Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ МЕСТ ПРИМЫКАНИЯ МЕТАЛЛ-БЕТОН В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ ЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для заделки трещин и герметизации неплотностей мест примыкания бетона к металлическим изделиям входов (двери, люки) и вводов инженерных коммуникаций в ограждающих конструкциях защитных сооружений Вооруженных Сил и Гражданской обороны (командные пункты, убежища, противорадиационные укрытия и другие), в которых работающий персонал или население укрываются от воздействия опасных и вредных поражающих факторов оружия массового поражения (ядерного, химического и другого).

Известно устройство для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений путем нагнетания в трещины и неплотности магнитных герметизирующих смесей в виде цементных, эпоксидных и других растворов с ферромагнитным наполнителем (например, магнетитом) и удержания их в зоне неплотностей до отверждения параметрами магнитного поля, включающее пластинчатую стальную деталь защитно-герметических изделий (дверей, люков или фланцев вводов в сооружение инженерных коммуникаций тепло-, водо-, газо-, электроснабжения и вентиляции) с отверстиями для инъекторов и инъекторы для нагнетания в неплотности мест примыкания металл-бетон магнитных герметизирующих смесей, пластинчатые оксидно-бариевые или другие магниты, установленные на поверхности металлической детали в промежутке между инъекторами [1, 2].

Наиболее близкой к предлагаемой является устройство для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений [3], содержащее пластинчатую стальную деталь защитно-герметических конструкций дверей, люков или фланцев вводов инженерных коммуникаций, отверстия в ней для инъекторов и инъекторы, устанавливаемые в отверстия для нагнетания через них в неплотности мест примыкания металл-бетон магнитной герметизирующей смеси, равномерно расположенные по поверхности стальной детали защитной герметических конструкций входов или вводов на одинаковом расстоянии между собой, источник постоянного тока с регулятором величины силы тока (реостат или автотрансформатор) и электромагнит, устанавливаемый на поверхность стальной детали с катушкой в виде обмотки из токопроводящей проволоки с изоляцией и концами этой проволоки, замкнутыми на полюса источника постоянного тока. При этом катушка электромагнита расположена на перекладине П-образного магнитопровода круглого или прямоугольного сечения, стойки которого установлены на поверхности пластинчатой стальной детали между двумя смежными инъекторами на равноудаленном расстоянии от каждого штуцера.

Однако указанное устройство для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений не может создать необходимые параметры индукции магнитного поля (0,01-0,02 Тл [2, 3]) в зоне трещин и неплотностей контакта металл-бетон, а вместе с ними и требуемую магнитодвижущую и удерживающую силу в объеме магнитной герметизирующей смеси, когда толщина пластинчатой стальной металлической детали защитно-герметических конструкций составляет 8-10 и более мм. В результате, нагнетаемая магнитная герметизирующая смесь неполностью заполняет трещины и дефектные места, особенно в удаленных точках пространства зоны неплотностей металл-бетон, и вытекает из них под воздействием силы тяжести. Увеличение давления нагнетания магнитных герметизирующих смесей провоцирует ее вытекание из неплотностей и увеличивает расход герметизирующего материала. Существенно при этом увеличиваются и энергозатраты процесса герметизации. Требуемое увеличение индукции магнитного поля для создания необходимой магнитодвижущей и удерживающей силы в объеме магнитной герметизирующей смеси невозможно по двум причинам. Во-первых, для создания необходимых характеристик магнитного поля следует изготавливать катушки с очень большим количеством витков, а ее размеры, к сожалению, ограничены длиной П-образной стойки магнитопровода и расстоянием между инъекторами. Во вторых, невозможно в стальном изделии с толщиной 8-10 мм создать такое требуемое магнитное насыщение, чтобы в потоке магнитной герметизирующей смеси была необходимая величина магнитодвижущей и удерживающей силы. Для объяснения данного утверждения приведем краткую физическую картину магнитного насыщения пластинчатой стальной детали под воздействием постоянного магнитного поля [4]. В объеме любого ферромагнетика (а сталь - это ферромагнетик) образуется большое число областей самопроизвольной намагниченности, которые в специальной литературе называются доменами. Соседние домены разделяются между собой слоями, называемыми стенками доменов. В этих слоях наблюдается постепенный переход от одного направления намагниченности к другому. При отсутствии воздействия внешнего источника результирующее магнитное поле в металле равно нулю, так как равны величины магнитных моментов смежных доменов из-за их разнонаправленности. При появлении внешнего воздействия в смежных доменах (со стороны внешнего источника, например, электромагнита) индукция магнитного поля получает одинаковую направленность, в результате чего стенки между доменами постепенно уменьшаются, и происходит рост числа доменов с одинаковой направленностью магнитного поля. Толщина намагниченного слоя металла (со стороны установки электромагнита) постепенно увеличивается пропорционально силе тока в катушке электромагнита. В принципе, при очень большой величине тока в катушке можно достичь полного магнитного насыщения по толщине металла, но практически указанная магнитная система герметизации неплотностей металл-бетон, принятая нами в качестве прототипа, в ограждающих конструкциях защитных сооружений полного насыщения металла толщиной 8-10 мм обеспечить не может из-за необходимости значительного увеличения числа витков катушки и ее размеров, о чем уже было сказано выше.

Предлагаемым изобретением решается задача - обеспечение более высокого качества работ по герметизации неплотностей в местах примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений, снижение энергозатрат и расхода герметизирующих материалов.

Такой технический результат в устройстве для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений, содержащем пластинчатую стальную деталь защитно-герметических дверей, люков или фланцев трубчатых вводов инженерных коммуникаций, отверстия в ней для инъекторов и инъекторы, для нагнетания через них в неплотности мест примыкания металл-бетон магнитной герметизирующей смеси, равномерно расположенные по стальной детали на одинаковом расстоянии между собой, источник постоянного тока с реостатом или автотрансформатором и электромагнит, устанавливаемый на стальную деталь с катушкой в виде обмотки из токопроводящей проволоки с изоляцией и концами этой проволоки, замкнутыми на полюса источника постоянного тока, при этом катушка электромагнита расположена на перекладине П-образного магнитопровода круглого или прямоугольного сечения, стойки которого установлены на поверхности пластинчатой стальной детали между двумя смежными инъекторами, достигается тем, что нижняя часть каждой стойки магнитопровода электромагнита должна полностью соответствовать форме, объему и геометрическим размерам внутреннего пространства отверстия для инъектора и закрепляться в нем с учетом существующих допусков и соединений. При этом высота нижней части стоек магнитопровода равна толщине стальной металлической детали и расстояние между центрами поперечных сечений стоек магнитопровода электромагнита равно двойному расстоянию между центрами отверстий для инъекторов.

Горизонтальные поверхности торцов нижних частей стоек П-образного магнитопровода, которые в принципе являются полюсами электромагнита, совпадают с внутренней поверхностью металла закладной стальной детали, вдоль которой магнитная герметизирующая смесь в процессе проведения герметизационных работ транспортируется в неплотности примыканий металл-бетон под воздействием давления нагнетания и магнитодвижущей силы. В связи с этим, любой электромагнит с катушкой из 1800 витков проволоки ПЭВ диаметром 1,2 мм обеспечит в пространстве дефектного места магнитное поле с требуемыми параметрами магнитной индукции и магнитодвижущей силы, так как полюса электромагнита, в виде ввернутых в металлическую закладную деталь стоек П-образного магнитопровода, в процессе нагнетания герметизирующей смеси, будут контактировать с ней, в результате чего получится замкнутая магнитная система с замкнутым магнитным потоком (см. акт испытания). В результате отпадает необходимость создания мощных электромагнитов для магнитного насыщения металла.

Для обеспечения свободной подачи магнитной герметизирующей смеси в трещины и пространство неплотностей металл-бетон в процессе организации герметизационных работ высота нижних частей стоек магнитопровода, имеющая равновеликую отверстию форму и объем, должна быть равна толщине стальной металлической детали. Если высота нижних частей стоек будет больше толщины металлической детали, они будут всунуты в пространство дефектного места, что станет причиной увеличения сопротивления движению потока герметизирующей смеси. Если меньше - может снизиться качество надежности крепления стоек магнитопровода на металлической детали.

Изготовление П-образного магнитопровода со стойками, расстояние между поперечными сечениями у которых должно быть в два раза больше расстояния между смежными отверстиями, обеспечивает установку стоек П-образного магнитопровода в отверстия для инъекторов и надежное крепление в них.

На фиг.1 изображено устройство для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений (общий вид) в виде стальной металлической детали 1 коробки защитно-герметичной двери с отверстиями 2 для инъекторов 3, электромагнитом 4, источником постоянного тока 5 с реостатом или автотрансформатором.

На фиг.2 изображено устройство для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений (продольное сечение) в виде фрагмента металлической детали из стали 1 коробки защитно-герметичной двери с отверстиями 2 для инъекторов и инъектором 3, электромагнитом и катушкой 4, источником постоянного тока 5 с реостатом или автотрансформатором, магнитопроводами 6 с нижними частями стоек 7 П-образного магнитопровода.

Пример конкретного выполнения устройства для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений, изображенный на фиг.3, включает электромагнит 1 с П-образным магнитопроводом и катушкой в виде обмотки проволоки с изоляцией и концами, замкнутыми на полюса источника постоянного тока 2 с реостатом 3 (или автотрансформатором типа Латр), пластинчатую стальную деталь 4 защитно-герметических дверей, люков или фланцев трубчатых вводов инженерных коммуникаций с равномерно расположенными в ней отверстиями 5 для установки в них инъекторов 6, через которые в трещины и неплотности мест примыкания металл-бетон нагнетается магнитная герметизирующая смесь (например, эпоксидная смола или водоцементная смесь с тонкодисперсным порошком из магнетита или другим ферромагнитным наполнителем), а также стоек П-образного магнитопровода 7, у которых каждая нижняя часть 8 полностью соответствует форме, объему и геометрическим размерам внутреннего пространства отверстия (для инъектора) и закрепляется в нем с учетом известных видов соединений и действующих допусков. При этом высота нижней части каждой стойки магнитопровода электромагнита равна толщине пластинчатой стальной детали, а расстояние между центрами поперечных сечений стоек магнитопровода электромагнита равно двойному расстоянию между центрами отверстий для инъекторов. Требуемые параметры магнитного поля (напряженность и магнитная индукция) контролируются амперметром 9 по величине силы тока в обмотке электромагнита в соответствии с данными экспериментальных исследований (см. приложение - акт испытаний устройства для герметизации мест примыкания металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений и определения параметров магнитного поля на поверхностях пластинчатых стальных деталей разной толщины).

Технология герметизации неплотностей в местах контакта металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений с помощью предлагаемого устройства организуется следующим образом. Нагнетание магнитной герметизирующей смеси в трещины и неплотности мест контакта металл-бетон производится в направлении снизу-вверх, начиная с самого нижнего штуцера, который должен располагаться между стойками П-образного магнитопровода электромагнита. Нагнетание производится до тех пор, пока герметизирующая смесь не появится в отверстие для инъектора расположенного выше крайней стойки П-образного магнитопровода электромагнита. Затем процесс нагнетания прекращается до схватывания магнитной герметизирующей смеси в неплотностях мест контакта металл-бетон под воздействием параметров магнитного поля, в результате чего исключается ее вытекания из неплотностей и ускоряется процесс отверждения смеси.

После этого отверстие, через которое произошло вытекание, очищается от герметизирующей смеси и в нее, а также в другое отверстие для инъектора, расположенное выше, устанавливаются стойки П-образного магнитопровода электромагнита таким образом, чтобы между ними было еще одно свободное отверстие для инъектора, через которое будет производится следующий цикл нагнетания магнитной герметизирующей смеси в неплотности контакта металл-бетон. Повторением циклов нагнетания и отверждения магнитной герметизирующей смеси в неплотностях в направлении снизу-вверх организуется процесс герметизации неплотностей мест контакта металл-бетон в ограждающих конструкциях защитных сооружений.

Затем качество герметизационных работ проверяется испытанием защитного сооружения на герметичность (как правило, методом определения падения давления воздуха, нагнетаемого в сооружение его вентиляционной системой, за нормативное время по соответствующей методике нормативного документа [2]).

Для ввода магнитной герметизирующей смеси в неплотности мест контакта металл-бетон используются обычные растворонасосы и шланги, а также специальные поршневые или шнековые шприцы, способные создавать в герметизирующих смесях давление нагнетания в пределах 180-200 кПа.

Технико-экономическая эффективность - обеспечение более высокого качества герметизации неплотностей на контакте металл-бетон, снижения расхода материалов и энергозатрат за счет увеличения индукции магнитного поля, магнитодвижущей и удерживающей силы в объеме магнитной герметизирующей смеси.

Источники информации

1. Бочарников А.С. Дисперсноармированные композиционные материалы на основе цементных вяжущих для конструкций защитных сооружений: монография / А.С. Бочарников. Под ред. А.Д. Корнеева. - Липецк: ЛГТУ. - С.202-203. - В надзаг. Российская академия архитектуры и строительных наук. Центральное отделение.

2. Инструкция по технологии герметизации ограждающих конструкций специальных сооружений . - M., 1992. С.48-51. - В надзаг. Министерство обороны СНГ.

3. Бочарников А.С. Магнитные герметизирующие эпоксидные композиционные материалы с наполнителями из отходов производств: монография / А.С. Бочарников, М.А. Гончарова, А.В. Глазунов. Под ред. А.С. Бочарникова. - Липецк. Издательство ЛГТУ, 2009. - С.119. - В надзаг. Российская академия архитектуры и строительных наук. Центральное отделение.

4. Бочарников А.С. Дисперсноармированные композиционные материалы на основе цементных вяжущих для конструкций защитных сооружений: монография / А.С. Бочарников. Под ред. А.Д. Корнеева. - Липецк: ЛГТУ. - С.205. - В надзаг. Российская академия архитектуры и строительных наук. Центральное отделение.