книги из ГПНТБ / Попов А.Н. Бетонные и железобетонные трубы

работанная Ленинградским филиалом института Оргэнергострой, показана на рис. 66. По этой схеме выпус­ кает трубы Березовский завод железобетонных конструк­ ций и др.

На ряде гидротехнических строек по проектам инсти­

стенках трубы предварительного сжимающего напряже­ ния примерно 100 кгс/см2 при марке бетона 300. В про­ дольном направлении каждое звено армировали обычной арматурой периодического профиля (ГОСТ 5781—61), связанной кольцевой арматурой; сердечник обвивали проволокой за два прохода от одного конца трубы к дру­ гому. За один проход в каждый паз укладывали полови­ ну расчетного числа витков для уменьшения изгибных. напряжений, которые возникают в стенке трубы при ее обвивке спиралями.

Для защиты высокопрочной проволоки от коррозии одновременно с укладкой ее в пазы бетонного сердеч­ ника торкретированием наносили цементный раствор.

Звенья труб стыковали при помощи резиновой трехкулачковой шпонки. Для этого в один из торцов звена (при бетонировании в верхний) наполовину заделывали шпонку шириной 25 см. Вторую половину шпонки при

171

монтаже вводили в кольцевой паз соседнего звена. Окон­ чательно стык заделывали цементно-песчаным раство­ ром инъектированием его под давлением 2—3 ат.

Использование железобетонных труб позволило по сравнению со стальными на 1 пог. м трубопровода сэкономить 1,4 т стали. Опыт применения труб показал необходимость совершенствования конструкции стыко­ вого соединения.

Большеразмерные железобетонные бесцилиндровые трубы, изготовляемые по трехступенчатой технологии, применяют во многих странах, что подтверждается прак­ тикой сооружения водоводов в США, Италии, Индии и в других странах. В Италии на одной из гидротехниче­ ских строек укладывали трубы внутренним диаметром 2070 мм для переменного внутреннего гидростатического давления от 12 до 19 ат и трубы диаметром 2850 мм для внутреннего напора воды от 7,5 до 9 ат. Трубы на первом участке имели стенки толщиной 120 мм, на втором— ПО мм. Сердечники труб армировали сеткой из круглой стали, которую предназначали главным образом для воспринятая напряжений до момента полного изготовле­ ния труб. Бетон после вибрации обрабатывали вакуумированием, благодаря чему можно было снимать опалуб­ ку непосредственно после окончания уплотнения бетона. Трубы обвивали проволокой спустя 10 дней после их из­ готовления, а затем покрывали раствором толщиной 25 мм, который также вакуумировали. Предварительное напряжение обвивки было рассчитано так, чтобы в стен­ ке трубы во время ее эксплуатации оставалось постоян­ ное сжимающее напряжение 10 кгс/см2. Стальную прово­ локу, имеющую временное сопротивление 180 кгс/см2, натягивали с напряжением 55% предельного. Наиболь­ шее сжимающее напряжение бетона вначале составляло 155 кгс/см2. Наблюдения за качеством бетона показали, что в 28-суточном возрасте прочность последнего превы­ шала 500 кгс/см2. При испытании труб была получена гарантированная их водонепроницаемость.

Изготовление труб по одноступенчатой технологии

Самонапряженные трубы. В целях рационализации производства железобетонных конструкций с предвари­ тельно напряженной арматурой, и в частности труб, со ветскими исследователями был предложен цемент, на-

172

званный напрягающим. Бетон, изготовленный на таком цементе, в процессе твердения расширяется и натягивает уложенную в него арматуру, этим самым создавая объ­ емно-напряженную конструкцию.

Применение напрягающего цемента позволяет полу­ чать напорную трубу за один производственный цикл, т.е. по одноступенчатой технологии, которая по сравне­ нию с другими известными способами производства име­

но используется сталь с относительно невысокими проч­ ностными показателями, применение которой в обычном предварительно напряженном бетоне мало рентабельно; 3) имеется возможность простым способом получать двух­ осное напряженное состояние в стенках труб, т.е. обес­ печивать предварительное напряжение спиральной и продольной арматуры.

Напрягающий цемент получают путем механического перемешивания размолотого клинкера или готового порт­ ландцемента (60—65%), глиноземистого цемента (15— 20%), гипса (12—13%) и извести (3—4%). Он имеет следующие физико-механические показатели: предел прочности бетонных кубиков из раствора 1 : 1 в возрасте 28 суток 600—800 кгс/см2; свободное линейное расшире­ ние призм до 5%; сроки схватывания цемента 2—5 мин.

Отличительной особенностью этого цемента является

опыты недавнего времени, получения цементов, не тре­ бующих гидротермообработки. Изделия прогревают пос­

Гидротермообработку производят в течение 2—6 ч, выдерживая изделия в воде, нагретой до 80—100° С; при этом происходит расширение цементного камня и напря­ жение арматуры. Затем трубы помещают в холодную во­ ду на 3—7 суток, в течение которых происходит дальней­ шее расширение, после чего размеры образца стабилизу­ ются. В процессе расширения бетон увлекает за собой арматуру, которая препятствует расширению цементного камня. В результате этого арматура получает предвари-

173

тельное напряжение значительной величины. Усилие, раз­ виваемое при ограничении свободного расширения за­ твердевшего бетона, является усилием самонапряжения. Величина этого усилия, отнесенная к единице площади сечения, перпендикулярного направлению создаваемого напряжения, является величиной его самонапряжения и выражается в кгс/см2.

Очень короткие сроки схватывания цементного теста затрудняли до последнего времени применение обычных приемов укладки бетонной смеси, изготовленной на на­ прягающем цементе, но сейчас освоен простой способ за­ медления сроков схватывания напрягающего цемента до 50—60 мин. Лабораторные и проведенные Н И И Ж Б в за­ водских условиях опыты показали, что трубы, изготов­ ленные на растворах из напрягающего цемента, имеют полную водонепроницаемость при давлении более 20 ат, обладают большой прочностью, самонапряжение их тем больше, чем ниже водоцементное отношение раствора. Были разработаны различные варианты технологии са­ монапряженных труб, но практическое применение полу­ чила технология, основанная на использовании центри­ фугирования. Центрифугированные самонапряженные трубы изготовляют по обычной схеме центробежного производства.

Трубы с покрытиями из полимерных материалов.

Донецкий научно-исследовательский институт разрабо­ тал конструкцию и технологию полимержелезобетонных труб, футерованных изнутри тонкостенным цилиндромчехлом из термопластичных смол — полиэтилена, поли­ пропилена, поливинилхлорида и др. (см. рис. 3). Чехлы изготовляют методом экструзии на машинах, которые позволяют получать из порошкообразных или гранули­ рованных полимерных материалов герметичные рукава диаметром до 1500 мм неограниченной длины.

Полимержелезобетонные трубы отличаются от желе­ зобетонных тем, что в них сочетается работа трех мате­ риалов: бетона, стальной арматуры и полимера. Армату­ ра рассчитана на восприятие растягивающих усилий, бе­ тон—сжимающих, а слой полимера делает стенки труб водонепроницаемыми, химически стойкими, износостой­ кими и др.

Полимержелезобетонные трубы изготовляют в гори­ зонтальных или вертикальных формах, состоящих из раздвижных сердечников и наружной опалубки. На сер-

174

дечник надевают полимерный чехол, устанавливают ар­ матурный каркас и все это укладывают в форму, имею­ щую в ключевой части зазор, в который загружают бетонную смесь. Для уплотнения бетонной смеси приме­ няют вибрацию. Получаемая таким способом железобе­ тонная труба воспринимает значительное внутреннее гидростатическое давление. Объясняется это тем, что вода не попадает в поры и капилляры бетона и не раз­ рывает контактов между цементным камнем и заполни­ телями, что приводит к повышению прочности бетона на растяжение.

Полимержелезобетонные напорные трубы рассчиты­ вают в предположении возможности образования в их стенках во время эксплуатации трещин шириной 0,2 мм. Описываемые трубы безусловно заслуживают внимания, но окончательное суждение о них как напорных конст­ рукциях представится возможным высказать только пос­ ле накопления данных о длительной их эксплуатации.

Особые виды технологии напорных труб

Бетонные трубы со стеклопластиковой арматурой.

Основным недостатком трехступенчатой технологии труб является необходимость выполнения работ по нанесению защитного слоя из цементно-песчаного раствора. Этот недостаток определил необходимость изыскания других материалов для защитных покрытий. Наиболее предпоч­ тительным оказался стеклопластик в сочетании с синте­ тическими смолами. Так зародилась идея производства труб по двухступенчатой технологии, при которой сер­ дечник может быть изготовлен любым современным спо­ собом и обвит стеклопластиковой арматурой, покрытой смолами, которые, заполимеризуясь, образуют на трубе прочный защитный слой.

Стеклопластик представляет собой гетерогенную си­ стему, состоящую из стеклянных волокон и полимерных связующих в виде синтетических смол (эпоксидных, по­ лиэфирных, полистирольных и др.). В качестве армату­ ры для труб пригодны стеклопластики, в которых стек­ лянные волокна ориентированы в клеящей среде парал­ лельно друг другу. Замена стальной предварительно на­ пряженной арматуры непрерывной арматурой из стекло­ пластика позволяет отказаться от бетонного защитного слоя, так как стеклопластик сам является защитным ма-

175

териалом, при этом технология напорных труб из трех­ ступенчатой превращается в двухступенчатую.

Стеклопластиковая оболочка на поверхности бетон­ ного сердечника является дополнительной гарантией во­ донепроницаемости стенок трубы. Даже в тех условиях, когда в бетонном сердечнике образуются трещины при действии чрезмерно большой нагрузки, труба будет под­ держивать поток жидкости до тех пор, пока разрушен­ ная секция трубопровода не будет заменена.

Рис. 68. Трубы конструкции Гпдропроекта

Разработанная технология предусматривает две ста­ дии изготовления труб: бетонирование сердечника, обжа­ того в продольном направлении стальной арматурой, и навивку на сердечник непрерывной стеклопластиковой арматуры, заготовленной в виде ленты шириной 25— 50 мм и более, при одновременном пропуске ее через ван­ ну со связующим. В отечественной технологии ленту на сердечник трубы навивают в напряженном состоянии, что существенно повышает прочность труб. Из литера­ туры известно, что некоторые зарубежные заводы, как, например, фирма «Редланд» (Англия) обвивают бетон­ ные сердечники труб стеклонитями без их напряжения, используя непосредственно ровницу.

Трубы конструкции института Гидропроект применя­ ли в дюкерах канала Северный Донец—Донбасс. Дюкер диаметром 2500 мм выполняли в виде цилиндрической

176

требуемой прочности снижали давление в домкратах, в

Куну (Индия). Трубы были рассчитаны на внутреннее давление соответственно 13 и 5 ат. Продольная и коль­ цевая арматуры представляли собой арматурные пряди диаметром 7 мм.

Защита труб от агрессивных воздействий

Подземные трубопроводы могут испытывать корро­ зионное воздействие как со стороны грунтовых вод, омы­ вающих их наружную поверхность, так и со стороны транспортируемых жидкостей, таких, как агрессивные сточные и промышленные воды, нефтепродукты, пульпы и др. Проблема защиты бетона труб решается примене­ нием наиболее соответствующих при данном виде агрес­ сии вяжущих и заполнителей; более эффективным уплот­ нением бетона; введением в бетон минеральных и хими­ ческих добавок; обработкой готовых труб; нанесением защитных пленок и покрытий (к последним относят за­ щитные слои толщиной не менее 0,5 мм).

Цемент выбирают с учетом особенностей работы тру­ бопровода, руководствуясь «Указаниями по проектиро­ ванию антикоррозионной защиты строительных конст­ рукций» (СН 262-67). Основные виды добавок, приме­ няемых при изготовлении труб, были рассмотрены вы­ ше (см. главу 2).

Обработка труб заключается в пропитке бетона би­

зем переходит во фторид кальция, чем предупреждается образование под действием почвенных сульфатов гипса, который может реагировать со свободной известью, вы­ деляющейся при твердении цемента.

178

Венгерский научно-исследовательский институт строи­ тельного дела, совершенствуя способ ократировапия, предлагает метод «суперсилик», предполагающий снача­ ла пропитку сухих труб растворимым стеклом, а затем обработку их в автоклаве газом SiF4 . Образовавшееся покрытие состоит из фторида натрия, кремневой кис­ лоты и кислоты с содержанием фтора. Трубы с таким покрытием можно применять в грунтах с содержанием в 1 л 8000 мг ионов сульфатов и для отвода щелочных сточных вод и вод, содержащих сахар.

Наибольшее распространение получило нанесение на поверхности труб покрытий из флюатов, силиконов, би­ туминозных и полимерных материалов. При устройстве покрытий из пластмасс на поверхности труб укрепляют листовые термопласты—полиэтилен, винипласт, полиизобутилен, поливинилхлорид и др. (см. рис. 3) или на­ носят изоляцию на основе термореактивных смол — фенольных, полиэфирных, фурановых, эпоксидных, полиуретановых, каменноугольных, алкидных и других мате­ риалов.

Облицовка внутренней поверхности труб листовыми полимерными материалами оказалась надежной в экс­ плуатации. В 1947 г. в Сан-Диего (США) был облицован пластическими материалами трубопровод, работающий в весьма агрессивной среде. До сих пор на нем не обна­ ружено следов коррозии. Примененный листовой поли­ винилхлорид стоек в отношении окислителей, масел, жи­ ров, солей и бактерий.

В Советском Союзе защиту труб облицовкой их внутренней поверхности листовыми полимерными мате­ риалами применяют при прокладке трубопроводов, пред­ назначенных для пропуска вод химических производств

Из материалов для защитных покрытий чаще всего рекомендуют полимеры на основе полиуретана и соеди­ нения эпоксидных смол, отвержденных полиамином. За­ щитные покрытия на основе полиуретанов обладают хорошим сопротивлением износу. В трубопроводах для транспорта сточных вод наиболее часто используют эпоксидные смолы с растворителями. Низковязкие и низ­ комолекулярные смолы иногда применяют без раствори­ телей. В целях увеличения прочности покрытия в смолу вводят заполнитель — промытый и высушенный песок крупностью до 1 мм. Соотношение компонентов смеси от 1 : 1 до 1 :2.