Производство железобетонных труб

     Введение

     Железобетонные трубы для водопроводов и канализационных сетей в мировой строительной практике давно составляют достойную конкуренцию трубам из других материалов, особенно из чугуна и стали, Бетонные и железобетонные трубы обладают рядом преимуществ по сравнению с металлическими и в первую очередь меньшей стоимостью и большей долговечностью. Срок службы бетонных и железобетонных труб в качестве безнапорных трубопроводов составляет 80—100 лет, а напорных железобетонных труб — 75— 80 лет, в то время как металлические трубы служат всего 30 лет. Сечение бетонных и железобетонных трубопроводов не изменяется с течением времени, так как не происходит зарастания, их внутренних поверхностей микроорганизмами. Кроме того, изделия из железобетона обладают коррозионной стойкостью. Низкая стоимость обусловлена тем, что для их производства применяют свыше 80% объема местного сырья — песка, щебня, гравия, побочных продуктов промышленности в виде шлака, золы и др, а расход дорогостоящего металла сокращается.

     Требования к материалам

     К основным материалам для производства железобетонных труб предъявляется ряд требований, которые нормируются соответствующими документами:

     Цемент

     Для изготовления труб, предназначенных к эксплуатации в грунтах и грунтовых водах с содержанием сульфат-ионов до 5000 мг/л; используется портландцемент марки не ниже 400 по ГОСТ 10178-85*.

     Для изготовления труб, предназначенных для эксплуатации в грунтах и грунтовых водах с содержанием сульфат-ионов св. 5000 мг/л; используют сульфатостойкий портландцемент марки не ниже 400 по ГОСТ 22266-76* 
 

     Заполнители для бетона по ГОСТ 26633-91

     Содержание  пылевидных и глинистых частиц в  крупных заполнителях для бетона железобетонных и бетонных труб на должно превышать 1% по массе.

     Содержание  зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в крупных заполнителях для бетонов безнапорных и напорных железобетонных труб не должно превышать 25% по массе.

     Для бетона напорных и низконапорных  железобетонных труб следует применять  щебень из природного камня марки  не ниже 1000 и щебень из гравия марки не ниже Др8.

     Содержание  в песке пылевидных и глинистых  частиц не должно превышать, % по массе:

2 - для  бетона напорных труб;

3 –  для бетона безнапорных и низконапорных труб. 

     Песок из отсевов дробления и обогащенный  песок из отсевов дробления, используемые для бетона железобетонных и бетонных труб, должны иметь марку по прочности исходной горной породы или гравия не ниже 600. Использование указанных песков из горных пород афанитовой или стекловидной структуры не допускается.

     Вода по ГОСТ 23732-79

     Содержание в воде органических поверхностно-активных веществ, сахаров или фенолов, каждого, не должно быть более  10 мг/л.

     Вода не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров, масел.

     Содержание в воде не должно превышать:  растворимых солей 2000 мг/л, ионов SO₄^-2 600  мг/л ионов Cl^-1  350 мг/л, взвешенных частиц 200 мг/л 

     Не допускается применять торфяную и болотную воду.

     Окисляемость воды не должна быть более 15 мг/л.

     Водородный показатель воды (pH) не должен быть менее 4 и более 12,5.

     Вода не должна содержать также примесей в количествах, нарушающих сроки схватывания и твердения цементного теста и бетона, снижающих прочность и морозостойкость бетона.

     Металлические изделия

     горячекатаная лента толщиной 4 мм из углеродистой качественной конструкционной стали марки 08кп или 10кп по ГОСТ 1050-74** для изготовления калиброванных соединительных колец (втулка, раструб) и закладных изделий электрохимзащиты;

     арматурная проволока класса Вр-I диаметром 5 мм по ГОСТ 6727-80*, класса Врп-I диаметром 6 мм по ТУ 14-170-119-80 или класса СЭТО по ТУ 14-4-1120-82 для армирования труб;

     проволока цинковая или алюминиевая диаметром 1 - 2,2 для металлизации калиброванных соединительных колец. Сорта проволоки алюминиевой АТ (твердая, нагартованная), АПТ (полутвердая, полунагартованная) и АМ (мягкая, отожженная).

     Проволока изготавливается в мотках массой 500-1500 кг, 20-100 кг. Каждый моток должен состоять из одного отрезка проволоки. Проволока должна быть свернута в мотки не перепутанными рядами. Все материалы после приемки проходят контроль качества

      
Классификация и номенклатура изделий

     Трубчатые железобетонные изделия изготовляют  на специализированных установках с  применением различных способов уплотнения бетонной смеси. По расчетному внутреннему давлению жидкости в трубопроводе железобетонные напорные трубы делят на малонапорные (0,2... 0,4 МПа), напорные (0,4...1,5 МПа) и высоконапорные (1,5 МПа и более). Предварительно-напряженные трубы изготовляют длиной до 7 м, а в некоторых случаях — до 10 м. Толщина стенок труб составляет 1/10...1/12 их внутреннего диаметра. Трубы выпускают в основном раструбными для соединения их резиновыми уплотнительными кольцами круглого сечения. У раструбных труб с одного конца раструб , а с другого — втулочная часть, входящая в раструб соседней трубы при сборке трубопровода. Наружный диаметр втулочной части меньше внутреннего диаметра раструба на величину уплотнительного кольца. Для удобства его надевания поверхность, наружной стороны втулочного конца трубы выполняется конической, а бетонный буртик препятствует выдавливанию резины из раструба. Фальцевые трубы имеют специальную конфигурацию торцов.

     Наиболее распространены три способа производства железобетонных труб: центрифугированием, виброгидропрессованием, радиальным прессованием.

     Производство центрифугированных труб

     Способ  послойного центрифугирования раструбных напорных труб осуществляют по трехстадийной  технологин. На первом этапе изготовляют  железобетонный сердечник с напряженной  арматурой или со стальным тонкостенным цилиндром с уплотнением смеси центрифугированием или вибрированием. На втором этапе после пропаривания и водного дозревания сердечника на него навивают предварительно напряженную арматуру. На третьем этапе спираль покрывают защитным слоем.

     Процесс изготовления труб начинается со сборки форм. Собранная форма поступает на пост натяжения продольной арматуры, после чего ее устанавливают на центрифугу. Формы загружают смесью ленточным питателем. После распределения первого слоя питатель отводят за ее пределы и увеличивают скорость центрифуги, аналогично укладывают и уплотняют следующие слои бетона. При центрифугировании вода частично отжимается и увеличивается плотность бетона.

     Затем форму с сердечником переносят  краном на кантователь и в вертикальном положении устанавливают в пропарочные гнезда.

     По  окончании пропаривания форму с сердечником подают на пост распалубки. Сначала производят плавный отпуск продольной арматуры, затем производят распалубку сердечника. После этого сердечник помещают в ванну с водой для дальнейшего твердения. Температура воды 45^ 50°С. После водного дозревания сердечник подают на арматурно-навивочный станок для навивки спиральной арматуры и далее на установку для нанесения защитного слоя толщиной 20—25 мм из цементно-песчаной смеси. Применяемое для этого устройство работает по принципу виброштампования с одновременным медленным вращением трубы.

     Центрифугированные  трубы изготовляют также без  напряжения арматуры как безнапорными, так и малонапорными; в этом случае их армируют сварными арматурными каркасами.

     Изготовление  труб методом виброгидропрессования

     Напорные  железобетонные трубы высокого давления производят методом виброгидропрессования. При изготовлении этим методом труб диаметром 500—1600 мм используют формы  особой конструкции, позволяющие после  окончания бетонирования трубы с полной установкой арматуры опрессовать стенки изделия и тем самым создать растягивающие напряжения в спиральных витках каркаса. В отличие от трехступенчатой технологии, предусматривающей напряжение спиральной арматуры после твердения бетона, она получает предварительное напряжение до твердения бетона.

     Обжатие бетона по кольцу производят спиральной арматурой диаметром 3—8 мм с шагом 14—20 мм. Форма состоит из наружного  кожуха и сердечника. Кожух в зависимости  от диаметра изготовляемой трубы выполнен из двух или четырех элементов, скрепленных пружинными болтами.

     Форму собирают в два этапа. Вначале  производят сборку наружной формы, ее чистку, смазку и проклейку стыков, а затем установку арматуры (спиральной и продольной), после этого подготавливают сердечник и комплектуют всю форму. Наружную форму собирают с помощью болтов с пружинными компенсаторами, это допускает некоторую раздвижку форм при прессовании. Внутренняя форма представляет собой металлический сердечник с двумя стенками — внутренняя сплошная и верхняя перфорированная. На сердечник надевают резиновый чехол. При гидропрессовании кольцевая полость сердечника заполняется водой под давлением и, проходя через отверстия перфорированной стенки, растягивает резиновый чехол, прессуя бетонную смесь в форме.

     Напорные  трубы производят длиной до 5 м, диаметром 500, 700, 900, 1000, 1200, 1600 мм, толщиной стенок 55—85 мм. Для изготовления труб применяют  бетон марки М 500 с расходом цемента 550 кг/м3, армируют высокопрочной холоднотянутой проволокой; диаметр продольной арматуры 5 мм, спиральной 3—5 мм, подвижность смеси 2—3 см.

     Изготовление  напорных труб начинают с заготовки  арматуры. Изготовляют спиральный арматурный каркас посредством навивки проволоки  на специальном станке без напряжения, шаг спирали 14—19 мм, а также нарезают продольные стержни с высадкой головок. Далее производят сборку наружной формы.

     При сборке наружной формы производят ее очистку, смазку и проклейку продольных швов изоляционной лентой. В подготовленную форму устанавливают спиральный арматурный каркас. На торцах формы укрепляют опорные кольца, через отверстия в которых пропускают стержни продольной арматуры с высаженными головками. Заданное напряжение стержней фиксируется закладной муфтой. Собранную наружную форму с напряженной продольной арматурой и спиральной арматурой без напряжения устанавливают в вертикальное положение на посту парафинирования для заделки отверстий в опорном кольце раструбной части формы.

     Сборку  двух частей формы (наружной и сердечника) осуществляют на посту комплектации в вертикальном положении путем опускания наружной формы на сердечник. На верх формы устанавливают центрирующее кольцо, которое фиксирует положение формы относительно сердечника. Подготовленная форма переносится краном на пост формования.

     После уплотнения бетонной смеси снимают  вибраторы, загрузочный конус и центрирующее кольцо, вместо которого устанавливают уплотняющее кольцо, которое закрывает верхний торец формы. Форму подают на пост гидропрессования и тепловой обработки. Давление в гидросистеме повышают до 2—3 МПа при температуре воду 50—70 °С. Под гидравлическим давлением резиновый чехол на сердечнике расширяется и равномерно прессует бетон, который перемещается при уплотнении, раздвигает наружную форму и растягивает спиральную арматуру. В последнее время начали применять способ спирально-перекрестного армирования, выполняющего функции спиральной и продольной арматуры.

     Тепловую , обработку производят под брезентовым  колпаком двойным обогревом. Пар  через парораспределительное кольцо, устанавливаемое на раструбной части формы, подают внутрь сердечника и под брезентовый колпак. Тепловую обработку производят в течение 5—7 ч. По окончании тепловой обработки снимают брезентовый чехол, удаляют внутреннюю форму, для этого установку подключают к вакуумсистеме и удаляют всю воду, далее удаляют фиксирующие скобы, обрезают кон¬цы стержневой арматуры, передаютнапряжение на бетон и разбирают наружную часть формы. Готовые трубы подают на гидравлическое испытание, затем на склад готовой продукции. 

     Производство  безнапорных труб и колец способом радиального прессования

     Технологический процесс состоит из следующих  операций: сборки форм с поддоном, формования трубы, немедленной распалубки, тепловой обработки, дозревания и складирования.

     Трубы изготовляют в разъемных формах. Форму с поддоном собирают мостовым краном на тележке, расположенной в конце линии возврата. Подготовленную форму переносят к станку и устанавливают над окном поворотного стола. Затем включают приводы роликовой головки и питателя; роликовая головка вращается, в форму подастся бетон, который отбрасывается лопатками роликовой головки и заполняет раструбную часть формы, затем формуют цилиндрическую часть трубы.

     По  окончании форму освобождают  от изделия, снимают с платформы  и переносят на тележку, далее изделие направляют в туннельную камеру, где оно находится около 9 ч. Камера разделена дверями шторного типа на четыре зоны: выдержки, подъема температуры, изотермического выдерживания и охлаждения. Готовое изделие снимают с тележек и направляют на площадку выдерживания, затем на склад готовой продукции, а свободную тележку передают на линию возврата, затем на пост распалубки форм. Гидравлическое испытание труб производят на специальных стендах.

     Железобетонные  кольца обычно изготовляют н одно- или многоместных формах с уплотнением на виброплощадках.

     Испытания готовых труб

     При освоении производства труб, при изменении  технологии или исходных материалов производят испытания труб на трещиностойкость. Трубы испытывают на трещиностойкость внутренним гидравлическим давлением и внешней линейной нагрузкой не ранее чем через 28 сут после их изготовления и при достижении бетоном проектной марки.

     Не  менее трех труб от пяти партий (партия 100 шт.) готовых изделий контролируют на раскрытие трещин в защитных слоях бетона, имеющего проектную прочность.

     Гидростатические  испытания труб производят на станках  с заглушками, аналогичными конструкциям стыковых соединений труб. Величину испытательного давления определяют с помощью манометра, имеющего II класса точности и цену деления не более 0,05 МПа (0,5 кгс/см2).

     Гидростатические  испытания труб проводят по следующему режиму:

     трубу устанавливают на испытательный  станок с заглушками и герметизируют  с торцов, при этом одна из заглушек имеет патрубок, через который  выпускают воздух из трубы при заполнении ее водой, и отвод с манометром на конце

     в стенке трубы ручной дрелью просверливают  отверстия диаметром 3 мм, не задевая  внутреннего слоя бетона, в отверстия  вставляются патрубки

     на  каждый патрубок устанавливают тройник с манометром и, заполнив его водой до отказа, ввинчивают пробку, создавая при этом некоторое давление на манометре;

     трубу заполняют водой, удаляя воздух, и  перекрывают вентиль;

     повышают  этапами давление со скоростью 0,2 МПа  в 1 мин до величины, которую должны выдерживать трубы.

     производят  выдержку трубы под этим давлением  в течение 10 мин.

     Трубы считают выдержавшими испытание  на трещиностойкость, если ко времени  его окончания на манометрах, расположенных  на цилиндре, не произошло изменений  в первоначальных показаниях в сторону увеличения.

     Для проведения испытания труб на трещиностойкость и по раскрытию трещин внешней  линейной нагрузкой на заводе изготавливают  фрагменты труб, путем разреза  цилиндрической части готовой трубы  на отрезки длиной 1 м.

     Фрагмент  трубы устанавливают горизонтально на два деревянных бруса сечением 10 ´ 10 ´ 100 см, уложенных параллельно на жесткое основание. На фрагмент трубы вдоль верхней образующей цилиндрической части устанавливают деревянный брус того же сечения, а на него стальную траверсу.

     Деревянные  брусья того же сечения, расположенные  внутри металлических швеллеров  с роликами, устанавливают с наружной стороны фрагмента трубы на уровне горизонтального диаметра. С целью  равномерной передачи нагрузки на трубу  перед установкой брусьев укладывают выравнивающий слой цементного раствора или полосовой резины толщиной 20 мм.

     Оборудование  стенда силовыми установками и измерительными приборами должно обеспечивать измерения  нагрузки на трубу с точностью  ±3 %.

     Повышение нагрузки на трубу производят этапами, равными 0,1 контрольной нагрузки. На каждом этапе нагрузку равномерно наращивают в течение 3 мин и поддерживают постоянной 10 мин.

     При достижении контрольной нагрузки производят тщательный осмотр фрагмента трубы  и измеряют ширину раскрытия трещины в бетоне с помощью лупы или микроскопа с ценой деления не более 0,1 мм.

     Трубу считают выдержавшей испытания  на трещиностойкость, если при воздействии  на нее контрольных нагрузок не будет  обнаружено трещин шириной более 0,1 мм или расслоение бетона на поверхности конструкции.

     В случае если при испытании фрагмента  трубы была обнаружена трещина шириной  более 0,1 мм или произошло расслоение бетона стенки трубы, то производят повторное  испытание удвоенного количества труб. Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию труб.

     Если  при повторных испытаниях трубы  не будут удовлетворять требованиям  испытаний, то всю партию бракуют.

     Трубы, не выдержавшие испытаний, не признают классными и выбраковывают.

     Складирование и хранение

     Трубы хранят на складе готовой продукции в штабелях, рассортированными по диаметрам, классам прочности и датам изготовления горизонтальными рядами.

     Склад должен быть оборудован седловидными деревянными или металлическими с резиновым покрытием подкладками.

     Между ярусами труб в штабеле должны быть установлены инвентарные деревянные седловидные прокладки. Ширина прокладок и подкладок должна быть не менее 200 мм; высота выступов седловидной части - не менее 60 мм. Разность толщин подкладок и прокладок не должна превышать 5 мм.

     Подкладки и прокладки в штабелях следует  располагать в одной вертикальной плоскости, их толщина при штабелировании должна исключать соприкосновение  труб и обеспечивать возможность  захвата каждой трубы грузозахватным приспособлением.

     Подкладки под трубами и прокладки между ними в штабеле следует располагать на расстоянии 0,2 длины труб от их торцов.

     Размещение  штабелей на складах следует осуществлять следующим образом:

     между штабелями должны быть предусмотрены  продольные и поперечные проходы  шириной не менее 1 м;

     продольные  проходы между штабелями должны быть не реже чем через два штабеля;

     поперечные  проходы устраивают через каждые 15 - 20 м;

     между смежными штабелями во избежание  повреждений труб предусматривают  зазоры не менее 0,2 м;

     ширина  продольных проездов должна быть не менее 3,5 м.

     Трубы длиной 5 м в штабеле своими маркированными концами должны быть направлены к  продольным проходам, трубы длиной 10 м - к поперечным проходам.

     Резиновые уплотнительные кольца хранят в соответствии с требованиями ТУ 38-105-1222-81, при отправке труб потребителю должна исключаться возможность деформации уплотнительных колец.

     Транспортирование труб

     Погрузочно-разгрузочные работы следует выполнять только механизированным способом, в качестве грузозахватных приспособлений и устройств применяют специальные траверсы с торцевыми или клещевыми захватами, или мягкими полотенцами.

     При погрузочно-разгрузочных работах не допускается:

     применение  тросов или цепей с выступами  или узлами;

     переноска труб при закреплении троса в  одной плоскости или путем пропуска его через трубу, а также с помощью крючков, зацепляемых за концы трубы;

     разгрузка труб со свободным падением;

     перемещение труб по земле волоком;

     свободное (без торможения) перекатывание труб по наклонной плоскости.

     Транспортирование труб следует производить железнодорожным, автомобильным и водным транспортом в контейнерах с применением специальной оснастки в соответствии с действующими положениями по перевозке грузов. Транспортные средства, используемые для перевозки труб, должны оборудоваться седловидными подкладками и другими средствами упаковки, исключающими возможность смещения и соприкасания труб. При транспортировке труб железнодорожным транспортом следует использовать железнодорожные платформы и полувагоны, имеющие тележки ЦН ИИ-ХЗ-О.

     При транспортировании труб должны соблюдаться  Правила перевозки для соответствующего вида транспорта и Рекомендации по производству погрузочно-разгрузочных работ, хранению и условиям транспортировки  труб (ПТБ «Водстройиндустрия» УкрНИИГиМа Минводхоза УССР, 1979). 
 
 
 
 
 
 
 

     Разработка технологической схемы

      Сборка форм 

      Натяжение продольной арматуры  

      Заполнение формы бетонной смесью  

      Центрифугирование  

      Кантование формы с изделием  

      Пропаривание сердечников  

      Распалубка сердечников 

      Выдерживание сердечников воде  

      Навивка спиральной арматуры 

      Нанесение защитного слоя 

      Тепловлажностная обработка защитного слоя  

      Нанесение пропитки  

     Склад готовой продукции  
 
 
 

     Тепловлажностная обработка сердечника

      Перевод формы в вертикальное положение 

      2-х часовая выдержка 

      закрытие верхнего торца  формы 

      подача внутрь пара при 80 – 90 °С в течение 6 ч 

     Перевод формы в горизонтальное положение 

     Для производства железобетонных труб диаметром 1200 мм целесообразно использовать метод центрифугирования, т. к. в этом случае длина труб возможна до 10 м, трубы получаются более прочными (их армируют в двух направлениях) и долговечными. Кроме того, используется  относительно простое по конструкции и в эксплуатации оборудование. 

     Технологический процесс изготовления напорных труб начинается операциями очистки и смазки разъемной формы, которую собирают из двух полуформ и соединяют стяжными болтами. В форму вставляют раструбное кольцо для изменения направления продольной арматуры при переходе ее из цилиндрической части трубы в коническую. На концах формы шарнирными замками крепятся торцовые шайбы. Затем собранную форму подают на пост натяжения продольной арматуры, где на ее торцы надевают упорные кольца, через отверстия которых продеваются стержни продольной арматуры с высаженными на кольцах головками. Стержни напрягаются тарированным ключом или легким передвижным домкратом.

     Для формования внутреннего слоя в трубах применяют бетонную смесь состава 1:2:1 (цемент: песок: щебень по массе), характеризующуюся подвижностью по ГОСТ 5802-86 в пределах 7 - 10 см погружения эталонного конуса.

     Нанесение внутреннего слоя бетона состоит  из подготовки сердечника к центрифугированию, установки сердечника на центрифугу, загрузки бетонной смеси в ложковые или ленточные питатели, подачи и выгрузки бетонной смеси в форму, центробежного формования, слива шлама и съема сердечника с центрифуги.

     Загрузку  бетонной смеси в сердечник осуществляют двумя самоходными питателями одновременно с обоих концов при длине труб 10 м и с одного конца при длине труб 5 м.

     В зависимости от давления, на которое  рассчитана труба, центрифугирование  стенки трубы производят в два  или три слоя. В процессе центрифугирования, которое продолжается в среднем 22...25 мин, вода частично отжимается, в  результате чего плотность и прочность бетона повышаются.

     Центрифугирование может быть отстойным и фильтрационным. В первом случае формы имеют сплошные стенки; отжимаемая из смеси вода (шлам) оказывается на внутренней поверхности  заформованной трубы, и после  окончания центрифугирования шлам сливают из формы. Во втором случае стенки форм перфорированы (имеют множество отверстий на поверхности), а внутренние поверхности форм перед укладкой арматуры и бетонной смеси покрывают фильтрующей тканью, которая пропускает воду, но задерживает цементное молоко.

     Процесс центрифугирования включает следующие  операции: разгон формы до загрузочной  скорости, загрузка в форму бетонной смеси, повышение скорости вращения формы до заданной, при которой  происходит уплотнение смеси, снижение скорости до полной остановки формы и слив отжатой воды (шлама) из формы.

     Для создания более прочного и водонепроницаемого бетона стенок труб, а также более  качественной внутренней поверхности  изделий следует после загрузки и распределения производить  уплотнение бетонной смеси вращением центрифуги в режиме плавного разгона в течение 2/3-3/4 расчетного времени центрифугирования, что обеспечит существенное улучшение качества структуры центрифугированного бетона и уменьшение шероховатости внутренней поверхности изделий за счет более тщательного отжатия излишней воды затворения из бетонной смеси и «упаковывания» зерен заполнителя под воздействием не только прессующего давления, но и сдвигающего усилия .