книги / Материалы для сооружения газонефтепроводов и хранилищ

После загрузки частота вращения формы составляет примерно 1/3 от максимальной. При этом в течение нескольких минут бетонная смесь распределяется по внутренней поверхности формы слоем равно­

слоя стенки железобетонного сердечника трубы. Время центрифугиро­ вания зависит от диаметра трубы. По окончании уплотнения первого слоя бетона в форму подают смесь для формования второго, потом третьего слоев стенки сердечника трубы (первая ступень). Сформован­ ный железобетонный сердечник поступает вместе с формой на пропа­ ривание.

Форму устанавливают вертикально раструбом вниз. Втулочный то­ рец формы прикрывают крышкой и выдерживают около 2 ч. Затем че­ рез колпак с перфорированной решеткой подают внутрь сердечника пар и пропаривают его в течение 4 ч. Далее железобетонный сердечник осво­ бождают от формы и укладывают в водяную ванну для окончательного твердения в воде комнатной температуры в течение 3 сут, а потом в го­ рячей воде в течение 1 сут. Затем его подают на промежуточный склад, откуда он поступает на арматурно-навивочный станок для намотки спи­ ральной проволочной арматуры (вторая ступень). В проволоке создают напряженное состояние натяжением ее грузовым устройством стан­ ка или электротермическим воздействием,, возникающим при остыва­ нии проволоки, в результате ее нагрева электрическим током до тем­ пературы 350°С.

После навивки спиральной арматуры железобетонный сердечник устанавливают на станок для нанесения (в процессе вращения сердеч­ ника) защитного слоя стенки трубы из цементного раствора (третья ступень). Цементный раствор, например, подают на станок из бункера в зазор между поверхностью сердечника и профилирующим ножом, при­ катывая слой цемента уплотняющим роликом. Профилирующий нож устанавливают с учетом получения слоя нужной толщины. Для уплот­ нения цементного раствора служит вибратор. Время нанесения защит­ ного слоя 12-15 мин. Защитный слой часто наносят на железобетон­ ный сердечник методом торкретирования (набрызга), особенно для труб большого диаметра.

Готовые трубы передают в камеру твердения, затем подвергают гидравлическому испытанию.

Более высокого качества получают железобетонные трубы при осуществлении бетонирования сердечника железобетонной трубы мето­ дом центрифугирования с прессованием.

Предварительно напряженные трубы без стального цилиндра с об­ жатым защитным слоем изготовляют по трехступенчатой технологии.

Сначала делают железобетонный сердечник методом центрифуги­ рования из бетона и арматурного каркаса с продольной и спиральной

3 9 ?

проволочной арматурой. Применяют спиральную арматурную прово­

жень-катушку укладывают в нижнюю полуформу, закрывают ее и скреп­ ляют с верхней полуформой. Из собранной формы извлекают стерженькатушку так, что продольная арматура остается внутри формы в напря­ женном состоянии и форму подают в центрифугу на бетонирование сер­ дечника трубы (первая ступень).

Сразу после формования сердечник с формой устанавливают на ста­ нок для вырезания раструба. Далее сердечник подают на пропаривание (5 —6 ч), затем на распалубку и снова пропаривают его. После этого на него навивают спиральную арматуру (вторая ступень). Затем в сер­ дечник устанавливают стальной напорный цилиндр с заглушками для торцов и в зазор между внутренней поверхностью сердечника и напор­ ным цилиндром нагнетают воду под давлением, равным 3/4 от рабо­ чего. При этом стенки сердечника растягивают. В таком деформирован­ ном состоянии под давлением воды на поверхность сердечника ме­ тодом торкретирования наносят защитный слой цементно-песочного раствора (третья ступень) и трубу снова пропаривают для твердения, не снимая давления воды. По окончании пропаривания давление умень­ шают и стенки трубы обжимаются, получая предварительное напря­

жение. Стержни продольной арматуры обрезают и трубу подают на стенд для гидравлических испытаний. Этот способ не получил широкого при­ менения, так как стойкость труб против трещин заметно не повышается, как показали исследования Научно-исследовательского института бетона и железобетона (НИИЖБ).

Виброгидропрессованные трубы

Формование труб посредством виброгидропрессования состоит из сле­ дующих операций: загрузка и уплотнение с помощью пневмовибраторов бетонной смеси в форме, обжатие смеси, во время которого происходит предварительная ее опрессовка, собственно прессование, выдержка под давлением и его снятие.

У виброгидропрессованных труб применяют предварительно нап-_ ряженную продольную арматуру и арматурный каркас. Спиральный арматурный каркас изготовляют на навивочных станках. Для скрепле­ ния витков спирального каркаса применяют разделительные полосы с выштампованными язычками. Стержни продольной арматуры наре­ зают необходимой длины на механизированной установке, а затем на концах стержней проводят холодную высадку анкерных головок.

Для сокращения трудоемкости арматурных работ, особенно по ус­

223

тановке и напряжению продольной арматуры, рекомендуется приме­ нять спирально-перекрестный арматурный каркас вместо продольной арматуры в сочетании со спиральным арматурным каркасом. Спирально­ перекрестный арматурный каркас состоит из ряда спиралей, навивае­ мых непрерывно в обоих направлениях с большим шагом.

Технологический процесс изготовления виброгидропрессованных труб включает следующие операции: подготовка стержней продольной арматуры и спирального арматурного каркаса, подготовка формы к бетонированию, приготовление бетонной смеси, укладка бетонной смеси с помощью вибраторов, уплотнение бетонной стенки трубы гидропрессованйем и тепловая обработка, испытание труб внутренним гидрав­ лическим давлением, отделка и вывозка труб на склад готовой про­ дукции.

Форма для производства железобетонных труб состоит из наружной обечайки и внутреннего сердечника. Наружные обечайки диаметром 500—800 мм изготовляют из двух секций, а обечайки диаметром 1000— 1600 мм — из четырех секций. Внутренний сердечник состоит из метал­ лического цилиндра, на который надеты резиновый чехол и раструбообразователь. В комплект формы входят также: нижнее и верхнее ан­ керные кольца для монтажа стержней продольной предварительно нап­ ряженной арматуры; калибрующее кольцо для образования втулочной части трубы, уплотняющее кольцо (или крестовина) для обеспечения герметичности формы во время гидропрессования бетона трубы; ко­ нус для равномерного распределения бетонной смеси по периметру формы; пружинные болты для соединения секций наружной обечай­ ки; центрирующее кольцо для обеспечения соосности сердечника (или в ряде случаев центрирующие бобышки). Растру бообразователь (резино­ металлические опоры) изготовляют в виде резинового кольца, верх­ няя часть которого армирована в процессе его вулканизации концентрично расположенными внутренними кольцевыми слоями резинокорд­ ной ленты и пружины, а нижняя часть - в процессе вулканизации пру­ жинным кольцом с кордовой постелью и металлическим фланцем с резьбовыми гнездами для жесткого соединения с основанием формы. Существуют и другие более совершенные конструкции раструбообразователей.

В настоящее время форму изготовляют без раструбообразователя. Такая форма (рис. 89) с продольной 5 и спиральной 7 арматурой состоит из металлического сердечника 4 , на который надет эластичный чехол 3, закрепленный с торцов фланцами 12 и 1. Для образования заходной фаски в раструбной части железобетонной трубы в фигурный паз флан­ ца 1 закладывают эластичное кольцо 2, защищающее чехол от износа. Чтобы предотвратить попадание мельчайших частиц бетонной смеси меж­ ду эластичным кольцом 2 и чехлом 3, стык заклеивают клейкой лентой, которая одновременно защищает эластичное кольцо 2 от износа. Фла-

2 2 4

чехол и под него и во внутреннюю полость сердечника подают пар (двух­ сторонняя тепловая обработка в течение 5—16 ч) или только во внут­ реннюю полость сердечника (односторонняя тепловая обработка в тече­ ние 7 -2 0 ч). Длительность обработки зависит от размера труб. Для двухсторонней тепловой обработки применяют различные устройства, например складывающийся пропарочный чехол. Известны и другие способы тепловой обработки железобетонных труб (например, с по­ мощью трубчатых электронагревателей (ТЭН), индукционным наг­ ревом, в электромагнитном поле тока промышленной частоты и др.) с целью получения более равномерного распределения температуры по толщине и высоте трубы. Двухсторонняя тепловая обработка труб поз­ воляет получать более качественные трубы.

Для уменьшения уровня шума, сокращения времени формования труб (в 2 —3 раза), трудоемкости на 5—8 % рекомендуется устанавли225

15 6682

вать форму на специальную виброплощадку с применением бетоно­ смесителей принудительного действия.

Одно из направлений совершенствования конструкции и технологии виброгидропрессованных труб — применение (вместо традиционного защитного цементного слоя) спиральной арматуры с антикоррозион­ ным покрытием, навиваемой на поверхность трубы. В качестве анти­ коррозионного покрытия спиральной арматуры наиболее пригодны по­ лиэтилен и поливинилбутираль, наносимые вихревым или электроста­ тическим способом.

Самонапряженные трубы

Такие трубы изготовляют с предварительно напряженной арматурой по одноступенчатой технологии.

Советским ученым В.В. Михайловым предложен цемент, названный напрягающим. Бетон, изготовленный на таком цементе, при твердении расширяется и натягивает (самонапрягает) установленную в нем ар­ матуру. Напрягающий цемент получают путем механического переме­ шивания готового портландцемента (60 —65 %), глиноземистого цвета (15—20 %), гипса (12—13 %) и извести (3—4 %). Формование труб проводят обычно методом центрифугирования по рассмотренной выше схеме.

Сформованные трубы требуют прогрева, для чего их подвергают гидротермообработке. Трубы прогревают после их твердения в нормаль­ ных условиях через 16—18 ч после затворения цемента водой. Гидро­ термообработку труб проводят в течение 2 —6 ч при выдержке в воде с температурой до 80—100°С. Цемент, расширяясь в процессе прогрева, напрягает арматуру трубы. Затем трубы выдерживают в холодной во­ де в течение 3—7 сут. При этом происходит дальнейшее расширение бе­ тона и предварительное напряжение арматуры.

Самонапряженные железобетонные трубы предназначены на давле­ ние до 1 МПа, но они могут иметь полную водонепроницаемость и при давлении более 2 МПа в зависимости от состава бетона.

Стеклопластикобетонные трубы

Разновидности неметаллической арматуры, которую можно использо­ вать для изготовления бетонных труб, - стеклянные нити, жгуты и лен­ ты, пропитанные синтетическими смолами (связующим). Отсутствие в этих трубах спиральной стальной арматуры позволяет их рекомен­ довать для сооружения трубопроводов в коррозионно-активных грунтах или в грунтах с наличием блуждающих токов, когда стальная арматура железобетонных труб выходит из строя вследствие сильной ее кор­ розии.

226

Бетонные трубы со стеклопластиковой арматурой имеют практи­ чески такую же высокую прочность, как и обычные трубы, но мень­ шую массу, большую гибкость, повышенную стойкость в грунтах с суль­ фатной агрессией к воздействию бактерий и блуждающих токов, а так­ же другие особенности.

Такие трубы изготовляют по двухступенчатой технологии: на первом этапе получают бетонный сердечник трубы с продольной предваритель­ но напряженной стальной арматурой из проволоки периодического про­ филя или арматурной пряди; на втором проводят армирование (на­ мотку) стеклопластиковой арматурой с одновременной ее пропиткой и нанесением защитного слоя из синтетических смол.

Сердечник из бетона марки не ниже В 50 изготовляют обычно с при­ менением центрифугирования, а также вибрационного и других спосо­ бов бетонирования. Стеклопластиковая спиральная арматура пред­ ставляет собой ленту плоскую или периодического профиля, состоя­ щую из крученых или некрученых стеклянных нитей, склеенных поли­ мерным связующим. Стеклонити, в свою очередь, состоят из 16, 32, 64 и более стеклянных элементарных волокон прочностью на разрыв 1200—1300 МПа, соответствующей примерно прочности стальной прово­ локи (1800—2000 МПа), и плотностью, в 3,5 раза меньшей плотности проволоки. Известны стеклопластиковые ленты шириной 15-20 мм, толщиной 0,22—0,24 мм из однонаправленных волокон; ленты шириной 16—20 мм, толщиной 0,31—0,35 мм из крученых нитей прочностью на разрыв не менее 1000 МПа и др.

В качестве защитного слоя спиральной стеклопластиковой арматуры используют эпоксидные смолы или их модификации (ЭДФ, БФ-4 и др.), разводимые растворителями.

Стеклопластикобетонные раструбные трубы можно изготовлять диаметром 300—2000 мм, длиной 5—7 м на давления до 1 МПа и выше.

Стеклопластиковую арматуру навивают на специальном станке с приводом вращения сердечника трубы и кареткой, имеющей возвратно­ поступательное движение по рельсовому пути при спиральной намотке стеклоленты на бетонный сердечник трубы и натяжную установку для предварительно напряженного армирования.

Изготовленные трубы направляют на участок отверждения поли­ мерного защитного слоя (в течение 5 - 7 сут), а затем на гидравлическое испытание.

Полимержелезобетонные трубы

Один из видов этих труб —железобетонные трубы, футерованные изнут­ ри тонкостенным цилиндром —чехлом из термопластичных полимеров — полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, получаемым на маши­ нах методом шнековой экструзии.

2 2 7

Полимержелезобетонные трубы (рис. 90) сочетают в себе работу трех материалов: бетон воспринимает напряжения сжатия, арматура — растягивающие напряжения, а полимер придает трубе водонепрони­ цаемость, химическую стойкость, износостойкость и другие свойства. Изготовляют их в горизонтальных или вертикальных формах, состоя­ щих из раздвижных сердечников и наружной опалубки. Полимерный чехол надевают на сердечник, устанавливают арматурный каркас, все это помещают в форму (опалубку) и проводят бетонирование с приме­ нением вибраторов для уплотнения бетона.

Покрытия железобетонных труб

Для герметизации и уплотнения стенок железобетонных труб приме­ няют полимерные материалы. Известны следующие способы их нанесе­ ния: добавка полимеров в бетонную массу; нанесение пленок и пок­ рытий на стенки труб толщиной не менее 0,5 мм. В НИИЖБ разработан способ уменьшения газопроницаемости труб за счет введения в бетон­ ную массу добавок в виде таких порошкообразных веществ, как пек (с добавками хлористого кальция и хлорного железа), поливинилбутираль, полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилен и другие, или водные эмульсии (например, ацетатная). Добавки сначала смешивают с цементом, а затем с заполнителем и, наконец, с водой. Количество добавок составляет 10 % от массы цемента. Метод пропитки труб поли­ мерными веществами основан на использовании эффекта самовакуумирования и искусственного вакуумирования бетона при охлаждении.

Советскими учеными доказано, что при охлаждении горячего бе­ тонного изделия в ванне с полимерным веществом в течение 7 ч при температуре от 80 до 20 °С развивается вакуум в пределах 0,0066- 0,0133 МПа, благодаря чему облегчается пропитка изделия. После про­ питки, например, лаком этиноль газопроницаемость бетона уменьшаете ся в 2,1 раза при давлении 1,5 МПа.

228

В качестве пленочных покрытий применяют термопластичные и тер­ мореактивные полимерные вещества. Например, на поверхности труб укрепляют листовые термопластичные полимерные материалы - поли­ этилен, поливинилхлорид, полиизобутилен и др. Наиболее широко для защиты используют различные термореактивные смолы. Наносят

высоким давлением 4 - 6 МПа (вихревым, газопламенным). Известны покрытия на основе термореактивных эпоксидных, полиэфирных и фе­ нольных смол. Исследованы покрытия труб на основе полиэфирной и эпоксидной смол, модифицированных тиоколом, полиамидной смо­ лой и битуминозными веществами. Наилучшие результаты получены с покрытиями из эпоксидно-дегтевых композиций. В качестве напол­ нителя применяют фарфор, смесь фарфора с трепелом, диабаз, ко­ рунд и др.

Более дешевое покрытие — покрытие на основе полиэфирных, фе­ нольных и фенолфурфуролформальдегидных смол.

Технические требования к трубам

Железобетонные трубы поставляют в соответствии со стандартами, инструкциями, техническими условиями. В них устанавливают требо­ вания к форме и размерам труб, гладкости внутренней поверхности, водонепроницаемости стенок, трещиностойкости и прочности труб, к основным исходным и вспомогательным материалам, которые необ­ ходимы для изготовления труб.

допускаемых отклонений должна быть не менее 15 мм.

Каждую трубу подвергают визуальному контролю и определению нормируемых геометрических размеров и состояния защитного слоя, испытывают на водонепроницаемость и трещиностойкость.

На поверхности труб не допускаются раковины, наплывы и отко­

трубы спиральной и продольной арматуры, а также разделительной полосы. Не допускается затирка цементным раствором пор, раковин, продольных рисок и выступов в местах расположения уплотнитель­ ных резиновых колец. На внутренней поверхности труб могут быть наплывы и отколы глубиной (высотой) не более 5 мм и длиной не более 30 мм.

Испытание на водонепроницаемость проводят с помощью внутрен­

229

него гидравлического давления до 1,8 МПа для труб класса I, до 1,2 МПа для класса II и до 0,6 МПа для класса III. Трубы класса I, аттестуемые по высшей категории качества, испытывают на водонепроницаемость гидравлическим давлением не менее 2,1 МПа. Считают, что труба вы­ держала испытание, если на ее поверхности не наблюдается фильтрация воды в виде влажных пятен, капель или течи.

Испытания на трещиностойкость проводят одновременно с испы­ танием на водонепроницаемость с помощью ультразвукового прибора с цифровой индикацией результатов измерения. При этом на наруж­ ную поверхность трубы устанавливают комплект датчиков и создают внутреннее гидравлическое давление, равное 40 -50 % от давления, вызывающего трещинообразование. Показания датчиков регистри­ руют автоматически. Погрешность оценки трещинообразования труб составляет 7 -8 %.

23. АСБО ЦЕМ ЕНТНЫ Е ТРУБЫ

Асбоцементные трубы по сравнению со стальными обладают некоторы­ ми преимуществами: они не подвержены почвенной-коррозии (т.е. не требуют защитных покрытий) и не разрушаются под воздействием блуж­ дающих токов. Малая водопоглощаемость обеспечивает прочность ас­ боцементных труб при низких температурах. Стоимость их почти в 2 раза ниже стоимости стальных труб. К недостаткам труб относятся их газопроницаемость, а также хрупкость и небольшая сопротивляемость ударам. Газопроницаемость может быть намного уменьшена за счет со­ вершенствования технологии изготовления асбоцементных труб, а так­ же вследствие применения специальных способов закупорки микропор их стенок.

Асбоцементные трубы диаметром до 1500 мм на давление до 1,5 МПа широко применяют на строительстве водопроводов и канализационных сетей. При определенных условиях изготовления эти трубы могут быть использованы для сооружения газопроводов на давление 0,5 МПа и более.

На основании исследований и опыта эксплуатации асбоцементные трубы рекомендуется использовать для строительства трубопроводов на газовых промыслах, для отводов магистральных газопроводов к про­ мышленным предприятиям и населенным пунктам, а также для город­ ских газовых сетей.

Материал для труб

Асбоцемент — искусственный каменный материал из затвердевшей смеси асбеста и цемента. При изготовлении труб для газопроводов применяют портландцемент. Асбест обладает свойством адсорбиро­

2 3 0