CC BY
13Научно-технический ГТР|ЩТЕ' Тк{| Материалы
и производственный журнал '' и конструкции
УДК 691.58
О.А. ЛУКИНСКИЙ, профессор, научный руководитель проблемы «Гидрозащита», Государственная академия профессиональной подготовки и повышения квалификации специалистов инвестиционной сферы (Москва)
Об эндемичных свойствах герметиков на основе дивинилстирольных термоэластопластов
Описаны основные строительные свойства герметиков ДСТЭП, а также их энедемичные свойства, которые могут расширить область их применения, в частности, в ремстройпроизводстве.
Ключевые слова: герметик, термоэластопласт, когезия, обделка тоннеля.
С начала 70-х годов прошлого века автором были начаты лабораторно-производственные исследования синтетических полимерных герметиков и гидроизоляционных материалов, применяемых в метростроении. До середины 1970-х гг. в качестве уплотняющих герметиков в метростроении использовали только свинец и расширяющиеся цементные составы типа БУС [1-3].
Для герметизации стыков тюбингов в чугунной и железобетонной обделках* тоннелей были опробированы тиоко-ловые мастики типа 51-УТ-37 и КБ-0,5. Тиоколовые герметики, разработанные в НИИРПе отвечали строительным требованиям как по адгезионно-когезионным показателям, так и по водостойкости [4]. Однако с технологической точки зрения они не были универсальными вследствие их двух- и трехкомпонентности. Кроме того, тиоколовыми эластомерами невозможно выполнять гидроизоляционное покрытие железобетонных блоков из-за недостаточной твердости покрытия после полимеризации (слабая стойкость покрытия к механическим воздействиям).
С использованием наработки НИИРПа 1960-х гг. автором совместно с | Р.А. Смысловой | и З.Ф. Коняевой были начаты исследования дивинилстирольных термоэластоп-ластовых (ДСТЭП) герметиков. В результате для метростроения были разработаны однокомпанентные герметики 51-Г-14, 51-Г-17 (опытно-промышленная партия 14ТЭП-Л-3М) и 14ТЭП-Л-1, 14 ТЭП-Л-2 и 14-ТЭП-Л-3, отличающиеся высокой технологичностью, так как они поставляются готовыми к употреблению.
Исследования выявили возможности широкого использования герметиков и покрытий на основе бутадиенсти-рольного термоэластопласта ДСТ-30 марки П, представляющего собой блок-сополимер дивинила и стирола, полученный полимеризацией в растворе в присутствии литийорганических катализаторов.
ДСТЭП - оригинальный класс синтетических полимеров, в котором объединены свойства вулканизированных эластомеров типа тиоколов и термопластов типа полиэтилена. С одной стороны полимеры ДСТЭП имеют свойства термопластов: поддаются высокоскоростной обработке (литье под давлением, шприцевание); не требуют вулканизации; возможно повторное использование отходов. С другой стороны, по высокой эластичности и относительному
удлинению при низкой остаточной деформации они проявляют и превосходят свойства вулканизованных эластомеров. Осредненная прочность при разрыве ДСТ-30 более 25 МПа и относительное удлинение около 870%.
Для гидроизоляции железобетонных блоков обделки тоннелей был рекомендован герметик 51-Г-14 (14-ТЭП-4), а для герметизации швов в железобетонной и чугунной обделках - герметик 51-Г-17 (14-ТЭП-7).
Был поставлен вопрос о необходимости срочного решения проблемы гидро- и антикоррозионной защиты железобетонных блоков для выполнения обделки перегонных тоннелей Рижского радиуса Московского метро. Эта ситуация была вызвана тем, что правительство страны подарило практически весь запас чугунных тюбингов Чехословакии для строительства Пражского метро. По поручению Мос-метростроя автором были выполнены лабораторные и стендовые исследования принципиально новых для того времени полимерных составов. Их внедрение и технологии применения позволило Мосметрострою досрочно пустить в эксплуатацию Рижский радиус [6-9].
Исследования показали, что длительное воздействие воды практически не изменяет когезионной прочности ДСТЭП герметиков, которая у 51-Г-17 (14-ТЭП-7) превысила 10 МПа, что в 3-5 раз больше, чем у вулканизирующихся строительных эластомеров. Относительное удлинение, достигающее 1300%, заметно возрастает под воздействием воды за счет увеличения подвижности макромолекул. Достаточно стабильна когезия и при попеременном увлажнении-высушивании. Дополнительно герметик 51-Г-17 испытали в КИСИ при попеременном замораживании-оттаивании [5]. Предварительно было определено время замораживания и размораживания образцов при помощи «вживления» в них термопары. Результаты непрерывной записи замораживания и размораживания эталонного образца показали, что время достижения -20оС 1,5 ч, а оттаивания при 18оС - 1 ч. Образцы испытывали по 15, 85, 107 и 120 циклов замораживания-оттаивания, что соответствует 60-100 гг. эксплуатации обделки тоннеля, не более двух раз в году подвергающейся замораживанию. Оказалось, что коэффициент диффузии воды через пленки из ДСТЭП герметиков составляет 0,17х10-8см2/с, что в 6-60 раз ниже, чем у широко применяемых строительных полимеров типа винипласта.
* Официальный метростроевский термин, обозначающий облицовку тоннелей.
8'2010
29
Материалы и конструкции
Научно-технический и производственный журнал
Автором в ЦНИИС Минтрансстроя выполнены исследования прочности ДСТЭП герметиков при отрыве от бетона и чугуна под воздействием воды, естественного твердения на воздухе и на предварительно смоченных водой бетонных образцах. Наибольшие величины прочности при отрыве от бетона (через 3 сут при 20оС) у герметиков 51-Г-14 и 51-Г-17 (соответственно 1,04 и 1,06 МПа); они стабильны в течение года.
При выдерживании образцов в воде наибольшая адгезия у 51-Г-17 (через 3 сут - 1,07, а через 30 сут - 1,11 МПа), причем при нанесении этого герметика на влажный бетон с последующим выдерживанием на воздухе, адгезия через 30 сут составила 1,2 МПа.
Казалось бы, проведенных исследований уже достаточно было для массового внедрения в метростроении, однако Ученым советом ЦНИИС Минтрансстроя было рекомендовано проверить, не снизится ли при обжатии породой прочность железобетонных блоков обделки с покрытием герме-тиком 51-Г-14 слоем 0,5-0,8-1,2 мм. В связи с этим были проведены специальные испытания 60 бетонных образцов-кубов с покрытием герметиком 51-Г-14 без покрытия. Результаты испытаний поразили скептиков. Оказалось, что при наличии двухслойного покрытия толщиной до 1,2 мм (первый пропиточный слой толщиной около 0,3 мм) прочность при сжатии образцов возросла в среднем на 8-15%. Можно с уверенностью предполагать, что увеличение прочности бетонных элементов происходит за счет сглаживания сопрягающихся поверхностей и, как следствие, равномерного распределения нагрузки.
После сжатия не удалось оторвать один образец от другого. Но ведь перед сжатием покрытия выдерживали несколько суток, т. е. покрытие из герметика 51-Г-14 полностью затвердевало. В связи с этим неожиданным открытием были проведены дополнительные исследования. В бетонные образцы вживляли стальные стержни периодического сечения и затем выполняли двухслойное покрытие герметиком 51-Г-14 поверхностей, которые будут сопрягаться. Через 7 и 10 сут (полное затвердевание герметика) образцы сдавливали, не доводя до разрушения, т. е. на 70-75% ранее определенной прочности, затем, закрепив в разрывной машине вживленные стержни, разрывали обжатые образцы. Оказалось, что происходило срастание встречных покрытий, и прочность при разрыве была почти такой же, как когезионная прочность герметика. Этому отказывались верить даже авторы разработки полимеров ДСТЭП в НИИРПе.
Точно такое же явление отмечено и при испытании на чугунных образцах. Используя эндемичное свойство ДСТЭП герметиков по разрешению Мосметростроя в 1977 г. автором был выполнен натурный эксперимент при возведении чугунной обделки на стоящейся станции метро Лубянка. С этой целью торцы чугунных тюбингов для трех колец обделки были покрыты двумя слоями герметика 51-Г-14 общей толщиной 1-1,2 мм. Через неделю эти тюбинги по обычной технологии были установлены эректором и соединены болтами. Остальные тюбинги устанавливали по той же технологии без обмазки торцов. Нужно отметить, что эти работы велись при значительном водопритоке, т. е. до соединения болтами через стыки интенсивно лилась вода. Когда тюбинги были смонтированы на 15 м и швы зачеканены по традиционной технологии БУСом, то оказалось, что через неуплотненные
* Эта разработка также отмечена премией на конкурсе Мосметростроя.
стыки тюбингов с обмазкой герметиком вода не проникала. В дальнейшем в течение года велись визуальные наблюдения, и герметичность новых сопряжений подтвердилась. Это свойство ДСТЭП герметиков позволит решать задачи герметизации обжатых конструкций и чугунных обделок тоннелей и преднапряженных пролетных строений мостов.
Казалось, что начнется массовое внедрение, ведь даже газета «Правда» на первой странице победоносно сообщала читателям о создании эффективных герметиков, победители конкурсов Метростроя были премированы, но по каким-то социальным причинам завод в г. Черкасске закрыли. Из запасов Мосметростроя несколько десятков тонн герметиков ДСТЭП были с успехом использованы при гидроизоляции сантехпомещений и герметизации канала цветного телевидения в Ташкенте.
Еще в 1975 г. по запросу Тоннельной службы Мосметро-политена под руководством и при непосредственном участии автора опытной партией герметика 14-ТЭП-Л-3М были загерметизированы стыки в чугунных тюбингах обделки вентиляционной шахты на станции метро Таганская*.
Прошло более трех десятилетий и теперь с уверенностью можно констатировать высокую эффективность и гидроизоляции железобетонных блоков и герметизации чугунных тюбингов в тоннельном строительстве, так как ни на одном объекте внедрения не выявлены дефекты.
Список литературы
1. Лукинский О.А. К вопросу герметизации и гидроизоляции тоннельной обделки: Научно-технический сборник «Метрострой». 1973. № 3. С. 8-11.
2. Лукинский О.А. О водопроницаемости обделки тоннелей // Строительство и архитектура Узбекистана. 1973. № 10. С. 14-16.
3. Кошелев Ю.А., Лукинский О.А. Синтетические гидроизоляционные материалы: Научно-технический сборник «Метрострой». 1974. № 5. С. 5-7.
4. Смыслова Р.А., Котляева С.В. Справочное пособие по герметизирующим материалам на основе каучуков. М.: Химия, 1976.
5. Куприянов В.Н., Лукинский О.А., Саурова Г.А. Исследование физико-механических показателей мастики 14-ТЭП-7 / Материалы республиканского научно-технического совещания по реологии и переработке полимеров. Казань, 1974. С. 82-83.
6. Минтрансстрой, Мосметрострой / Инструкция по устройству гидроизоляционного покрытия железобетонных блоков обделки тоннеля на Рижском радиусе Московского метрополитена. М., 1975.
7. Минтрансстрой, Мосметрострой / Временная инструкция по гидроизоляции железобетонных блоков армогермети-ком для возведения участка обделки тоннеля на Рижском радиусе Московского метрополитена. М., 1976.
8. МПС СССР, ЦНИИТЭИ МПС. / Экспресс-информация. Метрополитены, Эксплуатация и технические средства. Вып. 4 (8). Борьба с коррозией. М., 1977.
9. Васюков П.А., Лукинский О.А. Состояние и перспективы применения гидроизоляционных материалов в метростроении. // Строительство и архитектура Узбекистана. 1976. № 4. С. 12-13.
30
8'2010
