РЕЗИНОВЫЕ И ПОЛИМЕРНЫЕ ДИАФРАГМЫ

Резиновые и полимерные диафрагмы предназначаются для уплотнений температурных и деформационно-осадочных швов (до 4-5 см) во всех типах бетонных гидротехнических сооружений. Ассортимент резиновых уплотнений отечественного производства весьма ограничен, а пластмассовые профили у нас еще не производятся.

Несмотря на многообразие форм и профилей резиновых и пластмассовых уплотнительных диафрагм, все виды таких диафрагм могут быть разделены на следующие две основные категории: а) диафрагмы, предназначенные для уплотнения температурных швов, имеющие однообразную толщину на всей ширине ленты; б) диафрагмы, предназначенные для уплотнения деформационно-осадочных швов, имеющие утолщение в середине профиля или специально измененную форму в середине профиля. Такие диафрагмы способны значительно деформироваться без нарушения водонепроницаемости шва.

Отверстия вдоль осей резиновых лент и полимерных материалов увеличивают их деформативность, а утолщения по краям и различные выступы и ребра способствуют надежной заделке ее в бетон смежных секций.

В основе определения долговечности под нагрузкой в эксплуатационных условиях резиновых и полимерных диафрагм лежит опыт применения их на отечественных и зарубежных гидросооружениях. О влиянии состава материала для резиновых диафрагм на долговечность их работы судить затруднительно, поскольку достаточно длительного опыта эксплуатации резиновых уплотнений в наших условиях пока еще не имеется. Однако срок службы резиновых диафрагм изготовителями гарантируется в 50 лет.

В отечественном гидростроительстве резиновые уплотнения применялись с 1954г., вначале для контурных уплотнений камер шлюзов, плит канала Северный Донец - Донбасс, а позднее с 1958 г., по предложению автора для внутренних уплотнений плотин и здания Кременчугской ГЭС.

Водонепроницаемость шва между монолитными бетонными и железобетонными секциями сооружений достигается заделкой в бетон профилированных резиновых или полимерных лент. Водонепроницаемость шва между сборными бетонными и железобетонными плитами достигается путем наклейки резиновой ленты в штрабы плит с последующим омоноличиванием штраб цементным раствором. В процессе эксплуатации установлено, что такие уплотнения работают удовлетворительно.

В США, Англии, Чехословакии, Канаде, ФРГ, Болгарии, Японии и других странах уже накоплен значительный опыт по устройству уплотнений из резины и синтетических материалов на основе полимеров. Они применяются при напорах на сооружениях до 240 м.

В сооружениях плотины Империал и на всех американских каналах в Калифорнии получили широкое распространение резиновые уплотнения типа "Waterstop" в виде плоских полос с утолщениями по краям и полос с полным утолщением посередине.

В зарубежной практике гидротехнического строительства резиновые профилированные ленты (каучуковые) начали применяться для уплотнения деформационных швов с 19 30 г., а вместо асфальтовых шпонок с 1935 г.

Еще в 30-х годах были установлены уплотнения из резиновых диафрагм на швах сооружений Рильской ГЭС в Болгарии, которые работают по сей день успешно.

Все более широкое применение получают профилированные ленты стеклопластика, неопрена, винипласта, полиэтиленовые и другие, изготовленные фирмой Юнион Карбид. Они выполняются аналогично резиновыми уплотнениями. Неопрен применялся для уплотнения температурно-усадочных швов арочной плотины Суорва, расположенной в суровом климате Швеции. Винипласт использовался в бетонном канализационном туннеле в Сент-Ламбрете (Квебек, Канада). Опытом установлено, что винипласт хорошо обеспечивает водонепроницаемость швов при их раскрытии и закрытии.

Диафрагмы из стеклопластика находят применение для небольшого напора (до 15-20 м) как уплотнение деформационных швов. Наибольшее распространение они полупили в Англии, Канаде, ФРГ и других странах.

В отечественной практике стеклопластик впервые был применен в порядке опыта в 1958 г. для уплотнения температурных швов в камере шлюза Кременчугского гидроузла.

В последнее время в конструкциях уплотнений температурных швов довольно широкое применение нашли поливинилхлорид и винипласт. Резко сократилось применение асфальтовых гидроизоляционных материалов.

Начиная с 1961 г., в Японии для уплотнения температурных швов гравитационных плотин высотой до 160 м и временных температурно-усадочных швов арочных и арочно-гравитанионных плотин широко применяются поливинилхлоридные диафрагмы.

В крупных бетонных сооружениях на сжимаемых основаниях требуется обеспечение подвижности в продольных и поперечных швах, которые пересекаются в различных направлениях. Для уплотнения пересечений таких швов заводами, выпускающими резиновые изделия, изготавливаются плоские угольники, тройники, крестовины и другие изделия. Следует отметить, что размеры устанавливаемой полосы резины в каждом отдельном случае определяются, исходя из размеров напора и ответственности сооружения и других условий. Тщательная установка полосы шириной 2 5,0 см обеспечивает большую конструктивную прочность против просачивания воды в обход уплотнения. Применение резины шириной 25,0 см рекомендуется при толщине бетонных элементов от 30,0 см и более. В более тонких плитах и второстепенных сооружениях достаточно устройство уплотнений из резины шириной 15,2 и 11,4 см.

Уплотнения из поливинилхлорида и других термопластических материалов на основе полимеров используются в конструктивных швах штрабовидной формы. Для образования такой поверхности отдельные куски пластика свариваются друг с другом методом горячего прессования. При этом шов получается не менее прочным, чем сам материал.

Опытом установлено, что контурные уплотнения, выполняемые из полимерных профильных лент, дали хорошую герметизацию шва при деформации сооружения к неравномерным осадкам и горизонтальным смещениям.

Большой интерес представляют профильные ленты из армостекло-пластиков (листовых или рулонных полимерных материалов, армированных металлическими сетками). Их применение позволит существенно уменьшить расход полимеров, увеличить прочность, водонепроницаемость и долговечность уплотнений по сравнению с неармированными профилями при сохранении высокой деформативности.

Ниже приводятся примеры новых видов конструкций противофильтрационных устройств из эластичного (каучукового или поливинилхлоридного и т. п.) материала в зарубежных странах.

Применяемое в Швеции уплотнение состоит из центральной части в виде трубчатого элемента квадратного или прямоугольного поперечного сечения, помещенного в полости шва, и отходящих в обе стороны от него перпендикулярно оси шва боковых горизонтальных частей имеющих прямолинейные участки и поперечные выступы в виде фасонных продольных ребер V-образного сечения с глубиной паза между ними, равной половине толщины ребра.

Конструкция боковых элементов уплотнения улучшает сцепление его с бетоном массива и удлиняет пути фильтрации, способствуя тем самым лучшему уплотнению шва.

Высота центрального трубчатого элемента уплотнения значительно превосходит ширину боковых частей.

Благодаря такой конструкции уплотнения оно хорошо работает на сжатие и растяжение, компенсируя возможные температурные или усадочные деформации смежных бетонных секций сооружения друг относительно друга, обеспечивая при этом необходимую водонепроницаемость.

Другое уплотнение в виде диафрагмы из пластмассы, резины или подобного материала состоит из центральной трубчатой секции и отходящих от нее в обе стороны перпендикулярно оси шва боковых секций снабженных поперечными выступами-ребрами. Для удобства установки и фиксации уплотнения в шве сооружения в центральной трубчатой части ее предусмотрены два расположенных в одной плоскости и противоположно направленных выступа, имеющих толщину, значительно меньшую половины толщины самой диафрагмы. Благодаря этому крепежные элементы могут легко пройти через выступы, зафиксировав диафрагму на направляющих планках и не повредив ее при этом.

Еще одно уплотнение в виде диафрагмы изготовляется из искусственного эластичного материала, например, поливинилхлорида. Для предотвращения смещения диафрагмы при относительных перемещениях бетонных поверхностей шва центральная ее часть выполнена из упругого, хорошо работающего на растяжение материала и снабжена по оси шва утолщенной деталью полым шлангом, имеющим наибольший диаметр в полостях, расположенных под углом к направлению уплотнения. Для закрепления боковых элементов диафрагмы в бетоне сооружения предусмотрены боковые фиксирующие выступы, препятствующие смещению ее и разрыву. Выступы могут быть выполнены в виде полого шланга, заполняемого после монтажа уплотнения цементным раствором. Боковые элементы уплотнения снабжены выступами, расположенными вдоль уплотнения на определенном расстоянии друг от друга и служащими как для удлинения пути возможной фильтрации (улучшение водонепроницаемости шва), так и для лучшей заделки в бетон сооружения.

А.Б. Гаджиев, Деформационные швы гидротехнических сооружений, Л., Энергия, 1975