Напорные гидропрессованные трубы

Исследовательские работы, оценивающие возможность и целесообразность изготовления из песчаного бетона напорных гидропрессованных труб, проведены на Московском заводе железобетонных труб (МЗЖБТ).
При изготовлении опытных образцов применялись те же материалы, что и для серийных труб из тяжелого бетона: цемент Белгородского завода Rц500 и мытый песок Вяземского карьероуправления с Mк = 3,15.
Удобоукладываемость цементно-песчаной смеси также была принята равной существующей для крупнозернистой смеси и составляла 30 сек но ГОСТ 10181-76.
Образцы для испытаний бетона изготавливались на виброплощадке с пригрузом и подвергались обжатию в форме давлением 35 кг/см2. В процессе твердения образцы находились в обжатом состоянии в пружинной установке, размещенной в камере нормального хранения. Результаты испытаний образцов 7-суточного возраста приведены на рис. 6.24.

Параллельно с изготовлением образцов, твердевших под давлением, изготавливались и испытывались образцы того же состава, твердевшие в формах без нагрузки.
Соотношение прочности образцов на сжатие при одинаковых расходах цемента и близкой удобоукладываемости 1,4/1,45.
При тщательно подобранных составах песчаного бетона увеличение расхода цемента по сравнению с равнопрочными тяжелыми бетонами на щебне d = 5—10 мм не превышает 30 кг/м3. В то же время снижается вероятность появления микродефектов, обусловленных усадкой и седиментационными явлениями при твердении цементного камня, повышается предел прочности на растяжение.
Изготовление гидропрессованных труб из песчаного бетона потребовало специального изучения вопросов потерь предварительного напряжения арматурой от ползучести и усадки бетона, а также прорезаемости бетона спиральной арматурой при опрессовке.
Оценка производилась по результатам параллельных испытаний труб, выполненных из песчаного и тяжелого бетонов по режимам, принятым в заводской практике. Составы бетона — в табл. 6.27.

Трубы диаметром 700 мм армировались спиральным каркасом из проволоки d = 4 мм с шагом а = 15 мм, трубы диаметром 900 мм — спиральным каркасом из проволоки d = 5, а = 18.
Ползучесть песчаного бетона указанного состава примерно на 10 % выше, чем у тяжелого бетона. Для того чтобы обеспечить проектную трещиностойкость труб при увеличении деформаций бетона от ползучести необходимо увеличить или расход арматуры примерно на 5%, или величину предварительного напряжения, что обеспечивается повышением опрессовочного давления с 32 до 35 кг/см2.
Трубы подвергались тепловлажностной обработке по заводскому режиму: при d = 700 мм — 9 ч при одностороннем и 7 ч при двустороннем прогреве, при d = 900 мм — 8 и 6 ч соответственно.
Результаты изготовления опытной партии труб из песчаного бетона подтвердили, что технологический процесс практически не отличается от существующего, отдельные технологические переделы (укладка смеси в форму и расточка раструба на шлифовальной машине) выполнялись быстрее и с меньшими трудозатратами.
При изготовлении опытных образцов трубы после завершения термообработки выдерживались в цехе в течение 2 суток, а затем испытывались на водонепроницаемость и трещиностойкость. После испытаний трубы 150 суток находились на территории цеха (влажность — 80-88%), затем повторно испытывались на прочность внутренним гидравлическим давлением (табл. 6.28). Режим повторных испытаний: подъем давления до появления первых трещин (P1), снятие давления и выдержка труб на испытательном стенде до высыхания наружной поверхности в местах течи, подъем давления до появления протечек (Р2). Разность усилий, величина раскрытия трещин в первом и втором испытаниях P3 = P1-P2, позволяют определить величину предварительного напряжения в спиральной арматуре и прочность бетона на растяжение. Прочность бетона на сжатие на момент испытания определялась молотком Кашкарова непосредственно в трубах.

По данным табл. 6.28 трещиностойкость труб, изготовленных из песчаного бетона, в возрасте 2 суток на 5-7% превышает требования норм. Даже через 150 суток, что в 1,5 раза превышает нормируемый возраст испытаний конструкций с учетом влияния ползучести и усадки бетона на несущую способность, трещиностойкость труб удовлетворяла требованиям норм.
Через 150 суток трещиностойкость труб снизилась всего на 1,3 кг/см2. Повышение опрессовочного давления с 32 до 35 кг/см2 должно было увеличить напряжение в арматуре на 10%, однако в проведенных опытах трещиностойкость увеличилась только на 1 кг/см2 или на 4 %.
По данным завода, трещиностойкость труб из тяжелого бетона в 28-дневном возрасте составляет в среднем 28 кг/см2.
Разница между величиной опрессовочного давления и трещиностойкостью труб из песчаного бетона диаметром 700 мм составила 2,3 кг/см2, для труб диаметром 900 мм — 3,5 кг/см2. Таким образом, увеличение шага спиральной арматуры с 15 до 18 мм приводит к увеличению прорезаемости смеси и, соответственно, снижению величины предварительного напряжения в спиральной арматуре. Еще один существенный результат эксперимента: при снижении величины жесткости цементно-песчаной смеси с 30-40 до 15-20 сек раздвижка сегментных частей формы увеличилась на 10 мм, т.е. прорезание увеличилось даже по сравнению с трубами из тяжелого бетона.
Таким образом, для обеспечения проектной величины раздвижки сегментных частей формы необходимо применять цементно-песчаные смеси жесткостью 30-40 сек, что по удобоукладываемости соответствует смесям из тяжелого бетона жесткостью 20-25 сек, применяемым на производстве.
По результатам испытаний опытной партии труб установлено, что прочность песчаного бетона к моменту передачи напряжений составляла 350-400 кг/см2, а после 3-суточного хранения в цехе при температуре 15-18 °С — 530-570 кг/см2, что соответствует нормативным требованиям и находится в тех же пределах, что и в трубах из тяжелого бетона.
Известно, что величину предварительного напряжения спиральной арматуры и прочность бетона на растяжение можно достаточно точно рассчитать по результатам испытаний труб при первом и повторном испытаниях на трещиностойкость.
Разница в величинах давления при испытаниях труб из песчаного бетона составила 6,5+7,5 кг/см2, а для труб из тяжелого бетона, по данным систематических заводских испытаний, — 4,0-4,5 кг/см2. Это означает, что прочность песчаного бетона состава, приведенного в табл. 6.27, на растяжение составляет 40 кг/см2, в тяжелом бетоне — 25 кг/см2. Величина предварительного натяжения спиральной арматуры в трубах из песчаного бетона — 11*10в3 кг/см2, в трубах из тяжелого бетона — 12,6*10в3 кг/см2.
Экспериментальные работы подтвердили возможность изготовления труб из песчаного бетона в рамках существующего технологического процесса. Показано, что водонепроницаемость, трещиностойкость и прочность труб из песчаного бетона соответствует требованиям ГОСТ 12586. Их можно использовать для подземных напорных трубопроводов с расчетным внутренним гидростатическим давлением до 18 атм при глубине заложения до 4 м.
Годовая экономия от производства 10000 м3 напорных труб составила не менее 120 тыс, руб. (в ценах 1970 г.).
Производительность труда при формовании труб увеличилась в среднем на 10%, при расточке раструбов — на 15-20%.