­ нительно легко осуществимы, имеют ряд ценных особен­ ностей н при соблюдении определенных условий могут быть достаточно долговечными и очень экономичными. Применяемый в них способ изготовления элементов [40] позволяет реализовать множество разнообразных конст­ руктивных решений, имеющих значительные технические и экономические преимущества по сравнению с традици­ онными. В связи с этим полнмержелезобетонные конст­ рукции должны найти широкое и разнообразное приме­ нение в строительстве, так как их использование позво­ ляет повысить качество н долговечность ряда сооруже­ ний, индустриализировать многие виды строительных ра­ бот и снизить их трудоемкость и стоимость. Кроме того, применение этих новых конструкций может существенно расширить области применения железобетона, так как в целом ряде случаев они оказываются пригодными именно тогда, когда применение железобетонных конст­ рукций либо вообще невозможно, либо неэффективно.

Обеспечить длительную совместную работу полимеров и железобетона в полимержелезобетонных конструкци­ ях можно многими способами, например обкладкой и оклейкой поверхностей железобетонных конструкций листовыми и пленочными полимерными материалами, окраской железобетона растворами полимерных мате­ риалов или их дисперсиями, нанесением слоев полимер­ бетонов, полимеррастворов или полимерцементных со­ ставов, пропиткой поверхностных слоев железобетона полимеризующимися мономерами, образованием покры­ тий газопламенным или вихревым напылением и др. От­ носительно новым способом является механическое заанкеривание в бетоне заранее изготовляемых крупно­ размерных полимерных заготовок.

Вполне понятно, что все перечисленные способы обес­ печения совместной работы полимеров и железобетона

5

в конструкциях существенно различаются между собой по технологии, по качеству получаемых покрытий, по трудоемкости, а также по экономичности. Каждый из них может иметь ту или иную область рационального применения при изготовлении полимержелезобетонных конструкций, однако, как выяснилось, наиболее техно­ логичным является механическое заанкеривание в бето­ не заранее изготовленных тонкостенных профилирован­

Рнс. 1. Схема поперечно­ го сечения основного ва­ рианта конструкции полимержелезобетониых труб

I — профилированный бес­ шовный рукав из термопла­ стичного полимера; 2 — реб­ ро с цилиндрическим утол­ щением; 3 — бетон; 4 — ар­

матура

ных полимерных рукавов или листов [40]. Именно этим способом изготозляется подавляющее большинство полимержел езобетон ных конструкций.

На рис. 1 схематически показано поперечное сечение полнмержелезобетонной трубы [35, 42]. В этой конст­ рукции тонкостенная полимерная облицовка изолирует всю внутреннюю поверхность железобетона от непосред­ ственного соприкосновения с транспортируемой средой. Она представляет собой тонкостенный профилирован­ ный рукав, как правило, бесшовный, заранее изготов­ ленный из соответствующего термопластичного поли­ мерного материала. Поверхность этого рукава со сторо­ ны, обращенной внутрь трубы, гладкая, а со стороны, обращенной к бетону, ребристая. Ребра продольные, мо­ нолитные, равномерно размещенные по всему периметру рукава. На внешнем крае они имеют цилиндрические утолщения, предназначенные для заанкеривания рукава в бетоне в процессе бетонирования и последующего от-

6

иердеваття бетонной смеси. С помощью утолщений ре­ бер обеспечивается вполне надежное соединение обли­ цовки с бетоном даже при полном отсутствии непосредст­ венного сцепления между ними, так как при формовании полимержелезобетонной трубы бетонная смесь заполня­ ет пространство между ребрами.

Этот способ соединения полимерных облицовок с бе­ тоном является общим почти для всех разновидностей полимержелезобетонных конструкций, так как у боль­ шинства самых перспективных для применения поли­ мерных материалов (полиэтилена, полипропилена и др.) непосредственное сцепление с бетоном и большин­ ством клеев незначительно [27].

Профилированные рукава нужного размера изготов­ ляют из термопластичных полимеров на специальном экструзионном устройстве [38]. В этом устройстве загру­ жаемый гранулированный термопластичный полимер­ ный материал непрерывно продвигается шнеком вдоль обогреваемого цилиндра, разогревается до вязко-текуче­ го состояния и в таком виде выдавливается через специ­ альную головку, форма щели которой соответствует профилю изготовляемого рукава.

Важным обстоятельством является то, что на этом устройстве можно изготовлять не только бесшовные про­ филированные рукава с замкнутым профилем попереч­ ного сечения, но и соответствующие профилированные листы определенной ширины и непрерывной длины. Та­ кие листы получают при продольной автоматической разрезке выдвижным ножом непрерывно выдавливае­ мых профилированных рукавов с последующим их раз­ ворачиванием. Бесшовные рукава могут быть диаметром до 1 м и более, а при их продольной разрезке получатся листы шириной 3 м и более. Как выяснилось, для изго­ товления ребристых листов не следует применять щеле­ вые головки, так как это связано со значительными тех­ нологическими трудностями.

В литературе [100] имеются сообщения, что в США фирма «Амеркот корпорейшн» выпускает специальные штампованные листы из поливинилхлорида под назва­ нием «Ноб-лок» с выступами на одной стороне, предназ­ наченными для заанкеривания в бетоне. Вполне понятно, что в этом случае нельзя получить листы столь боль­ ших размеров, как при изготовлении разрезкой экстру­ дируемых рукавов, и поэтому их использование в круп-

7

Норазмерпых железобетонных конструкциях всегда свя­ зано с большим объемом сварочных работ. По-видимому, такой же недостаток присущ способам [96], при ко­ торых используются листы размером 1,5X2,4 м с одно­ сторонними Т-образными ребрами высотой 64 мм. В од­ ном из патентов США [61] описан довольно трудоемкий способ омоноличивання полимерного слоя из листов по­ добного типа с помощью сварки или склеивания. Еще

Рис. 2. Схема по­ перечного сечения гтолимержелезобетоиного элемента с облицовкой по плоскости

более трудоемким является способ, в котором к листам или трубам, изготовленным из полимерных материалов, приклеивают или приваривают анкеры в виде шипов, поясков и т. д. [99]. Поэтому в настоящее время можно считать, что наиболее производительным п перспектив­ ным способом изготовления профилированных листов является продольная разрезка соответствующих профи­

с обращением ребер в сторону бетона, либо путем втапливания ребер в поверхностный слой бетона или раство­ ра свежеотформованиых изделий с помощью соответст­ вующих виброштампов или пригрузов [40]. В обоих слу­ чаях могут быть получены полимержелезобетонные эле­ менты с готовой плоской облицовкой (рис. 2). Такими способами можно изготовлять полимержелезобетонные панели, плиты и другие конструктивные элементы зда­ ний и сооружений.

Полимержелезобетонные конструкции могут иметь самое разнообразное применение в строительстве, при­ чем они могут выполняться как сборными, так и моно­ литными. Так как соединение полимерных материалов с бетоном путем заанкеривания в нем полимерных заго­ товок позволяет применять большой ассортимент хими­

8

чески стойких материалов при минимальной трудоемко­ сти работ, то наиболее перспективной областью приме­ нения этого способа нужно считать индустриализацию работ по химической защите строительных конструкций, подвергающихся воздействию химически агрессивных сред. Как известно, традиционные решения химической защиты железобетонных конструкций обычно преду­ сматривают использование иеиндустриальных изоляций, например оклейки кислотоупорными рулонными или ли­ стовыми материалами с дополнительной их защитой тя­ желыми и дорогостоящими кислотоупорными футеровкамн. При использовании соответствующих полимерных материалов такие традиционные конструкции возможно заменить более индустриальными и экономичными — полимержелезобетоиными при изготовлении или соору­ жении:

фундаментов, колонн, балок, плит и панелей зданий с агрессивными средами;

коллекторов, трубопроводов, а также открытых и за­ крытых лотков для транспортирования агрессивных промышленных стоков;

внутрицеховых лотков для приема агрессивных сточ­ ных вод с полов промышленных зданий;

кислотоупорных полов для зданий с агрессивными средами;

стеновых панелей для зданий с влажным режимом эксплуатации при наличии агрессивных сред;

химической аппаратуры, эксплуатируемой в контак­ те с агрессивными средами;

ванн для электролиза из растворов (рафинирование меди и др.) и для гальванических покрытий, оксидирова­ ния и травления;

усреднителей, баков для коагулянта и других объек­ тов очистных сооружений, контактирующих с агрессив­

наружных вентиляционных труб больших диаметров для выброса агрессивных газов в атмосферу;

дымовых труб на предприятиях, сжигающих топливо, содержащее серу и сернистые соединения;

башен сельскохозяйственного назначения.

В эту группу можно включить также объекты, к ко­ торым предъявляются повышенные санитарно-гигиени­

9