Керамзитобетонні дренажні труби підвищеної міцності

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Керамзитобетонні дренажні труби підвищеної міцності

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми обумовлена значними площами територій України, у яких спостерігається підняття рівня ґрунтових вод, зв'язаних з порушенням природного руху водяних потоків при будівництві транспортних і теплових комунікацій і систем водовідведення, що вимагає спорудження дренажних мереж загальною довжиною більш 400 тис. кілометрів. Одним з ефективних способів боротьби з підтопленням є будівництво горизонтальних трубчастих дренажних систем із глибиною закладення до 4 м. Зазначене визначає велику актуальність використання для цілей дренажу бетонних труб, що мають, крім високої фільтраційної здатності, підвищену міцність при розтягу. У зв'язку з цим, для вирішення поставленої задачі актуальним є використання в дренажних мережах керамзитобетонних дренажних труб, виготовлених методом осьового пошарового пресування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в межах держбюджетної тематики кафедри будівельних матеріалів і виробів ХДТУБА на 1995-2000 р. «Дослідження штучних будівельних конгломератів з метою оптимізації їх властивостей», затвердженої Міносвіти і науки України (протокол №11 від 01.12.1994 р.).

Метою досліджень є підвищення міцності керамзитобетонних трубофільтрів до рівня, що забезпечує можливість їхнього використання в горизонтальних заглиблених дренажних системах у міському і промисловому будівництві, а також створення пористої структури стінок фільтрів, що забезпечує водопропускну здатність без кольматації пор навколишнім матеріалом обсипання.

Для досягнення мети поставлені такі задачі:

- дослідження проникності пористого керамзитобетону, установлення залежності проникності від складу бетону та технології ущільнення бетонної суміші, наукове обґрунтування необхідних показників пористої структури,

- визначення основних показників матеріалу трубофільтрів, що забезпечують довгострокову експлуатацію,

- удосконалювання методики дослідження проникності пористих тіл,

- обґрунтування та вибір технологічних прийомів, що підвищують міцність керамзитобетону при розтягу,

- оптимізація складів і технологічних режимів виробництва для одержання трубофільтрів підвищеної міцності за рахунок застосування мінеральних і хімічних добавок,

- виготовлення дослідно-промислової партії виробів і дослідження їхньої якості. Розробка типорозмірів промислових зразків керамзитобетонних трубофільтрів підвищеної міцності та розрахунок техніко-економічної ефективності їхнього застосування.

Об'єкт дослідження - технологічний процес одержання керамзитобетону з високими експлуатаційними характеристиками.

Предмет дослідження - дренажна труба з пористого фільтруючого керамзитобетону з підвищеною міцністю при розтягу.

Методи дослідження - використана методологія системного аналізу; прийнятий метод ітерацій у 2-х рівнях; міцність при розтягу визначена розрахунком по граничному рівнорозподіленому лінійному навантаженню, прикладеному по утворюючій на зразки - пустотілі циліндри. Водопроникність визначена з застосуванням оригінальної методики, що включає дегазацію (вакуумування) фільтрівної рідини. Структурні характеристики цементного каменю і зони контакту вивчені з залученням петрографічного методу та рентгенографічного аналізу.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Установлено вплив вакуумування керамзитобетонної суміші в процесі її гомогенізації на збільшення міцності зчеплення керамзитового заповнювача з цементним каменем і підвищення міцності бетону при розтягу (R_bt) до 2,4…2,6 МПа при формуванні дренажних труб методом осьового пошарового пресування.

2. Встановлено оптимальна гранулометрія керамзитового заповнювача, що дозволяє одержувати дрібнопористую структуру керамзитобетону, зв'язану кореляційною залежністю з діаметром часток ґрунтового обсипання.

3. Установлено, що введення до складу керамзитобетону комплексної добавки у вигляді ПАР (ЛСТ) + прискорювача (СаСl₂) з одночасним вакуумуванням заповнювача забезпечує підвищену швидкість гідратації в'язкого.

4. Розроблено нову методику та прилад для визначення фільтраційної здатності пористих матеріалів, у яких виключене виділення пухирців повітря, розчиненого в рідині, кольматуючих пори, що забезпечило підвищення точності виміру коефіцієнта фільтрації через стінки трубофільтру.

5. Розроблено фізичну модель процесу адгезійної взаємодії між пористим заповнювачем і цементним каменем, відповідно до якого встановлені технологічні параметри, що забезпечують формування міцної зони контакту між заповнювачем і цементним каменем за рахунок розрідження в зернах заповнювача до перемішування та підняття тиску в змішувачі після того, як зерна покриваються цементним тістом.

Достовірність визначається використанням стандартних припущень та підтверджується збігом теоретичних та експериментальних досліджень при відхилені фактичних та розрахункових даних не більш 20%

Практичне значення отриманих результатів. Прикладне значення роботи складається в розробці керамзитобетонних трубофільтрів підвищеної міцності, придатних для будівництва горизонтального дренажу в промисловому та цивільному будівництві з заглибленням у ґрунт до 4-х м.

Встановлено ряд типорозмірів промислових зразків трубофільтрів діаметром 100…500 мм.

Розроблені «Тимчасові вказівки» з випуску дослідної партії полегшених керамзитобетонних трубофільтрів зі стінками, що мають підвищену міцність при розтягу, що дозволяють при їхньому укладанні в дренажні мережі глибиною до 4-х метрів, використовувати для обсипання місцеві рядові піски.

Реалізація роботи. Виготовлено досвідчену партію виробів, що застосовані будівельною фірмою «Скала» при спорудженні дренажу з одержанням економічного ефекту 33840 грн./км.

Особистий внесок здобувача. Основні результати досліджень отримані здобувачем самостійно: збір й аналіз літературних джерел, розробка методик досліджень, проведення експериментальних досліджень, їхній аналіз та узагальнення результатів, впровадження результатів досліджень у виробництво. Особистий внесок в публікаціях, створених у співавторстві, приведений після списку опублікованих робіт на стор. 16.

Апробація роботи. Основні результати досліджень були повідомлені на 56-ий науково-технічній конференції Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури в 2000 р., на Міжнародній науково-практичній конференції «Економічні проблеми виробництва й споживання екологічно чистої продукції АПК (ЕП 99)» м. Суми, 1999 р., і на 56-а науково-технічній конференції Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури в 2001 р.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 10 друкованих праць, з них 8 у наукових збірниках, що входять у перелік ВАК.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із введення, 5-и розділів, висновків і додатків, містить 159 сторінок машинописного тексту, 43 рисунків, 35 таблиць, список використаної літератури з 153 найменувань вітчизняних і зарубіжних авторів.

Стислий зміст роботи

У вступі розкриті сутність і стан наукової проблеми, її значення, приведені передумови та вихідні дані для рішення поставленої проблеми, обґрунтована необхідність виконання досліджень, дана загальна характеристика дисертації.

У першому розділі виконаний аналітичний розгляд результатів досліджень, присвячених технології дренажних труб (трубофільтрів) з бетону на різних заповнювачах. Дослідженнями властивостей труб і розробкою технології керамзитобетонних трубофільтрів займалися Г.А. Низовкін, В.Ф. Ландер, Б.В. Ляпідевський, Б.М. Дегтярьов, И.В. Корінченко, В.А. Восконян, И.Я. Лейченко, Р.А. Щеканенко, С.И. Сторожук, В.А. Невський, С.Н. Шинкарьов. Розроблені трубофильтри мають водопроникність, що характеризується коефіцієнтом фільтрації К_ф = 200-1500 м/доб (у середньому 400 м/доб), що на кілька порядків перевершує проникність дренажних ґрунтів (В.Ф. Ландер). Міцність керамзитобетону в отриманих виробах R_b = 5,0 МПа, R_bt = 0,64 МПа. Оптимальний склад 1 м³ керамзитобетону: Ц = 198 кг, керамзит - 677 кг, В -125 л.

Удосконаленню технології трубофільтрів на щільних заповнювачах присвячені роботи В.І. Бабушкіна, О.Г. Вандоловського, П.А. Носача, Д.П. Колесникова, А.Г. Тер-Карапетяна, В.Р. Булдей, Г.М. Джафарова, А.Д. Осипова, И.С. Ронжина, М.С.Ніколдишева, Г.М. Басс, Н.П. Заволока, А.К. Челишева. Аналіз показує, що технологічний процес одержання високоякісних пористих матеріалів повинний базуватися на інтенсивному методі ущільнення, і найкращі результати для бетону на щільних заповнювачах отримані при ущільненні бетонної суміші осьовим пошаровим пресуванням. Застосування легкого заповнювача (керамзит) вимагає нових технологічних рішень.

Дослідження властивостей і технології легкого бетону проводили Г.А. Бужевич, В.Г. Довжик, Л.П. Орентліхер, Ю.І. Орловський, Г.І. Горчаков, В.А. Дорф, Р.К. Житкевич, Л.А Кайсер, И.А.Іванов, Ю.Е. Корнилович, М.Г. Вержбицька, Ю.Д. Нациєвський, А.Б.Пірадов, Н.Р. Чермянін, В.Н. Вировой, А.Л. Кучеренко, В.І. Скиба, А.І. Ваганов. Основним методом ущільнення є вібрування. У роботах А.А. Фуражева, Л.А. Полонського, В.В. Судакова досліджена можливість ущільнення керамзитобетонної суміші вакуумуванням, встановлена застосовність основних положень теорії вакуумущільнення, розроблених для бетонів на щільних заповнювачах І.Н. Ахвердовим, Н.А. Сторожуком, К.В. Чаусом, О.А. Блещиком, Г.Д.Дібровим, А.І. Конопленко, М.З. Симоновим. Міцність контактної зони, як багатошарового елемента, розглянув Е.Р.Пінус. Стосовно до заповнювачів з пористою структурою контактна зона розглянута й вивчена в роботах О.П. Мчедлова-Петросяна й О.Г. Ольгінського. У технології керамзитобетонних трубофільтрів оптимізація складу бетону проводилася за міцностю при стиску (R_b), що залежить від міцності розчинної частини й у цілому підкоряється відомій залежності R_b = f (Ц/B). У середньому R_b = 5-10 МПа. У виготовлених вібропресуванням трубофільтрах досягнута міцність R_b= 7 МПа, що забезпечує контрольне навантаження на вироби 2000 кг/п.м. Трубофільтри на щільних заповнювачах показують міцність 7000-8000 кг/п.м. Низька міцність керамзитобетонних трубофільтрів звужує область їхнього застосування та задачею досліджень з удосконалювання технології їхнього виробництва є вишукування технічних рішень, що забезпечують підвищення міцності дренажних труб. Як робочу гіпотезу висунуто допущення можливості підвищення міцності керамзитобетону шляхом спрямованого формування зміцненої зони контакту.

В другому розділі представлена характеристика матеріалів і методів досліджень, що виконували за допомогою стандартної й оригінальної методик. Програму досліджень розробили на основі методології системного аналізу; прийнятий метод ітерацій з оптимізацією рішень у двох рівнях:

1 рівень - коефіцієнт ефективності у виді коефіцієнта фільтрації - К_ф,

2 рівень - коефіцієнт ефективності у виді границі міцності при розтягу - R_bt.

Для визначення міцності використані стандартні, а також зразки у виді пустотілих циліндрів: d_в =100 мм, d_н =135 мм, з =17,5 мм, l=100-200 мм.

Зразки-циліндри формували методом осьового пошарового пресування. Визначення міцносних характеристик (R_bt) робили розрахунком по граничному навантаженню на зразки-циліндри (ДСТ 20054).

Вакуумування бетонної суміші проводили вакуум-агрегатом СО-177. Водопроникність зразків (К_ф) визначали за допомогою розробленого пристрою з додатковим вакуумуванням рідини з метою ліквідації пухирців газу (повітря), що виділяється з води при наявності градієнтів температури й тиску.

Характер, величину та кількість пор визначали петрографічним методом за допомогою поляризаційного мікроскопа МІН-10, за методикою В.І. Корінченко. Структуру бетону після руйнування зразка фіксували за допомогою фотомікроприставки при 5-ти кратному збільшенні.

Фазовий склад продуктів гідратації вивчали за допомогою рентгенівського дифрактометра ДРОН - 0,5 шляхом порівняльного аналізу міжплощинних відстаней d. Результати досліджень оброблені методами математичної статистики.

У третьому розділі приведене теоретичне обґрунтування одержання керамзитобетонних трубофільтрів з підвищеною міцністю й оптимальною водопроникністю. Структура бетону у фільтрах характеризується відсутністю дрібного заповнювача та наявністю великої кількості пор, що приводить до зниження міцності бетону. У відомих трубофільтрах підвищена пористість автоматично приводить до зниження міцності, у зв'язку з чим першочерговою задачею є встановлення області необхідних показників проникності в єдиній системі виміру. У різних нормативних документах і літературних джерелах проникність трубофільтрів приводиться в різних одиницях виміру (м/с, м/хв, см/с, м/добу, м/труб. та ін.).

Для порівняльного аналізу проникності зроблений перерахунок опублікованих даних у єдиний показник - коефіцієнт фільтрації (К_ф). Отримані значення розподілені в три групи:

1) 25<К_ф<86; 2) 302<К_ф<750; 3) 1123<К_ф<1460 м/доб в інтервалі

25<К_ф<1460 м/доб

Трубофільтр оточений обсипанням з піску, що служить проміжним фільтром між трубою і ґрунтом. Діаметр отворів у фільтрі (А.І. Мурашко) повинний відповідати діаметру часток, що оточують фільтр d_св,

d_ф ?1,8 ? d_св (1)

Для усіх видів піску діаметр пор у трубофільтрі d_ф повинний лежати в інтервалі 0,2<d_ф<0,9 мм, яким відповідають величини К_ф = 90; 25 і 5 м/доб. Оскільки великих пісків практично немає, у будівництві використовують дрібні та середні піски, тому трубофільтри повинні відповідати цим піскам і, отже,

125<К_ф<25 м/доб.

Відповідно до прийнятої методології системного аналізу обраний діапазон значень К_ф є областю оптимальних величин по першому рівню.

На другому рівні задачею оптимізації є досягнення максимальної міцності пористих труб для їхнього укладання в дренажі у міському та промисловому будівництві (до 4-х метрів). Несуча здатність труб характеризується величиною рівнорозподільного навантаження Р_К, прикладеного до утворюючої труби, під дією якої в стінках трубофільтра виникають моменти, що досягають максимального значення в лотку та замку:

М= 0.318Р (2)

Під дією розтягуючих напруг руйнування труби відбувається при у_р>R_bt

у_max = (3)

де r - середній радіус труби; l - довжина труби; с - товщина стінки.

Таким чином, призначення та контроль міцності керамзитобетону повинний бути зроблений за його міцностю при розтягу. Дані про дослідження міцності керамзитобетону при розтягу в опублікованих матеріалах обмежені. У поставленій задачі підвищення міцності трубофільтрів (другий рівень оптимізації при системному аналізі) коефіцієнтом ефективності є R_bt.

Руйнування пористого керамзитобетону при навантаженнях, що розтягують, може відбуватися в таких його зонах: розчинній частині, по зерну керамзиту, у зоні контакту заповнювача й цементного каменю.

Міцність при стиску R_b цементного каменю та розчину знаходиться в інтервалах 30…50 МПа, відкіля міцність при розтягу R_bt:

R_bt=С (4)

де С =0,375. Тоді R_bt(Ц) =3,75 - 5,00 МПа. Міцність при розтягу керамзиту R_t(К) = 0,85 -1,98 МПа. Отже максимальна міцність керамзитобетону R_bt(К) = 0,9…3,0 МПа. Досягнута В.Ф. Ландером у вібропресованих фільтрах фактична міцність R_bt(К) = 0,6… 0,75 МПа значно нижче теоретично розрахованої. Більш глибоко процеси формування бетону на пористих заповнювачах розглянуті О.Г. Ольгінським, що установив, що зниження міцності керамзитобетону є наслідком ослаблення зони контакту «цементний камінь - заповнювач», у якій процеси гідратації та твердіння проходять у фізико-хімічних умовах, відмінних від основної маси цементного каменю, й що зерна цементу в цих умовах у значно меншому ступені гідратуються, викликаючи дефекти зони контакту. Методом оптично активних покрить встановлено, що у високоміцному керамзитобетоні тріщини виникають у зоні контакту, передаються керамзиту й потім розчинній складовій. З метою зменшення дефектності та підвищення якості зони контакту в неї вводяться поверхнево-активні речовини шляхом попередньої обробки заповнювача (В.Н. Вировой, О.Г. Ольгінський). Нами розглянута структура контактної зони з використанням даних О.Г. Ольгінського про мікротвердість цементного каменю на різній відстані від поверхні заповнювача. На рис. 1а дана схема контакту, лінійний розмір - l₁. З гістограми (рис. 1в) видно, що мікротвердість залежить від товщини контакту (b), і таким чином, за схемою (a) можна зробити висновки, що максимальна міцність буде в центрі контактуючих круглих тіл, а мінімальна - на периферії. Л.И. Дворкін, детально розглянувши питання структуроутворення в зоні контакту, робить висновки про те, що існують оптимальні параметри з гранулометрії, міжзернових відстаней, виду та площі поверхні твердої фази, що забезпечують оптимізацію структури цієї зони.

Структура зони контакту впливає на R_bt, і в технології керамзитобетону особливо чуттєвим показником є міцність при розтягу (В.Н. Вировой), яку можна підвищити, використовуючи відкриті пори як простір, що заповнюється цементним каменем.

Суспензія проникає на глибину h під дією рушійної сили Р_руш. Повітря, що знаходиться в порах, у міру заповнення капіляра стискується й робить протитиск Р_р фронту суспензії, що рухається, причому оскільки P_pV = const, у міру просування суспензії всередину зерна керамзиту V - зменшується, а Р_р - збільшується.

У прийнятій моделі рівняння балансу діючих сил має вигляд:

Р_руш = Р_к + Р_зовн + Р_р (5)

де Р_руш - рушійна сила; Р_к - капілярні сили (const); Р_зовн - зовнішній тиск;

Р_р - реактивна сила.

Відповідно до рівняння (5), задача досягнення h_max складається в досягненні Р_руш - max. У рівнянні (5) Р_к - const, перемінні Р_зовн і Р_р. Р_р зв'язана з Р_зовн:

Р_р= (6)

З рівняння (6) випливає, що зовнішній надлишковий тиск не забезпечує h_max. Р_руш досягає максимуму при Р_р = 0. Тоді Р_руш = Р_к + Р_зовн.

Представлена модель і математичне рішення рівнянь (4), (5), (6) дозволяють підійти до рішення технологічної задачі: - Р = 0 при відсутності повітря, тобто може бути отримане технологічно, шляхом вакуумування заповнювача;

- Р_руш - max за умови, коли вакуумований заповнювач оточений цементною пастою, а на цю пасту впливає зовнішній тиск Р_зовн (рис. 3).

Підвищення експлуатаційних властивостей керамзитобетону можливо шляхом: - спрямованого формування структури зони контакту за рахунок оптимізації товщини прошарку цементного каменю між заповнювачем; - збільшення поверхні контакту між пористим заповнювачем і цементним каменем шляхом двостадійної обробки бетонної суміші в процесі її гомогенізації: вакуумування заповнювача в герметичній камері змішувача; створення надлишкового (атмосферного) тиску, переданого на шар цементної пасти, що оточує гранули заповнювача (рис. 3).

У четвертому розділі приведені результати експериментальних досліджень показників властивостей пористого бетону, проведених за методологією системного аналізу методом ітерацій. На першому рівні вивчена залежність проникності (К_ф) від складу бетону. Змінювані параметри: витрата цементу (Ц), співвідношення заповнювачів різної гранулометрії (d_i/d_i+1), реологічна характеристика (ж), пластифікуючі добавки. В експериментах прийняті: Ц=250 кг/м³ і Ж - 60 с. Перемінні фактори: співвідношення заповнювачів різного розміру.

Вплив гранулометрії заповнювача на К_ф вивчено експериментально з використанням повнофакторного експерименту (ПФЕ) 2³.

У загальному вигляді залежність має вид:

у_i =b₀+ b₁x₁ +b₂x₂ + b₃x₃ + b₁₂x₁ x₂ + b₁₃x₁x₃ + b₂₃x₂x₃

Виконані по матриці планування обчислення показали, що рівняння адекватні по всій області плану, усі коефіцієнти b_i, (за критерієм Стьюдента) значимі, крім b₂₃, і в остаточному виді рівняння має вигляд:

у_i = 157,88 +136,37x₁ + 75,62x₂ + 27,87x₃ + 62,62x₁x₂ +19,87x₁x₃.

Регресійний аналіз рівняння дозволяє зробити такі висновки: відсутність значимості коефіцієнта b₂₃ показує, що введення піску (x₃) у великий заповнювач не впливає на проникність (у₁), за ступенем впливу коефіцієнти b_i, утворять ряд: b_1, b_2, b_12, b_13, і вплив факторів на проникність (у порядку убування) х₁ (співвідношення d₁₀ /d₅), х₂ (співвідношення d₅ /d_2,5) і x₁x_2, тобто їхня суміш. Вплив піску невеликий (t_р =5,91 для коефіцієнта b₁₃ близько до t_Т = 4,3). При перекладі кодованих значень факторів у натуральні встановлена область складів, для яких, відповідно до розрахунків К_ф повинний бути в інтервалі 25… 125 м/сут. Їм відповідають 4 і 5 крапки плану ПФЕ і за цими рядками плану обчислені значення:

d₁₀ /d₅ = 0,8…1,0; d₅ /d_2,5 = 1,0…1,2; Зк/П=6,5…10.

Для встановлених складів пористого керамзитобетону (оптимальних по проникності) виконані дослідження на другому рівні - досліджений вплив технологічних факторів на міцність (R_bt). Склади бетону наведені в табл.

Склади керамзитобетону, кг/м³

З бетону зазначених складів були відформовані фрагменти труб, розміри й методика випробувань яких дана в другому розділі. Бетонну суміш готували за двома режимами:

1. Звичайне перемішування при атмосферному тиску.

2. Двостадійне перемішування:

- вакуумування вихідних матеріалів, гомогенізація під вакуумом;

- перемішування при атмосферному тиску.

Після формування зразки тверділи в нормальних умовах, випробування проводили у віці 3, 7 і 28 доби.

Для зниження тертя цементної суспензії, що проникає в пори заповнювача, пластифікуючі добавки (склади 5 і 6) вводили з водою затвору перед перемішуванням. Результати випробувань представлені на рис. 4, номера кривих відповідають номерам складів, індекс «В» - застосування вакуумної технології при гомогенізації. Крупнопористий бетон на фракціях 10 і 5 мм (склад 1) показав найменшу міцність (1,2 МПа), введення фракції 2,5 мм підвищило міцність до 1,4 МПа (2), введення кварцового піску (М_к = 1,1) до

1,8 МПа (3), а керамзитового піску до 2,0 МПа (4). Застосування пластифікуючих добавок знизило міцність у початковий термін і практично не відбилося на кінцевій міцності (5). Вакуумування бетонної суміші кращого за міцностю складу (4) забезпечило підвищення міцності до 2,4 МПа (4В), тобто на 20%, а з уведенням ЛСТ до 2,6 МПа (5В), однак у ранній термін склади з пластифікатором мають низьку міцність, у зв'язку з чим у бетон з такою добавкою необхідно вводити прискорювач. Використання комплексної добавки ЛСТ + хлорид кальцію (CaСl₂) показало кінетику росту, що відповідає кривій 4В.

З труб були випиляні зразки й петрографічним методом в аншліфах проведений порівняльний аналіз структури бетону.

Встановлено розходження в характері руйнування бетону різного складу. Для складів 1, 2 і 3 руйнування проходить по цементному каменю, показуючи ослаблену зону контакту. Для складів 4В и 5В руйнування проходить по зерну заповнювача. Зона контакту характеризується наявністю навколо кожного зерна заповнювача тонкої плівки, що складається з високополяризуючих ромбічних кристалів кальциту (СаСО₃), а також слабополяризуючих кристалів гідрату оксиду кальцію Са(ОН)₂. Для складів 1, 2 і 3 суцільної плівки немає, кристалічних новотворів значно менше й вони не об'єднані гідратом оксиду кальцію в суцільну масу. Рентгенографічний аналіз фазового складу зразків показав, що за розміром піків, відповідних гідратації аліта та беліта, ступінь гідратації в зразках, що піддавались вакуумуванню, вище, ніж для інших, а лінії гідроксида кальцію (d=0,49; 0,304; 0,262; 0,19 нм) значно більше, що вказує на великий ступінь гідратації в'язкого. Експериментальні дослідження дозволили встановити фактичну міцність керамзитобетону з посиленою контактною зоною: R_bt = 2,4 - 2,6 МПа при К_ф = 48…108 м/сут.

П'ятий розділ присвячений виробничому впровадженню результатів досліджень. На підставі встановлених значень R_bt визначена товщина стінки промислових зразків керамзитобетонних дренажних труб за величинами контрольного навантаження (табл. 3).

Технічні показники трубофільтрів

Проведено техніко-економічний аналіз ефективності застосування керамзитобетонних трубофільтрів, визначений економічний ефект при заміні в дренажах керамічних й азбестоцементних труб трубофільтрами, що складає 30…40% загальних витрат на спорудження дренажу.

Стосовно до нових технологічних процесів удосконалена технологічна схема виробництва трубофільтрів, в основу якої покладена конвеєрна технологічна лінія ЗЗБК-5, розроблена при участі ХДТУБА.

Дослідно-промислові зразки труб діаметром 100 мм, довжиною 1000 мм із фальцевим стиковим з'єднанням на бітумній мастиці застосована БФ «Скала» для будівництва горизонтального дренажу при захисті від підтоплення території, прилеглої до заводу ім. Малишева та Харківського молокозаводу.

Загальні висновки

1. На основі аналізу вітчизняного й закордонного досвіду боротьби з підтопленням встановлена ефективність застосування для горизонтального дренажу фільтруючих дренажних бетонних труб (трубофільтрів). Обґрунтовано доцільність використання легкого конструкційного фільтруючого керамзитобетону як матеріалу труб.

2. З позицій сприйняття експлуатаційних впливів встановлені критерії ефективності технологічних впливів: коефіцієнт фільтрації (К_ф) і міцність при розтягу бетону (R_bt). Дослідження впливу технологічних параметрів на коефіцієнти ефективності проведено за методологією системного аналізу способом ітерацій у двох рівнях для кожного з коефіцієнтів ефективності.

3. Розроблено новий спосіб й апаратуру для визначення К_ф з автоматичною підтримкою градієнтів напору та розрідження у фільтрівній рідині.

4. Встановлено взаємозв'язок між діаметром пор трубофільтра (d_ф) і діаметром часток ґрунту (d_Г), що оточує фільтр. Отримані співвідношення d_ф /d_Г, що забезпечують довгострокову роботу фільтра в контакті з дрібними пісками. З використанням математичного аналізу визначений вплив співвідношення фракцій заповнювача на К_ф. Встановлено, що оптимальному значенню d_ф /d_Г відповідає К_ф = 25…125 м/сут. Встановлено регульовані технологічні параметри процесу: силу, під дією якої цементна суспензія заповнює пори - Р_руш, реактивна сила від стисливого в порах газу (повітря) - Р_РЗ, в'язкість суспензії - з.

5. Розроблена технологія вакуумування пористого заповнювача в процесі гомогенізації бетонної суміші з перемішуванням у 2 стадії - під вакуумом і при надлишковому тиску, що забезпечує досягнення максимальної величини Р_руш і збільшує повноту заповнення пор цементним тестом. Експериментально встановлені значення міцності при розтягу керамзитобетонних трубофільтрів, відформованих способом осьового пресування з попередньою вакуум-обробкою суміші (Р_bt = 2,4 - 2,6 МПа).

6. Розроблено фізичну модель процесу адгезійної взаємодії між пористим заповнювачем і цементним каменем, відповідно до якої встановлені технологічні параметри, що забезпечують формування міцної зони контакту між заповнювачем і цементним каменем за рахунок створення розрідження в зернах заповнювача до перемішування й підняття тиску в змішувачі після того, як зерна покриваються цементним тестом.

7. З використанням отриманих моделей розроблена двостадійна технологія обробки бетонної суміші на пористих заповнювачах:

- вакуумування пористого заповнювача в герметичному бетонозмішувачі та перемішування компонентів суміші під вакуумом,

- створення в змішувачі надлишкового (атмосферного) тиску й повторне перемішування.

8. Розроблено структурну модель зони контакту «заповнювач-цементний камінь» у пористому бетоні. Встановлено, що мікротвердість цементного каменю в цій зоні є змінною величиною, що змінюється від місця контакту заповнювачів (максимум) до границі з порою (мінімум). На підставі аналізу моделі запропоновано підвищити міцність цементного каменю в ослабленій зоні введенням керамзитового мікронаповнювача з розміром часток < 0,2 мм. Для ущільнення твердої бетонної суміші з мікронаповнювачем рекомендований метод пошарового пресування.

9. На основі петрографічних досліджень виявлене розходження в структурі керамзитобетону з попереднім вакуумуванням заповнювача та виготовлено за звичайною технологією, що полягає в утворенні безупинної зони контакту у вигляді плівки 0,005… 0,01 мм, переважно з карбонату кальцію (СаСО₃). Під впливом розвиненої поверхні твердої фази в цементному камені відбувається прискорений ріст гідратних новотворів при новій технології в порівнянні зі звичайною, що підтверджується рентгенографічним аналізом.

10. Розроблено основи технології виробництва керамзитобетонних трубофільтрів підвищеної міцності, встановлені типорозміри промислових зразків трубофільтрів, придатних для укладання на глибину до 4-х метрів.

11. Техніко-економічними розрахунками показано, що дренажні трубопроводи з керамзитобетонних трубофільтрів, що виготовляються за розробленою технологією, більш економічні ніж системи з інших типів труб. Трубофільтри діаметром 100 мм застосовано БФ «Скала» для спорудження горизонтального дренажу при захисті від підтоплення території, прилеглої до заводу ім. Малишева та Харківського молокозаводу. Застосування розроблених трубофільтрів дозволяє на З0…40% (у залежності від глибини) знизити витрати по пристрою дренажної мережі.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах

1. Вандоловский А.Г., Гасанов А.Б. Облегченные дренажные трубы. Науковий вісник будівництва. Харків. Вип.3. ХДТУБА, ХОТВ, АБУ, 1998. С. 136-138.

2. Вандоловский А.Г., Гасанов А.Б. Формирование и контроль пористости структуры трубофильтров. Науковий вісник будівництва. Харків. Вип. 6. ХДТУБА, ХОТВ, АБУ, 1999. С. 50-56.

3. Вандоловский А.Г., Гасанов А.Б. Повышение механической прочности трубофильтров на пористых заполнителях. - Научно-технический сборник. Коммунальное хозяйство городов. Киев «Техника», 1999, ХГАКХ, вып. 19, С. 99-104.

4. Гасанов А.Б., Вандоловский А.Г. Улучшение экологической обстановки подтопленных территорий. - Науково-технічний збірник. «Екологічність продукції АПК: Економіка та технологія». Том 2, Суми, 1999 р., С. 263-266.

5. Гасанов А.Б., Булуашвили Г.Т. Повышение прочности при растяжении конструкционного керамзитобетона, применяемого при изготовлении трубофильтров. Науковий вісник будівництва. Харків. Вип.10. ХДТУБА, ХОТВ, АБУ. -2000, С. 149-153.

6. Вандоловский А.Г., Рачковский А.В., Гасанов А.Б. Влияние параметров электротока на адгезию свежеотформованного бетона к форме. Науковий вісник будівництва. Харків. Вип. 12. ХДТУБА, ХОТВ, АБУ, 2001, С. 126-131.

7. Гасанов А.Б. и др. Технология конструкционного керамзитобетона повышенной прочности при растяжении. Науковий вісник будівництва. Харків. Вип.13. ХДТУБА, ХОТВ, АБУ. - 2001, С. 260-264.

8. Вандоловский А.Г., Гасанов А.Б., Дунаева Н.А., Ковашов А.И., Технология изготовления экологичных фильтров для вентиляции элеваторов и зерновых складов. - Науково-методичний журнал. «Вісник Сумського державного аграрного університету». Серія «Економіка та менеджмент». Суми. Вип.2, 2001, С. 310-313.

9. Гасанов А.Б., Вандоловський О.Г. Поліпшення екологічної обстановки підтоплених територій. Науково-методичний журнал. «Вісник Сумського державного аграрного університету».Серія «Економіка та менеджмент». Суми. Вип.1, 2001, С. 215-217.

10. Гасанов А.Б., Рачковский А.В., Рудяченко И.Ф. Трубофильтры из керамзитобетона повышенной прочности при растяжении. Науковий вісник будівництва. Харків. Вип.15. ХДТУБА, ХОТВ, АБУ. - 2001, С. 196-202.

Размещено на Allbest.ru