Материалы для негрунтовых экранов

Из искусственных строительных материалов, применяемых в экранах каменнонабросных плотин, наибольшее распространение получили железобетон и асфальтобетон. В последнее время начали уделять внимание металлическим экранам. Дерево имеет редкое применение и преимущественно для плотин малой и средней высоты. Полимерные материалы пока находятся в стадии освоения; некоторые мягкие их разновидности использованы в ряде плотин в качестве экранов и диафрагм.

Для экранов каменнонабросных плотин применяется гидротехнический бетон марки не ниже 200. Требования по морозостойкости предъявляются согласно ГОСТ на гидротехнический бетон в зависимости от местных климатических условий и условий эксплуатации (зимняя сработка водохранилища и др.). Марка бетона по водонепроницаемости должна быть не ниже В8.

Вследствие недостаточной однородности и плотности бетона и неудовлетворительного качества строительных и деформационных швов в некоторых осуществленных нз бетона и железобетона экранах наблюдаются заметные повреждения и значительные потери воды. Для повышения водонепроницаемости бетона рекомендуются специальные добавки, увеличивающие его плотность, прочность и гибкость и улучшающие условия твердения. Применение специальных бетонов (пластобетон и др.) должно быть обосновано как технически, так и экономически.

Асфальтобетон обладает значительной гибкостью и водонепроницаемостью, по по прочности уступает бетону. К асфальтобетону, применяемому в экранах плотин, предъявляются следующие дополнительные требования против обычных дорожных асфальтобетонов: высокая водонепроницаемость и водоустойчивость при длительных и переменных нагрузках; большая прочность при статических и динамических нагрузках; повышенная деформативная способность и гибкость; повышенная теплоустойчивость при нагревании солнечными лучами и морозоустойчивость.

Разработанные во ВНИИГ рациональные типы гидроизоляций из асфальтобетона применялись на разных объектах гидростроительства Советского Союза (плотины Чирюртская, Кременчугская, Волго-Донского канала, Маткожненская, Широковская, Ульбинская, Нижнетуломская), а также на объектах промышленного строительства. Различные асфальтовые облицовки успешно работают в условиях высоких напоров (до 80 м) при воздействии волн, высоких температур, льда и пр.

Данные показывают, что асфальтобетонные экраны плотин, построенных в самых различных климатических поясах — Бу-Ханифия, Ириль-Эмда, Эль-Гриб в Алжире, Хенне, Генкель, Бигге, Риверис, Ваанбах в ФРГ, Балле Ди Гайю в Португалии, Радойна в Югославии, Смит Маунтин, Монтгомери, Хаумстейк в США и других, имеющих высоту от 42 до 78 м, работали при соответствующих им напорах без нарушения водонепроницаемости и фильтрационный расход составлял незначительную величину (Балле Ди Гайю 1 л/мин, Ириль-Эмда 4 л/с, Эль-Гриб 0,06 л/с). При деформациях основания и неравномерности осадок до 50 см экраны плотин Бу-Ханифия, Эль-Гриб, Балле Ди Гайю и других плотин работали без нарушения сплошности. Не наблюдались явления оплывания асфальтобетона в экранах алжирских плотин, подверженных нагреванию прямыми солнечными лучами до температуры 70 °С. Экраны плотин Хенне и Генкель выдерживали весьма кратковременное воздействие льда толщиной до 40 см без заметных нарушений целостности.

Причинами повреждения асфальтобетона в экранах могут служить в основном механические удары, отрыв льдинами, недостаточная водоустойчивость пористого асфальтобетона, а также неправильный подбор состава смеси. Вопросу водоустойчивости асфальтобетона, т. е. сохранению прочности при сжатии при длительном выдерживании в воде, следует уделить большое внимание. При подборе состава асфальтобетонной смеси срок испытания на водоустойчивость должен составлять не менее 6 мес; органическое вяжущее должно быть водоустойчивым; желательно применение битума марки БН-Ш (а не БН-П) и совершенно недопустимо разжижение битумов керосином, мазутом или жидким битумом. Кроме указанного, минеральные составляющие асфальтобетона не должны содержать примеси глинистых частиц (содержание их в минеральном порошке должно быть не более 1,5% ). Желательно применение щебня из прочных пород.

Теплоустойчивость асфальтобетона весьма важна с точки зрения оплывания (нри нагревании солнцем) покрытия на откосе плотины. Расчетами для определения величины оплывания покрытия на откосе в зависимости от его толщины, угла наклона к горизонту, свойств асфальтобетона и прочих факторов, а также лабораторными испытаниями различных составов установлено, что асфальтобетон на основе битумов БН-П и БН-Ш с коэффициентом теплоустойчивости не более 3 вполне устойчив и на крутых откосах, о чем свидетельствует опыт эксплуатации алжирских и других плотин, а также результаты испытания образцов при температуре 60 °С в течение двух лет.

Для повышения гибкости и трещиноустойчивости асфальтобетона в экранах плотин рекомендуется введение в состав смеси добавок резиновой крошки и асбеста VII сорта, а иногда и армирование покрытия арматурной сеткой.

На основании многолетних лабораторных исследований свойств гидротехнических асфальтобетонов ВНИИГ разработаны «Указания по проектированию и устройству монолитных асфальтобетонных облицовок гидротехнических сооружений — ВСН-17-68».

Р.А. Айрапетян, Проектирование каменно-земляных и каменнонабросных плотин, М., Энергия, 1975