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

Рис. 11. Железобетонные напорные трубы

трифугированные» и технических условий, разработан­ ных отдельными ведомствами. По техническим условиям изготовляют большеразмерные трубы особых видов и трубы из самонапряженного железобетона. Основные размеры выпускаемых труб и форма их концов показаны в табл. 4 и 5 и на рис. 11.

Г Л А В А 2

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ

Вяжущие. В качестве вяжущего для бетона труб оте­ чественные заводы применяют цементы, отвечающие тре­ бованиям ГОСТ 10178—62 (табл. 6). При выборе вяжу­ щего исходят из условия получения бетона с заданными

30

31

прочностными характеристиками, отвечающего требова­ ниям по водонепроницаемости и коррозионной устойчи­ вости к воздействию как грунтовых, так и протекающих по трубопроводу вод. Помимо этого учитывают специфи­ ческие условия того или иного способа укладки бетонной смеси и последующей обработки бетона. Во всех случаях предпочтение отдают вяжущим, у которых нормальная густота цементного теста 23—28%, а содержание алюми­

используют нормальный и быстротвердеющий портланд­ цемент, шлакопортландцемент с различными тонкомоло­ тыми добавками, сульфатированные и специальные коррозионностойкие цементы, в которых нет трехкальциевого алюмината или он содержится в незначительном количестве, что обеспечивается особым подбором сырья и способом производства вяжущего.

При малом содержании или полном отсутствии в це­ менте минералов, содержащих окись алюминия, исклю­ чается возможность образования гидросульфоалюмината кальция, в результате чего повышается коррозионная стойкость цемента и защита бетона становится ненуж­ ной. Считается, что применяемый для труб портландце­ мент должен быть примерно следующего состава (в % ) : 50 C3 S, 25 C2 S, 4—6 С3 А, 10 C4 AF и 3,5 CaS04 . Не исклю­ чается возможность применения стойких портландцементов иных минералогических составов.

В США для производства безнапорных труб приме­ няют преимущественно портландцемента типов I и I I . Цемент типа I содержит C3 S 50%, C2 S 25% и С3 А 12%. Он предназначен для применения в обычных железобе­

характерен относительно низким содержанием С3 А (6%) и повышенным содержанием C4 AF (12%). Его приме­ няют в сооружениях, в которых может быть умеренное воздействие сульфатов, поскольку этот цемент обладает большей к ним стойкостью. Допускается использовать также аэрированные, шлако- и пуццолановые портланд-

32

Добавки в цемент или бетонную смесь вводят с целью ускорения или замедления сроков схватывания цемент­ ного теста, повышения удобоукладываемости бетонной смеси, ускорения твердения бетона, улучшения его физи­ ко-механических показателей, в частности, понижения водопроницаемости, повышения сопротивляемости бето­ на агрессивным воздействиям или защиты арматуры от коррозии.

Для ускорения твердения бетона при его тепловлажностной обработке применяют минеральные тонкомоло­ тые вещества в виде активных добавок, таких, как домен­ ные шлаки, трепелы, сиштоф, зола, трас и др., и в виде добавок-наполнителей, к которым относятся колошнико­ вая пыль, глины, суглинки, известняки и др. С целью со­ кращения продолжительности или повышения эффектив­ ности пропаривания бетона иногда применяют хлористые кальций и натрий. При производстве армированных труб использовать эти соли запрещается. Для ускорения твер­ дения бетона ряд исследователей рекомендует вводить в его состав смесь сульфата кальция с гелеобразной гид­ роокисью железа или алюминия, имеющих трехвалент­ ные ионы. В производстве труб эта добавка пока еще не опробована.

В качестве добавок, повышающих удобоукладываемость бетонной или растворной смеси, применяют пептизаторы в виде жидких, твердых или порошкообразных концентратов сульфитно-спиртовой барды, удовлетворя­ ющих требованиям ГОСТ 8518—57; микропенообразова­ тели, такие, как древесно-пековый, строительный ЦНИПС-1, представляющий собой продукт нейтрализа­ ции едким натром жирных кислот древесного пека; поро­ шок БС, содержащий нейтрализованные жирные кис­ лоты животного или растительного происхождения; абиетат (жидкость) или СНВ (порошок) — продукты омыления абиетиновой смолы.

В качестве добавок, снижающих водопроницаемость бетона труб, применяют битумы в чистом виде, а также в виде эмульсий или паст; гидрат окиси кальция, гидро­ окись алюминия, трас, трепел, диатомит и др.; кремне­ кислый натрий, силикат фтористого натрия, алюминат натрия (хлорное железо) и др.; глины в порошкообраз­ ном виде, известняковую муку и др.; поверхностно-актив­ ные вещества: концентраты сульфитно-спиртовой барды, омыленную абиетиновую смолу и другие или эти же ве-

щества в комбинаций между собой или с солями типа хлористого кальция.

Отечественными исследователями установлено поло­ жительное влияние совместного введения в бетонную смесь гидрофильных и гидрофобных добавок. В лабора­ тории строительных материалов ЛИСИ изучали влияние совместного введения в бетон сульфитно-спиртовой бар­ ды и абиетата натрия. Водопроницаемость бетона в этом случае заметно понижается по сравнению с тем, что дает добавление одного из указанных веществ.

Введение в бетонную смесь хлорного железа FeCU в количестве 1,5—2% веса цемента понижает проницае.;.-*-' мость бетона. Так, по данным Ленинградского института водного транспорта, образцы-диски толщиной 6 см, изго­ товленные вибрированием из портландцемента (расход 450 кг/м3), после 6-ч пропаривания и 15—18-ч выдержки имели полную водонепроницаемость при давлении воды

15ат.

Впоследнее время все большее внимание уделяют применению в качестве добавок к бетону различных по­ лимеров, кремнийорганических соединений (ГК.Ж-94, -" ГКЖ-Ю, Г К Ж - П ) , фурилового спирта с солянокислым анилином, латексов (СКС-65ГП, ДвХБ-70, СКД-1), тер­ мореактивных (фурилоанилиновых и фуриловых смол) и термопластичных полимеров.

Ряд организаций проводит исследования по установ­ лению эффективности добавок в виде водорастворимых

смол, в частности полиамидной 89, эпоксидной ДЭС-17 и др., термопластичных веществ, таких, как битумы ма­ рок I I и IV, и темных инден-кумароновых смол. Указания по выбору полимерных добавок и технологии приготов­ ления с ними бетонных смесей содержат «Рекомендации по применению бетонов и растворов с добавками поли­ меров».

В заключение необходимо сказать, что вводить в бе­ тон для труб различные химические вещества следует с большой осторожностью, так как некоторые добавки, улучшая определенные свойства бетона, могут отрица­ тельно влиять на его устойчивость к коррозионным воз­ действиям или долговечность. Ряд добавок, как, напри­ мер, поливинилацетатная эмульсия, дает улучшение пока­ зателей бетона, когда он находится только в сухом со-

34

стоянии. При увлажнении бетона эффект от введения до­ бавки исчезает.

При выборе вида добавки приходится считаться так­ же и со способом изготовления и условиями эксплуата­ ции труб. Опытами установлена неэффективность приме­ нения добавок типа древесного пека и абиетата натрия при бетонировании труб путем центрифугирования, так как большая часть введенной добавки выходит с водой в шлам. Введение гидрофобизирующих и гидрофилизующих добавок в лучшем случае дает эффект при малых напорах жидкости (2—3 ат). При больших напорах жидкости подавляющее большинство добавок не оказы­ вает заметного влияния на снижение водопроницаемо­ сти бетона.

Заполнители. Специфические требования к заполни­ телям для бетона железобетонных и бетонных труб уста­ новлены ГОСТ 17539—72 «Заполнители для бетона же­ лезобетонных и бетонных труб. Технические требования». В качестве мелких заполнителей следует применять пес­ ки природные в естественном состоянии, природные фрак­ ционированные и природные обогащенные, а также пески дробленые и дробленые фракционированные, соответст­ вующие требованиям ГОСТ 8736—67 и ГОСТ 10268—70 (табл. 7).

Т а б л и ц а 7. Зерновой состав мелкого заполнителя

При использовании в качестве мелкого заполнителя природных песков в естественном состоянии следует при­ менять крупные или средние пески по ГОСТ 8736—67,

зерновой состав которых отвечает указанным в табл. 7 требованиям.

В качестве укрупняющей добавки можно применять крупную фракцию природного или дробленого песка, в том числе получаемого из отходов дробления горных по­ род. В случае применения местных мелкозернистых пес­ ков рекомендуется добавлять до 50% гранитных высевок; уменьшать долю песка в смеси заполнителей за счет под­ бора лучшего гранулометрического состава крупного за­ полнителя; добавлять к цементу микронаполнители, при­ готовленные из минеральных молотых добавок в коли­ честве до 50% веса вяжущего; использовать цемент по­ вышенной тонкости помола.

Иногда мелкозернистые речные и овражные пески обогащают путем добавки доменных гранулированных шлаков. Для этого рекомендуется применять чистые, од­

гранулированных шлаков уменьшает истираемость бето­ нов и не влияет на их водопоглощение.

Исследованиями по изучению влияния различных дробленых песков из изверженных и осадочных пород на прочностные и деформативные показатели бетонов уста­ новлено, что при прочности исходной горной породы 200—1200 кгс/см2 зависимость между прочностями дроб­ леного песка и бетона, изготовленного с использованием такого песка, имеет прямолинейный характер и может быть выражена через коэффициент формы зерен, кото­ рый колеблется в пределах 2—2,4 (хороший) и 2,41—4 (удовлетворительный).

Содержание в песке глины, ила и пылевидных фрак­

36

ненных опытов пришли к заключению о возможности со­ держания слюды в песке до 2—3%. Ц. Г. Гинцбург опре­ деленно указывает, что для приготовления бетона, по­ стоянно находящегося под водой, можно применить пески с предельным количеством биотита 5% и муско­ вита 3%.

В качестве крупных заполнителей для бетона желе­ зобетонных напорных труб следует применять щебень из естественного камня и из гравия; для бетона железобе­ тонных безнапорных и бетонных труб •— щебень из есте­ ственного камня и гравия, а также гравий.

Для производства щебня из естественного камня ис­ пользуют изверженные, метаморфические и осадочные горные породы кристаллической структуры и массивной текстуры. Однако при дроблении этих пород получаются зерна пластинчатой (лещадной) и игловатой формы. Та­ ких зерен в заполнителе для бетона напорных труб не должно быть более 15%, а безнапорных — более 25% по весу. Применение пород афанитовой и стекловатой струк­ туры и сланцеватой текстуры для производства щебня не допускается.

Размеры фракций крупного заполнителя должны быть следующими: для железобетонных напорных виброгидропрессованных труб 5—10 мм, для всех других видов напорных, а также железобетонных и бетонных безна­ порных труб 5—10 и 10—20 мм. Требования к зерновому составу крупного заполнителя приведены в табл. 8.

Т а б л и ц а 8. Зерновой состав фракции крупного заполнителя

В целях расширения сырьевой базы заполнителей и замены изверженных метаморфических твердых горных пород более распространенными осадочными породами,

37

являющимися обычно местным материалом, как в Советском Союзе, так и за рубежом, проводят исследова­ ния, связанные с установлением возможности использо­ вания карбонатных заполнителей. В результате экспе­ риментов установлено, что бетоны на карбонатных запол­ нителях при одинаковых расходах вяжущего и одних и тех же значениях В/Ц имеют прочность на сжатие на 20% выше, чем бетоны на гранитном заполнителе. Проч­ ность бетона на растяжение возрастает на 25—27%, осо­ бенно в случае замены кварцевого песка и гранитного щебня соответствующими фракциями карбонатного за­ полнителя.

В работах Отдела водного хозяйства промышленных . предприятий ВНИИ ВОДГЕО (Харьков) указывается, что при использовании известняков и доломитов украин­ ских месторождений при расходе цемента 450—470 кг/мъ можно получить бетоны прочностью на растяжение 35— 40 кгс/см2. Опытами установлено, что деформативность бетона при растяжении на карбонатном заполнителе в 1,5 раза больше, чем деформативность бетона на дроб­ леном граните; морозостойкость его вполне удовлетво­ рительна. Выявлена также достаточная коррозионная стойкость труб, изготовленных из бетона на карбонатных заполнителях.

В. А. Белкин, исследуя высокопрочные бетоны на кар бонатных заполнителях Сокского месторождения, пред­ ставляющих собой тонкокристаллический известковистый доломит с содержанием халцедона до 1 %, установил технико-экономическую целесообразность их исполь­ зования в производстве напорных виброгидропрессованных труб. На карбонатном щебне и песке с кубообразной

тепловлажностной обработки при температуре 85° С по­ казали прочность 500—700 кгс/см2.

До сих пор основным препятствием для использова­ ния карбонатных пород в качестве заполнителей высоко­ прочных бетонов является неоднородность их физикомеханических показателей даже в условиях одного место­ рождения. Поэтому в целях устранения непостоянства прочностных характеристик карбонатных пород их обо­ гащают, удаляя слабые разности. Затраты на сепарацию

38

Бетонная смесь. Подбор состава бетона для труб за­ ключается в выборе материалов, назначении консистен­ ции бетонной смеси и В/Ц, исходя из принятого способа ее укладки, срока распалубки труб и режима твердения, определении расхода цемента, песка и щебня на 1 мъ бе­ тона.

При выборе цемента руководствуются заданной мар­ кой бетона, технологией труб и их назначением. Актив­ ность цемента принимают по марке бетона, заданной проектом. Обычно при изготовлении труб в виброформах

должна быть выше марки бетона не менее чем в 1,2 раза.

При производстве труб применяют бетонные смеси различной подвижности (в сек) в зависимости от спо­ соба их уплотнения:

Бетон не является абсолютно водонепроницаемым материалом. Однако при определенных условиях приго­ товления бетонной смеси, ее уплотнения и обеспечения ухода за изделием могут быть получены бетоны практи­ чески водонепроницаемые (при давлении более 20 ат). Степень водонепроницаемости бетона характеризует наи­ большее давление воды, при котором не наблюдается ее

39