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.