книги из ГПНТБ / Павлович, С. А. Применение пластических масс в гидротехнических сооружениях лекции для студентов специальности 1203

тйческие смолы эпоксидные, фенол-формальдегидные, полиамид­ ные, а наполнителем служит песок, гравий, щебень.

В полимербетонах связующее состоит из цемента и синтети­ ческих смол (эпоксидной, фенол-формальдегидной, поливинил­ хлоридной, поливинилацетатной и др.). Полимербетонам и пластбетонам присущи все положительные и отрицательные свойства пластмасс: они химически — водостойки, обладают высокой прочностью, но подвержены ползучести и усадке. Пластбетоны хорошо работают на сжатие, хуже — на растяжение и требуют армирования.

Пластбетоны, изготовленные на эпоксидной или полиэфирной смолах, обладают высокой прочностью на растяжение. Широко­ му применению пластбетонов на этих смолах препятствует их высокая стоимость, превышающая в 10—20 раз стоимость обыч­ ных бетонов. Наиболее дешевыми являются пластбетоны на фурфуралацетоновых смолах, стоимость которых в 4 раза ниже стоимости спецбетонов, а прочность выше в 1,5—2 раза. Фурфуралацетоновый пластбетон стоек к воздействию кислот, щело­ чей, нефтепродуктов и некоторых органических растворителей. Находит применение при строительстве коллекторов сточных вод и облицовке водосливных устройств гидросооружений.

Результаты сравнительных испытаний полимербетонов раз­ личного состава в воде, растворах серной и соляной кислот, про­ веденные в НИСе Гидропроекта и НИИЖбе, показали, что наи­ большей стойкостью обладает полимербетон следующего соста­ ва: щебень гранитный — 52%, андезит молотый — 33,6%, моно­ мер ФАМ — 12%, бензолсульфокислота — 2,4%.

В результате длительного пребывания в жидкой среде проч­ ность полимербетона снижается на 10%.

Наиболее подходящим материалом для ремонта железобетон­ ных конструкций гидротехнических сооружений являются эпок­ сидные полимеррастворы и полимербетоны, способные к отверде-

Таблица 4

10

Г л а в а II

СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Соединение элементов в конструкциях из пластмасс произво­ дится главным образом путем склеивания и сваривания. Эти способы соединения являются наиболее рациональными, высоко­ производительными и обеспечивают надежную работу конструк­ ций.

Болтовые и заклепочные соединения применяются обычно при Монтаже.

КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Способность синтетических клеев прочно склеивать между собой как однородные, так и неоднородные материалы широко используется при изготовлении конструкций из пластмасс.

Склеиванию поддаются элементы, выполненные на основе термореактивных и термопластичных смол. Клеевые соединения обладают рядом преимуществ перед соединениями на болтах, заклепках и нагелях.

Основные достоинства клеевых соединений следующие: отсут­ ствие ослаблений в расчетном сечении и связанной с этим кон­ центрации напряжений; равномерная по всей площади склеива­ ния передача усилий от одного элемента к другому; вибростой­ кость; водо- и биостойкость.

В зависимости от смолы клеи делятся на термопластичные и термореактивные; по характеру отвердения — на холодного, теп­ лого и горячего отвердения.

Самым распространенным является холодный способ отвер­ дения, при котором склеиваемые элементы выдерживаются под удельным давлением 0,5—3 кг/см2 в запрессованном виде при температуре 16—30°С в течение 24—36 часов.

С целью ускорения применяется теплый способ отвердения, при котором склеиваемые элементы выдерживаются при темпе­ ратуре 40—90° С, при этом время запрессовки сокращается до 2 часов.

При горячем способе отвердения-температура поднимается до

100—160° С.

12

Наибольшее распространение в нашей стране получили клеи на основе фенол-формальдегидных смол. Клеи этой группы во­ достойки, химически стойки, дешевы, могут применяться как при холодном, так и горячем способе отвердения.

Широкое распространение получили эпоксидные клеи марок ЭПЦ-1 и ЭПЦ-2 на смолах ЭД-5, ЭД-6, бутварно-фенольные клеи марок БФ. Эти клеи относятся к числу универсальных и при­ меняются для склеивания разнородных материалов: стали, алю­ миния, асбестоцемента, стеклопластиков и других материалов.

В гидротехническом строительстве особый интерес представ­ ляет склеивание железобетонных конструкций. Впервые клеевые соединения были применены в СССР в 1964 году при строитель­ стве железобетонных мостов. Мосты через реки Москву, Днепр, Оку также выполнены с помощью клеевых соединений. В резуль­ тате исследовательских работ, проведенных НИСом Гидропроек­ та, установлено, что с помощью эпоксидных клеев можно полу­ чить равнопрочное с бетоном соединение. Клеевые соединения на эпоксидных смолах обеспечивают высокую прочность в интерва­ ле температур от —50 до + 100° С. Разрушение, как правило, происходит по железобетону.

Термопластмассы можно склеивать с помощью растворите­ лей. Растворитель, в состав которого входит 2—4% смолы, на­ носится на склеиваемую поверхность, которая под действием растворителя набухает и становится клейкой. Недостатком это­ го способа являются внутренние напряжения в околошовной зо­ не. Клеевые соединения хорошо работают на сдвиг и значитель­ но хуже сопротивляются отрыву и отдиранию.

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Сварка применяется только в элементах из термопластич­ ных материалов и основана на свойствах термопластов перехо­ дить при определенной температуре (около 200° С) в вязкотеку­ чее состояние, при котором происходит самослипание мате­ риалов.

Разработаны следующие способы сварки: высокочастотный, контактный, нагретым воздухом или газом, механический и ультразвуковой.

Сваривание токами высокой частоты производится на специ­ альных машинах, рабочие электроды которых представляют со­ бой конденсаторы в форме сварного шва, производящие давле­ ние на шов и уплотняющие его в момент остывания. При сварке тонких листов и пленок применяются рабочие электроды в виде роликов, между которыми протягиваются свариваемые материа­ лы. Токами высокой частоты хорошо свариваются винипласт и

полиамиды, удовлетворительно сваривается полиметилметакри- ,лат.

13

Г л а в а III

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ПЛАСТМАСС

Элементы и конструкции из пластмасс рассчитываются на си­ ловые воздействия по методу предельных состояний в соответ­ ствии со СНиП II—А. 10—71.

Предельные состояния подразделяются на две группы:

I группа — по потере несущей способности или непригодно­ сти к эксплуатации: общая потеря устойчивости формы, потеря устойчивости положения, потеря несущей способности, резонанс­ ные колебания;

II группа — по непригодности к нормальной эксплуатации, вследствие появления недопустимых перемещений, прогибов, осадки, углов поворота.

Требования норм расчета заключаются в том, чтобы величи­ ны усилий, напряжений, деформаций, перемещений не превы­ шали предельных значений, установленных нормами проектиро­ вания. При расчете элементов из пластмасс по методу предель­ ных состояний, кроме общепринятых коэффициентов (коэффи­ циента однородности — К, коэффициента условия работ — ш, коэффициента перегрузки — я), вводятся коэффициент длитель­ ности загружения — /Сдл ; коэффициент, учитывающий влияние повышенной влажности, — Kw и коэффициент, учитывающий из­ менение температуры, —Kt■Величина расчетного сопротивления для пластических масс при любом виде напряженного состояния определяется по формуле

где RH— величина нормативного сопротивления.

Величина расчетного сопротивления материала пластмасс R принимается по таблицам «Указаний по проектированию и рас­ чету строительных конструкций с применением пластмасс» (см. табл. 1).

Расчет элементов по первой группе предельных состояний ведется от расчетных нагрузок. Расчетная нагрузка равна нор­ мативной нагрузке, умноженной на коэффициент перегрузки

15

Расчет элементов по деформациям ведется от нормативных нагрузок. Величины нормативных нагрузок и коэффициенты пе­ регрузок принимаются по СНиП П-А. 11-62. «Нагрузки и воздей­ ствия».

Центральное растяжение. Расчет центрально растянутых элементов производится по формуле

FHT — плбщадь сечения нетто.

Центральное сжатие. Центрально сжатые элементы рассчи­ тываются на прочность и устойчивость.

Коэффициент продольного изгиба для стадии пластичной ра­ боты материала, когда величина модуля упругости является пе­ ременной, определяется по формуле

»-■-(£)’ - О - т т ) - <*>

16

Г л а в а IV

ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС В ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ

ПЛЕНОЧНЫЕ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ЭКРАНЫ И ДИАФРАГМЫ

В соответствии с временными техническими указаниями

ства применяются на земляных, насыпных и каменнонабросных перемычках и плотинах, напор на которые не превышает 50 м, а срок службы названных сооружений 30 лет.

Полиэтиленовые противофильтрационные устройства (рис. 1) выполняют следующих типов: полиэтиленовые диафрагмы, поли­ этиленовые экраны и полиэтиленовые понуры.

Рис. 1. Типы полиэтиленовых противофильтрационных устройств:

а) — прямой экран и понур; б) — ступенчатый экран и понур; в) — прямая центральная диафрагма; г) — ступенчатая центральная диафрагма; д) — прямая наклонная диафрагма; е) ступенчатая наклонная диафрагма.

Полиэтиленовые экраны по конструкции поперечного профи­ ля бывают прямые и ступенчатые.

Полиэтиленовые диафрагмы в зависимости от места их рас­ положения подразделяются на центральные и наклонные, а но конструкции поперечного профиля — на прямые и ступенчатые.

18

;

Полиэтиленовые понуры являются продолжением полиэтиле­ нового экрана.

Конструкции полиэтиленового экрана и диафрагмы должны включать в себя грунтовые подстилающий и защитный слои. В качестве грунтов подстилающего и защитного слоев следует при­ менять суглинки, супеси, пески. Крупность грунта подстилающе­ го слоя не должна превышать 6 мм, применение дробленых грунтовых материалов не допускается. Толщина подстилающего

что для подстилающего и защитного слоев можно использовать гравелистые и галечные грунты размером фракций 20—40 мм. В зтом случае толщина пленки должна быть не менее 0,4 мм. Расчет полиэтиленового противофильтрационного устройства состоит из определения расчетной температуры противофильтра­ ционного устройства, нахождения значений предела прочности при растяжении и модуля упругости полиэтилена для расчетной температуры, а также толщины противофильтрационного устройства.

За расчетную температуру противофильтрационного устройст­ ва принимается фактическая температура противофильтрацион­ ного устройства в невыгоднейший период его работы.

За расчетную температуру полиэтиленового противофильтра­ ционного устройства, постоянно находящегося под водой, при­ нимают среднюю многолетнюю температуру воды самого жар­ кого месяца.

Расчетной температурой полиэтиленового противофильтраци­ онного устройства, находящегося в зоне переменного увлажне­ ния или выше максимального горизонта бьефа, является самая высокая температура грунта на глубине залегания полиэтилена. Величины расчетных температур «принимаются по СНиП П-А. 6-62 и материалам инженерно-геологических и гидрогеологиче­ ских изысканий. Установленную расчетную температуру поли­ этиленового противофильтрационного устройства необходимо от­ корректировать в зависимости от класса сооружения с учетом поправочного коэффициента

Толщину полиэтиленового противофильтрационного устрой­ ства следует определять по формуле

S = 0,075 н - ' т d ° C f ■ | / (16)

19