Технологические особенности изготовления мелиоративных труб из полимерцементного бетона

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Железобетонные трубы относятся к элементам массового применения на оросительной сети. Стремление к снижению их материалоёмкости при обеспечении требуемых прочностных показателей привело к созданию железобетонных труб с металлическим сердечником. По сравнению с обычными железобетонными, трёхслойные трубы с металлическим спирально-шовным сердечником значительно экономичнее по расходу бетона, имеют меньший объём и массу, а доставка их и монтаж не столь трудоёмки. При надлежащем качестве таких труб высокие прочностные показатели, стабильная пропускная способность и длительный срок службы должны были обеспечить предпочтительность их применения по сравнению с другими. Однако нарушения технологического характера привели к тому, что их качество и долговечность оказывались недостаточными. Между тем, за рубежом (США, ФРГ, Франция) срок службы таких труб достигает 50-60 лет, а доля в общем количестве применяемых труб ? порядка 25-30 %. Для повышения эксплуатационных качеств и надёжности было предложено в состав бетонных слоёв труб дополнительно ввести водные дисперсии полимеров (ВДП).

Технология применения ВДП (латексов) в производстве железобетонных труб с металлическим сердечником не вносит принципиальных изменений в действующий технологический процесс, а лишь дополняет его. Латекс, рекомендуемый в качестве полимерного компонента мелкозернистого полимерцементного бетона, должен удовлетворять требованиям ТУ-38-103111-82 (ТУ-38-103111-93) «Латекс синтетический СКС-65 ГП марки Б» или ГОСТ 10564-85 «Латекс синтетический СКС-65 ГП». Введение латексов в состав мелкозернистого бетона осуществляется с водой затворения.

В случае использования латекса СКС-65 ГП (нестабилизированного) предварительную его стабилизацию рекомендуется осуществлять поверхностно-активными веществами ОП-7 или ОП-10 в количестве 5-7 % от массы латекса. ОП-7 или ОП-10 рекомендуется предварительно растворять в воде с температурой 40-50єС в соотношении 1:1 по объёму. В качестве стабилизатора для латекса СКС-65 ГП ГОСТ10564-85 может быть рекомендован также и триполифосфат натрия по ГОСТ 13493-86 в сочетании с антивспенивателем БА по ТУ-8-14-5299-89. Триполифосфат натрия рекомендуется в количестве 1-3 % от массы цемента, расход антивспенивателя - 0,1-0,3 % от массы латекса.

Оптимальная дозировка ВДП зависит от особенностей, используемых в производстве труб материалов и должна корректироваться опытным путём и уточняться по мере изменения характеристик цемента и песка.

В наших разработках в качестве вяжущего для приготовления мелкозернистых бетонных смесей использовался портландцемент марки 500 Новороссийского завода «Октябрь». Заполнителем служил отход камнедробления щебня Карабулагского месторождения фракции 0-5 мм с модулем крупности = 3,1. Вода для затворения мелкозернистой бетонной смеси удовлетворяла общим требованиям ГОСТ 23732-93. Расход материалов для контрольных образцов был принят в соответствии с заводским составом для внутреннего центрифугированного мелкозернистого бетона: портландцемент М500 580 кг/м3; песок Карабулагский 1450 кг/м3; вода 300 кг/м3.

Подбор составов полимерцементных смесей осуществлялся на вибрированных образцах, а затем проверялся в производственных условиях на Азовском опытно-экспериментальном заводе напорных труб (ОЭЗНТ). Взвешенные сухие компоненты цемента и песка (отхода камнедробления) тщательно перемешивали, после чего к ним добавляли требуемое количество воды и латекса. Латекс в состав мелкозернистой смеси вводился с водой затворения. Количество латекса в опытах изменялось от 1 до 10 % от массы цемента. Количество воды затворения в каждом случае подбирали экспериментально, из условия получения равноподвижных смесей. Подвижность смеси контролировали по расплыву конуса на стандартном встряхивающем столике после 30 ударов. Диаметр расплыва конуса был в пределах 23-25 см. Из приготовленных мелкозернистых бетонных смесей формовали образцы-балочки размером 40Ч40Ч160 мм. Уплотнение смеси осуществлялось на вибростоле в течение 20-30 с при частоте 3300±200 кол/мин. и амплитуде 0,35±0,05 мм. После формования образцы хранились в течение 4-6 часов в воздушно-сухих условиях, затем пропаривались по заводскому режиму (3+3+6+2). Далее, балочки извлекались из форм и перед испытаниями находились в помещении лаборатории 6 часов. После чего их испытывали на изгиб, используя машину МИИ-100, а половинки балочек - на сжатие. Результаты испытаний представлены в таблицах 1 и 2.

мелкозернистый полимер бетонный труба

Таблица 1 ? Влияние латекса СКС-65 ГП марки Б на прочность мелкозернистого бетона

Таблица 2 ? Влияние латекса СКС-65 ГП на прочность мелкозернистого бетона

Как следует из приведённых в таблице данных, при добавлении в бетонную смесь латекса СКС-65 ГП марки Б в количестве 5-10 % от массы цемента, водопотребление смеси снижается, а латекс ведёт себя как пластификатор.

Наличие полимерной составляющей в составе смеси увеличило деформативность мелкозернистого бетона, повысило на 10-30 % прочность на растяжение при изгибе и незначительно снизило прочность полимерцементного бетона на сжатие. Как видно из приведённых данных, введение в бетонную смесь добавки латекса СКС-65 ГП (нестабилизированного) в количестве 2-3 % от массы цемента увеличивает прочность на растяжение при изгибе на 3-5 %, оставляя прочность полимерцементного бетона на сжатие на прежнем уровне.

Способность бетона впитывать и удерживать воду характеризуется водопоглощением. Насыщение мелкозернистых бетонных слоёв труб водой снижает их прочность, плотность, стойкость к воздействию агрессивных сред и т.д.

Водопоглощение мелкозернистого бетона труб определялось испытанием образцов площадью не менее 50 см2 каждый. Образцы высушивали при температуре 105-110 єС до постоянной массы и помещали в воду с температурой 20±2 єС на 24 часа. Затем их вытирали мягкой тканью для удаления влаги с поверхности и взвешивали. Водопоглощение определяли по результатам испытаний трёх-четырёх образцов по формуле:

где - масса насыщенного водой образца, г;

- масса сухого образца, г.

Результаты испытаний на водопоглощение представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние ВДП на водопоглощение бетонных слоев труб

Как следует из приведённых в таблице данных, водопоглощение мелкозернистых бетонов с добавкой латекса СКС-65 ГП марки Б значительно ниже водопоглощения контрольных (заводских). Преимущество таких бетонов становится ещё более ощутимым при дополнительной их защите гидроизоляционным латексным покрытием (СКС-65 ГП марки Б или СКС-65 ГП).

Латексные покрытия высокоэффективны и как средства повышения сцепления металлического сердечника с бетонными слоями труб. Ниже обосновывается их нанесение на внутреннюю и наружную поверхности металлического сердечника в качестве адгезионных покрытий.

В процессе исследований использовалось несколько марок латекса.

1. Латекс СКС-50 ГПС должен удовлетворять требованиям ГОСТ 14053-88, массовая доля сухого вещества 47-50 %, рН 11,5-12,5, поверхностное натяжение 42-43 мН/м, устойчив при введении суспензии мела.

2. Латекс БС-65 А должен удовлетворять требованиям ТУ-38-103550-84, массовая доля сухого вещества 46,5-49,5 %, рН 8-9, поверхностное натяжение 32-35 мН/м, вязкость 12-13 с.

3. Латекс СКС-65 ГП марки Б, стабилизированный, должен удовлетворять требованиям ТУ-38-103111-93, массовая доля сухого вещества 48-50 %, рН 11-12, поверхностное натяжение 40-43 мН/м, вязкость 12-13 с.

Латекс на поверхность сердечника рекомендуется наносить пневмораспылителем.

Для проведения исследований использовались предварительно нарубленные металлические пластины размером 120Ч120 мм, форма-конус, испытательная машина МИИ-100. Металлические пластины предварительно обезжиривали. После чего на них тонким слоем наносили латекс. Затем на пластине размещали форму-конус и укладывали в неё мелкозернистую смесь требуемого состава. В незатвердевшую смесь, строго по центру конуса, устанавливали анкерный крюк, а форму-конус затем снимали. Через 6 часов бетонные конусообразные образцы с пластинами помещали в пропарочную камеру для тепловлажностной обработки.

После её завершения и положенной выдержки образцы с помощью анкерного крюка и кронштейна устанавливали между маховиком и захватным устройством МИИ-100. Вращением маховика создавали первичное натяжение, и коромысло выводили из положения равновесия так, чтобы в момент отрыва образца от пластины стрелка находилась против нуля шкалы.

Затем включали тумблер и осуществляли плавный отрыв бетонного конусообразного образца от покрытой латексом металлической пластины.

Результаты испытаний представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Влияние латекса на сцепление сердечника с бетонными слоями труб

Как следует из приведённых в таблице данных, нанесение на поверхность металлического сердечника латексных покрытий увеличивает сцепление между слоями труб в 10-16 раз. Наиболее эффективно применение латекса СКС-50 ГПС. При отсутствии его допускается применение и других марок латекса: СКС-65 ГП марки Б или БС-65 А. При низком качестве обезжиривания или отсутствии такового нанесенное на поверхность металлического сердечника латексное покрытие увеличивает сцепление между слоями труб в 10-11 раз.

Надёжность труб зависит от условий их работы. Переувлажнённые и минерализованные грунты разрушают не только наружный бетонный слой трубы, но и металлический сердечник. Основной способ защиты - гидроизоляция путём нанесения на наружный бетонный слой трубы защитного покрытия. В качестве такового предлагается защитное латексное покрытие, результаты исследований которого приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Влияние защитного латексного покрытия на стойкость бетона

Из приведённых в таблице данных следует, что латекс БС-65 А наиболее эффективен при использовании в качестве защитного гидроизоляционного покрытия по наружному бетонному слою трубы. При отсутствии латекса БС-65 А допускается применение латексов СКС-65 ГП марки Б и СКС-50 ГПС.

Обработку наружного слоя трубы следует осуществлять пневмораспылителем сразу же после тепловой обработки, т.е. по «горячему» бетону. Для этого изделие следует подать на пост приёмки и ремонта или на установку нанесения наружного бетонного слоя и с помощью пневмораспылителя обработать поверхность бетона латексом.

Полученные опытные результаты были проверены в условиях действующего производства Азовского ОЭЗНП, где была изготовлена опытно-промышленная партия труб ТНС 10.100. В состав бетонной смеси внутреннего и наружного слоёв труб вводился латекс СКС-65 ГПБ, а на поверхность сердечника наносился латекс СКС-50 ГПС. Наружная бетонная поверхность труб обрабатывалась латексом БС-65 А.

Одновременно с формованием труб изготавливались и образцы мелкозернистого полимерцементного бетона защитных слоёв труб. Образцы внутреннего центрифугированного слоя изготавливались в кольцевых формах-приставках, а наружного - торкретированием жёсткого полимерцементного бетона на формы-пластины, закрепляемые на металлическом сердечнике. Образцы твердели вместе с трубами, после чего были испытаны в заводской лаборатории. Результаты испытаний опытных образцов в сопоставлении с контрольными образцами заводского состава приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Показатели свойств полимерцементного бетона труб ТНС 10.100

Принимая во внимание, что в трубах с металлическим сердечником образование трещин в бетоне наружного слоя не вызывает потерю несущей способности они отнесены к конструкциям III категории трещиностойкости с допустимой шириной раскрытия трещин 0,2 мм. Контроль на раскрытие трещин производился внутренним гидростатическим давлением на стенде. При давлении 2,0 МПа ширина раскрытия трещин не превышала 0,2 мм.

На основании проведённых исследований и испытаний установлено, что опытные составы с добавкой латекса СКС-65 ГПБ для бетонов внутреннего и наружного слоёв труб по сравнению с контрольными прочнее при раскалывании на 17-23 %. Водопоглощение бетонов с латексом более чем в 2 раза ниже, чем контрольных. Опытная партия труб отвечает установленным техническим требованиям.

Размещено на Allbest.ru