Комплекс конструктивных и технологических средств восстановления и повышения надежности водопроводящей сети оросительных систем (03.02.2012)

Автор: Федоров Виктор Матвеевич

Предлагаемый В15 30 2 6 109 96

В15 40 3 8 137 139

В15 50 4 10 152 145

В15 60 3 12 141 144

В15 70 2 14 112 107

В22,5 30 2 6 103 106

В22,5 40 3 8 142 147

В22,5 50 4 10 158 154

В22,5 60 3 12 153 142

В22,5 70 2 14 114 117

Установлено, что предварительное перемешивание крупного и мелкого заполнителей в течение 3-4 мин с 40-60 % воды затворения и 8-12 % (от общего количества воды затворения) СФС, является оптимальным, обеспечивая повышение прочности бетона после пропаривания на 37-58 % при сжатии и на 39-54 % при изгибе, что существенно превышает соответствующие показатели наиболее близкого (к предлагаемому) способа. Разработанная особая очерёдность загрузки и постадийное перемешивание компонентов испытывались на заводах ЖБИ Ростовской области. СФС применялся в виде раствора рабочей концентрации. Водный раствор СФС готовился в специальном отделении, оснащённом ёмкостями для хранения и для приготовления водного раствора рабочей концентрации, а также оборудованием для приготовления, транспортировки и дозировки СФС. Ёмкость для водного раствора СФС была снабжена устройством для перемешивания и подогрева раствора, а также фильтрующим устройством на выходе.

Испытаниями установлено, что предложенная очерёдность загрузки и постадийное перемешивание компонентов способствуют повышению прочности бетонных и железобетонных элементов после пропаривания, стабилизации их прочности, снижению расхода цемента на 15-20 %, уменьшению длительности пропаривания за счёт ускорения твердения бетона. Промышленное производство сборных элементов на бетонах с предварительной активацией заполнителя осуществлялось на Новочеркасских и Шахтинских заводах ЖБИ, предприятиях «Цемент» и «Стимул», где было изготовлено свыше 60 тыс.м3 сборного железобетона и сэкономлено более 3 тыс.т цемента.

На качество и надёжность сборных элементов водопроводящей сети, существенным образом влияет и принятый способ формования. Из-за наличия большого внутреннего трения между частицами, бетонные смеси на малопрочных, мелких заполнителях плохо уплотняются вибрированием. Для принудительного уплотнения таких смесей предложен послойный способ формования сборных элементов кинематически связанными вальцами с выполненными на их цилиндрической поверхности винтовыми рёбрами (а.с. № 1818240). Обеспечено принудительное перемещение, сближение и плотная упаковка частиц смеси в объёме укатываемого слоя элементов нормативной или повышенной прочности с уменьшенным на 30-50 % расходом цемента.

При отработке технологии использованы мелкозернистые бетонные смеси. Выбор этот обусловлен отсутствием в них «арочного эффекта». Для приготовления мелкозернистой смеси использовался портландцемент марки 500, Волжский песок с Мк = 1,51, отход камнедробления известняка фракции 0-5 мм (высевка) с Мк = 2,98, микронаполнитель зола-унос, ПФС. Расход вяжущего (цемент + зола) соответствовал расходу цемента (430 кг/м3) в составе вибрированного бетона для плит, а относительное содержание песка (24-32 %) в смеси заполнителя ? минимальной пустотности заполнителя. Укатыванием смеси на установке моделировали формование плит, получали образцы-призмы размером 100*100*500 мм, которые затем распиливали на кубы с ребром 100 мм и испытывали.

Обработка данных позволила получить математическую модель прочности (5) и её геометрический образ (рисунок 6):

одним из «равномерно лучших» планов для размерностей К = 2-7. Расход составляющих бетона принят следующим: цемента ? 217 кг/м3, золы ? 213 кг/м3, песка ? 510 кг/м3, высевки – 1300 кг/м3, ПФС – 9 л/м3, воды – 150 кг/м3 (при отсутствии ПФС допускается применение С-3 в виде раствора рабочей концентрации в количестве 6 л/м3). Обработка данных и проверка статистических гипотез адекватности и информационности позволили получить зависимость относительной прочности от технологических факторов в виде:

(число слоёв) является дискретной переменной, стабилизируя его на уровнях ?1; 0, получим локальные двухфакторные модели:

= ?1 (один слой):

= 0 (два слоя):

Геометрические образы моделей (7) и (8) представляют собой проекции изолиний относительной прочности на факторную плоскость (рисунок 7).

Из рисунка 7 следует, что существует область факторного пространства (заштрихованная на рисунке 7,б), где с доверительной вероятностью Р = 0,95 гарантируется получение двухслойных плит из мелкозернистого бетона класса по прочности не ниже В25 (марки 300).

Рисунок 7 – Геометрические образы относительной прочности

однослойных (а) и двухслойных (б) плит

В пределах заштрихованной области факторного пространства плиты из бетона класса В25 (М 300) могут быть отформованы из уложенного в два слоя мелкозернистого бетона как при контактном давлении 0,6 МПа, так и при 0,4 МПа, но число проходов при этом должно быть увеличено с 8 до 10. Изготовленные по предложенной технологии плиты использованы на открытой водоотводящей сети промзоны г. Ростова-на-Дону. Формовали их при уменьшенном в два раза (как и при опытной отработке) расходе цемента, на высевке и песке, не отвечающих требованиям нормативных документов по зерновому составу, содержанию пылевидных и глинистых частиц. Вместе с тем, наблюдение за их работой в течение 5-ти лет показали их высокие эксплуатационные качества и надёжность.

бетонов в сопоставляемых сериях наблюдается в широком диапазоне расходов золы-унос. Учитывая целесообразность максимального использования золы в бетонах, количество её на 1 м3 смеси может быть доведено до 240-280 кг. Дальнейшее увеличение золы привело бы к снижению трещиностойкости и долговечности сборных элементов. Внедрение осуществлялось на Шахтинском заводе ЖБИ при промышленном производстве плит ПК и НПК. В отличие от лотков и плит, использование золы в составе центрифугированного бетона железобетонных труб, не привело к повышению их эксплуатационных качеств. Под действием центробежных сил мельчайшие частицы золы удалялись из бетонной смеси вместе с избыточной водой затворения. В связи с чем, в состав бетонной смеси вводилась керамзитовая пыль. Установлено, что при введении её за счёт части песка, прочность центрифугированного бетона на растяжение при раскалывании повышается на 25-40 %. Оптимальная дозировка керамзитовой пыли 20-30 % от массы цемента. В условиях действующего производства на Азовском заводе были изготовлены опытные трубы по существующей технологии с частичной заменой песка керамзитовой пылью в количестве 23 %. Испытания показали, что опытный состав с керамзитовой пылью для бетона защитных слоёв труб по сравнению с контрольным прочнее при раскалывании на 17-20 %. Водопоглощение бетона с керамзитовой пылью на 0,5-0,7 % ниже, чем контрольного. При испытаниях труб на гидравлическом стенде установлено соответствие их техническим требованиям.

К числу важных относится и проблема временного поддержания в работоспособном состоянии сети с плановой заменой через 3-5 лет, но содержащей непригодные для эксплуатации сборные элементы. Экономически целесообразно использовать для их замены лотки, трубы или плиты с соответственным (3-5 лет), а не нормативным (25-30 лет) сроком службы. Рационально, в таких случаях, снижение физико-механических свойств бетона элементов, рассчитанных на сокращённый период эксплуатации, или применение заполнителей, не отвечающих нормативным требованиям. Для лотков и труб с классом бетона по прочности на сжатие не В30, а В22,5 получена адекватная на 5 %-ом уровне значимости математическая модель вида:

Учитывая 30 %-ую долю мелкого заполнителя в общем его количестве и оптимальную дозировку ПФС (1,8-2,2 %), для лотков и труб с сокращённым периодом эксплуатации были получены составы бетонов с уменьшенным на 12 % расходом цемента.

Применение заполнителей невысокого качества – мелких песков, отходов камнедробления песчаника, известняка, ухудшит свойства бетона и эксплуатационные качества сборных элементов. Для компенсации их отрицательного влияния использовали ПФС. В качестве исходных для производства лотков и труб с ограниченным сроком службы были приняты производственные составы бетонов Зареченского завода ЖБИ. Вяжущим для приготовления смесей служил портландцемент марки 500, крупным заполнителем – щебень фракции 5-20 мм с содержанием пылевидных и глинистых частиц в количестве 6,7 %, мелким заполнителем – отход камнедробления песчаника (высевка) фракции 0-5 мм с Мкр = 2,48, с содержанием пылевидных и глинистых частиц 18,4 % ? а.с. № 1698216. Для сравнения готовили бетонные смеси на заводских материалах и формовали образцы – кубы с ребром 100 мм. Из полученных по результатам испытаний данных следовало, что введение в смесь ПФС в количестве 2-4 % от массы цемента обеспечило повышение прочности бетона на 25-40 %. Связано это с созданием новых центров кристаллизации в контактной зоне цемента, дополнительно повышающих прочность цементного камня и бетона.

Производство сборных элементов с ограниченным сроком службы отрабатывалось в заводских условиях. ПФС применялся в виде раствора повышенной концентрации (3 % от массы цемента). При отсутствии ПФС допускается применение С-3 в виде раствора рабочей концентрации в количестве 2 % от массы цемента.

Учитывая качество заполнителей в режим ТВО, были внесены изменения. Предварительная выдержка изделий ? 7 часов, что обеспечило (рисунок 9) минимальные деформации бетона и создание первичной структуры.

Подъём температуры в пропарочных камерах осуществляли плавно в течение 4-х часов до 80 ?С. Продолжительность изотермической выдержки ? 10 часов. Для предупреждения деструктивных процессов в бетоне снижение температуры в пропарочных камерах производили плавно ? скорость остывания изделий не более 25 ?С/час. Испытания бетонов и конструкций, проведённые по стандартным методикам показали соответствие их требованиям нормативных документов. В 1990-1991 гг. на Зареченском заводе ЖБИ было изготовлено свыше 5 тыс.м3 сборного железобетона на некондиционных заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц. Качество лотков и плит соответствовало в основном установленным требованиям. Учитывая, что используемые заполнители на 30-40 % дешевле заводских, элементы и конструкции на их основе рекомендованы для ремонта и восстановления устаревших трактов водопроводящей сети.

Четвёртая глава посвящена вопросам ремонта и восстановления водопроводящей сети, с применением разработанных (рациональных) элементов, конструкций, технологий. Лотковый распределитель 2-У-1 (Азовская ОС) был сдан в эксплуатацию более 30 лет тому назад. За этот период три десятка лотков пришли в неудовлетворительное состояние и требовали замены. На одном из участков канала осадка достигла 20 см, что привело к нарушению стыков, появлению трещин и сколов в замковой части и зоне опирания. В трёх лотках (в замковой части) снаружи у опор были обнаружены наплывы белого цвета, являющиеся следствием выщелачивания вяжущего фильтрующейся сквозь бетон водой. Два лотка имели видимые трещины у опор. Осмотр трёх разрушенных лотков показал полную потерю сцепления арматуры с бетоном. Часть лотков имела ярко выраженную продольную трещину в замковой части и разрушенный бетон на участках опирания. Десять из тридцати доставленных к распределителю лотков были рассчитаны на ограниченный срок службы, использовались отдельно от остальных и пошли на замену непригодных (для дальнейшей эксплуатации) лотков, преимущественно в концевой части распределителя. Для выполнения ремонтных работ были организованы звенья из двух монтажников и машиниста автокрана. Демонтаж и монтаж лотков, опор и фундаментов производился автокраном. Разработка грунта в котлованах при откапывании фундамента, подготовка основания и обратная засыпка котлована – экскаватором «Беларусь» и вручную. Привезённые на место ремонта лотки из бетонов на местных заполнителях с добавлением ПФС разгружались автокраном и укладывались в непосредственной близости от него. Переворачивание их на месте монтажа и последующая посадка на опоры производилась с помощью специальной траверсы.

Свои особенности присущи и ремонтным работам на закрытой сети. Разрушение трубопроводов происходит как от коррозии, так и от различных силовых воздействий. Так, участок сети в хозяйстве Мартыновский, выполненный из труб РТНС и проложенный в минерализованных грунтах, был подвержен химическому и электрохимическому воздействию грунтовой среды, что вызвало коррозию защитного бетонного покрытия и сердечника значительной части труб. Было принято решение демонтировать участок сети, заменив его трубопроводом из железобетонных труб РТН из бетонов на недорогих местных заполнителях. Экскаватором участок трубопровода был откопан, разрезан на части и поднят на бровку траншеи. Профиль траншеи дорабатывали вручную, выравнивание основания производили песчаной подушкой. Доставленные для замены трубы раскладывались вдоль бровки, кран устанавливали за трубами. После укладки труб в траншею и заделки стыковых соединений осуществляли предварительную засыпку трубопровода грунтом с подбивкой пазух и равномерным его уплотнением с обеих сторон труб. Стыки трубопровода засыпали после испытаний его на прочность и герметичность.

канала, которое затем, облицовывают плитами.

Подобным образом рекомендовано поступать и при прохождении канала в насыпи. Используя экран и гибкую опалубку (а.с. № 979570) (рисунок 11) создают экранированное криволинейное русло, которое при необходимости облицовывают лотками.

Испытаниями подтверждена и целесообразность применения таких опалубок при устройстве облицовок каналов (рисунок 12) из укреплённого грунта (а.с. № 1254094, 1242564). Принудительное уплотнение укатыванием показано при послойном формовании плит креплений. Поскольку, часть массы реальных заполнителей составляла вода, потребовалась корректировка состава смеси с учётом влаги в заполнителях:

Ц = 230 кг/м3, З = 200 кг/м3,

П = 555 кг/м3, Выс = 1290 кг/м3,

ПФС = 9 л/м3, В = 120 л/м3.

? безразмерный коэффициент,


загрузка...