Новости

Сезонное перемещение мостового полотна является обычным расчётным условием, однако оно становится проблемой обслуживания, когда деформационный шов не может предотвратить попадание воды, абразивных частиц и противообледенительных химических веществ в подмостовую конструкцию. Уплотнения деформационных швов мостов располагаются в наиболее уязвимой точке этой системы: они должны сохранять водонепроницаемость, пока зазор под ними многократно раскрывается, сжимается, смещается в сдвиге и иногда поворачивается под воздействием транспорта.

Важно понимать, что уплотнение не «останавливает» перемещение. Оно компенсирует перемещение в заданном диапазоне, сохраняя контакт с гранями шва или удерживающей арматурой. Надёжность такой работы зависит от расчёта перемещений, геометрии шва, материала уплотнения, качества монтажа и фактических условий на объекте, а не только от твёрдости материала.

Почему мостовые полотна перемещаются сильнее, чем может показаться по шву

Большинство перемещений полотна вызвано тепловым расширением и сжатием. Для упрощённой оценки используется следующая зависимость:

Перемещение = коэффициент теплового расширения × длина температурного расширения моста × изменение температуры

Для длинного бетонного или стального полотна даже умеренный сезонный диапазон температур может вызвать перемещение, измеряемое миллиметрами или сантиметрами. Соответствующая длина температурного расширения не всегда равна видимой длине пролёта. Она зависит от схемы неподвижных и подвижных опорных частей моста, конфигурации опор, неразрезности полотна, угла косины и условий закрепления.

Температура является лишь одной частью расчётного диапазона перемещений. Уплотнения деформационных швов мостов также могут потребовать компенсации:

• усадки и ползучести бетона, особенно на раннем этапе эксплуатации сооружения;
• продольных перемещений, передаваемых через опорные части;
• вертикальных дифференциальных перемещений у устоев или между соседними пролётами;
• поворота в зоне шва под действием подвижной нагрузки;
• поперечных перемещений и сдвигов, вызванных косой геометрией, криволинейными трассами или сейсмическими воздействиями;
• строительных допусков и изменений раскрытия шва при температуре монтажа.

Именно поэтому номинальный зазор шва, указанный на чертеже, нельзя считать требуемым диапазоном перемещений уплотнения. Шов может быть установлен при среднем раскрытии, но достигать максимального раскрытия в холодную погоду и наиболее плотного закрытия при высокой температуре полотна. Если уплотнение выбирается только по зазору, наблюдаемому в день монтажа, проект может привести к предсказуемому сезонному отказу.

Как распространённые системы уплотнений компенсируют перемещения

Различные конструкции уплотнений деформационных швов мостов используют разные механизмы деформации. Их пригодность определяется перемещением шва, транспортной нагрузкой, условиями воздействия, ремонтопригодностью и конструкцией узла деформационного шва.

Компрессионные уплотнения представляют собой предварительно сформованные эластомерные профили, устанавливаемые в зазор шва с обжатием. Их ячеистая или полая геометрия позволяет им сжиматься при закрытии полотна и восстанавливать форму при раскрытии шва. Компрессионные уплотнения правильно подобранного размера поддерживают давление на стенки шва, создавая водонепроницаемый барьер. Как правило, они наиболее эффективны при сравнительно небольших перемещениях, прочных и параллельных гранях шва, а также при возможности контролировать допуски монтажа.

Ленточные уплотнения используют эластомерную вставку, закреплённую между стальными краевыми профилями. Вставка образует лоток, который может складываться и раскладываться по мере раскрытия и закрытия шва. Поскольку функции передачи нагрузки и удержания выполняет система профилей, ленточные уплотнения во многих случаях могут компенсировать большие перемещения, чем простые компрессионные профили. Однако их характеристики тесно связаны с выравниванием профилей, качеством сварки, анкеровкой, уплотнением бетона вокруг узла и удалением загрязнений.

Модульные системы деформационных швов распределяют большой диапазон перемещений между несколькими промежуточными балками и уплотнениями. Вместо того чтобы требовать от одной вставки компенсации полного сезонного смещения, перемещение распределяется между несколькими уплотнительными узлами. Такие системы применяются при значительных температурных перемещениях, но включают больше компонентов, путей отвода воды и требуют более тщательного контроля. Модульный шов не становится автоматически долговечным решением, если владелец моста не может обеспечить периодическую очистку и механический осмотр.

Герметизирующие системы, наносимые на объекте, могут использоваться для небольших швов или при ремонте в соответствии со спецификацией проекта. Они в значительной степени зависят от подготовки основания, совместимости праймера, адгезии герметика, контроля глубины шва и правильной способности к перемещению. Их не следует считать прямой заменой предварительно сформованному уплотнению деформационного шва, если шов подвергается значительным циклическим перемещениям и высоким колёсным нагрузкам.

Эластичность необходима, но именно восстановление защищает конструкцию

EPDM и другие эластомерные материалы широко применяются в уплотнениях мостовых швов, поскольку они способны сохранять гибкость в широком диапазоне рабочих температур и лучше противостоять атмосферному старению, чем многие каучуки общего назначения. Однако практическое требование более конкретно, чем просто «хорошая гибкость». Уплотнение должно демонстрировать повторяемое восстановление после сжатия и растяжения, сопротивляться остаточной деформации и не допускать растрескивания или разрыва в местах изгибов, углах и зонах зажима.

Для профиля компрессионного типа чрезмерная остаточная деформация при сжатии является серьёзной проблемой. Если материал не восстанавливается после повторяющихся летних циклов закрытия, контактное давление на стенки шва снижается. Тогда вода находит путь вокруг уплотнения, даже если профиль сверху всё ещё выглядит целым. В ленточных уплотнениях не менее важны прочностные свойства при растяжении, сопротивление разрыву, усталостная прочность и надёжная фиксация в профиле, поскольку вставка многократно изгибается при перемещениях и испытывает локальные напряжения от деформаций, вызванных транспортом.

При выборе материала также следует учитывать воздействие озона, ультрафиолетового излучения, стоячей воды, дорожных солей, загрязнения топливом или маслом и абразивного мусора. Уплотнение на сельском сооружении с низкой интенсивностью движения и уплотнение на городском путепроводе с интенсивным транспортным потоком подвергаются разным механизмам разрушения. Спецификация должна определять фактические условия эксплуатации, а не опираться на общее описание резины.

В смежных областях герметизации геометрия профиля часто столь же важна, как и выбор полимера. Например, уплотнительная лента для двери контейнера J-образной формы использует форму профиля для поддержания контакта при сжатии двери и вибрации. Тот же принцип проектирования применим к мостовым уплотнениям, хотя мостовые изделия также должны выдерживать значительно более тяжёлое сочетание циклических перемещений шва, колёсных нагрузок, воздействия дренажа и конструктивных допусков.

Способность компенсировать перемещения необходимо проверять в эксплуатации, а не только заявлять поставщику

Заявленный диапазон перемещений может вводить в заблуждение, если не ясны исходные условия. В одних данных на изделие указывается общее перемещение, в других — перемещение от номинального положения при монтаже, а в третьих — лабораторная деформация в контролируемых условиях. Команда проекта должна определить требуемое раскрытие шва при ожидаемой температуре монтажа и рассчитать максимальное и минимальное раскрытие в условиях эксплуатации.

Для любой предлагаемой системы проверка должна дать ответы на несколько практических вопросов:

• Каков расчётный диапазон продольных перемещений с учётом применимых температурных воздействий, усадки, ползучести и перемещений опорных частей?
• Устанавливается ли система близко к центру своего рабочего диапазона или к одному из его пределов?
• Может ли она выдержать ожидаемый вертикальный уступ, поворот и поперечный сдвиг?
• Позволяет ли конструкция шва уплотнению свободно деформироваться без защемления, чрезмерного растяжения или перерезания соседними металлическими элементами?
• Что произойдёт, если мусор заблокирует лоток в самый жаркий период, когда шов закрывается?

Косые мосты требуют особой осторожности. У косого устоя шов может испытывать неравномерное раскрытие по своей длине. Один конец может быть близок к максимальному растяжению, тогда как другой ближе к сжатию. Уплотнение, работающее в прямом перпендикулярном шве, может быть перегружено в косой схеме, если система и детали монтажа не рассчитаны на такую картину перемещений.

Температура монтажа является параметром контроля проекта

Многие отказы швов возникают ещё до открытия моста для движения. Если уплотнение или профильная сборка устанавливаются без корректировки на фактическую температуру полотна, шов может начать эксплуатацию уже со смещением в сторону чрезмерного растяжения или сжатия. Строительная документация обычно требует расчёта установки на основе измеренной температуры и расчётной нейтральной температуры; полевой персонал должен рассматривать это как регистрируемое мероприятие контроля качества, а не как формальность.

Грани шва должны быть чистыми, сухими, если этого требует система, правильно расположенными и не иметь цементного молочка, непрочно держащегося бетона и острых выступов. Для компрессионных уплотнений неровности стенок и неправильная ширина зазора могут снизить герметизирующее давление или повредить профиль при установке. В системах с опорными профилями неправильное выравнивание анкеровки может создавать неравномерную деформацию вставки и локальные раскрытия, которые сложно выявить после завершения устройства покрытия.

Если предусмотрены клей, смазка, праймер или материал для стыковки, следует проверить их совместимость с составом уплотнения и диапазоном температур монтажа. Замена на неутверждённый материал на объекте может показаться безвредной, но способна повлиять на трение при монтаже, сцепление, химическую стойкость или долговременную деградацию эластомера.

Стандарты задают основу, но приёмку определяют спецификации проекта

Не существует единого мирового стандарта, полностью определяющего каждую конфигурацию деформационных швов мостов. Требования различаются в зависимости от юрисдикции и владельца сооружения. В Европе серия EN 14188 распространяется на заполнители и герметики швов, тогда как сборки мостовых деформационных швов также могут регулироваться требованиями национальных дорожных ведомств и критериями эффективности, установленными для конкретного проекта. В Северной Америке департаменты транспорта штатов и спецификации владельцев мостов часто определяют требуемый тип шва, порядок испытаний, изготовления, монтажа и контроля наряду с соответствующими документами AASHTO.

Для закупок и контроля строительства полезно сопоставлять предлагаемую систему уплотнения с фактическими требованиями контракта: способностью компенсировать перемещения, водонепроницаемостью, усталостными характеристиками, если они указаны, свойствами материалов, защитой стальных компонентов от коррозии, деталями стыков, методом монтажа и гарантийными обязательствами или обязательствами по характеристикам. Лабораторный сертификат на резиновую смесь не доказывает, что установленный шов будет работать как единая конструкция.

Управление водой является реальным показателем успеха

Уплотнение мостового деформационного шва следует оценивать как часть системы водоотведения и долговечности. При протечке шва вода может попасть на площадки опорных частей, опорные поверхности устоев, оголовки опор, арматуру и элементы водоотвода. В холодном климате сток с солями ускоряет коррозию; в любом климате постоянные протечки могут вызывать пятна, разрушение бетона и превращать локальный дефект уплотнения в более масштабный объём восстановительных работ.

Поэтому при регулярном осмотре следует обращать внимание не только на видимые разрывы. К признакам проблем относятся вставки, заполненные мусором, потеря обжатия по краям шва, стоячая вода, разрушенные стыки, разъединение профилей, повреждённый бетон окаймления, коррозия под швом и следы воды на элементах подмостовой конструкции. Очистка перед периодами сезонного закрытия может быть столь же важна, как замена видимо повреждённого материала, особенно для лотковых уплотнений, где застрявший заполнитель препятствует нормальному складыванию.

Наиболее надёжными уплотнениями деформационных швов мостов являются те, которые соответствуют полному диапазону перемещений, установлены в правильном положении и обслуживаются как критически важный для водоотвода элемент. Рассмотрение уплотнения как второстепенного завершающего компонента обычно переносит расходы на будущий ремонт опорных частей, восстановление бетона, организацию движения и риск внепланового закрытия.