Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
Харківський державний технічний університет
будівництва та архітектури
Бабаєв Володимир Миколайович
УДК 628.24+69.059
Дослідження та розробка технологічних рішень зведення тонкостінних вторинних обробок при відновленні каналізаційних колекторів
спеціальність 05.23.08 –Технологія промислового та цивільного будівництва
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків - 1999 р.
Дисертація є рукописом.
Робота виконана на кафедрі “Технологія будівельного виробництва” Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури
Науковий керівник –доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України Гончаренко Дмитро Федорович, проректор з наукової роботи Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури;
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Дюженко Михайло Георгйович, старший науковий співробітник Харківської державної академії міського господарства;
кандидат технічних наук Сергієнко Олександр Іванович, старший науковий співробітник Харківського ПромбудНДІпроекту
Провідна організація: Науково-дослідний інститут будівельного виробництва Держбуду України, м. Київ
Захист відбудеться 20 жовтня 1999 р. о 13-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.01 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою:
310002 м. Харків, вул. Сумська, 40.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці університету за адресою: 310002 м. Харків, вул. Сумська, 40.
Автореферат розісланий 15 вересня 1999 р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради Кутовий Е.М.
Загальна характеристика роботи
Проблема збереження і відновлення підземних комунікацій набула особливої актуальності в зв’язку зі зростаючими вимогами щодо охорони навколишнього середовища. До цього одним із найважливіших завдань є захист грунтових вод від агресивних реагентів, які можуть потрапляти до них крізь зруйновані конструкції каналізаційних колекторів.
Аналіз стану каналізаційних колекторів міст України вказує, що більшість з них знаходиться в аварійному або передаварійному стані.
Питанням ремонту і відновлення каналізаційних мереж присвячені роботи багатьох вітчизняних і закордонних вчених, у тому числі І.А. Абрамовича, В.І. Бабушкіна, Т.Л. Дрозда, І.В. Корінько, Л. Лі (США), Д. Штайна (ФРН) та інших.
Цією проблемою займаються колективи вчених Донбаської державної академії будівництва та архітектури, КНТУБА, ХДТУБА, АТ НДІБВ Держбуду України, АТ НДІВОДГЕО та інші.
Виконана чимала кількість досліджень, присвячених вивченню механізму руйнації каналізаційних колекторів та апробації матеріалів для захисту їх від корозії, технології та організації робіт з ремонту та відновлення зруйнованих конструкцій, і в першу чергу обробок.
У цей же час у цих дослідженнях недостатньо приділяється уваги питанням використання монолітно-пресованого бетону для ремонту існуючих та будівництва нових каналізаційних колекторів.
Монолітно-пресований бетон добре зарекомендував себе під час створення обробок каналізаційних тонелів за кордоном.
Використання монолітно-пресованого бетону дає можливість з високою якістю та низькими витратами вести роботи з ремонту та будівництва каналізаційних колекторів, що підтверджує актуальність обраної теми дослідження.
Метою дисертації є дослідження і розробка технологічних рішень спорудження вторинних тонкостінних обробок з монолітно-пресованого бетону під час ремонту і відновлення конструкцій каналізаційних колекторів.
Науковою гіпотезою є припущення про можливість спорудження вторинних тонкостінних обробок з монолітно-пресованого бетону одночасно з улаштуванням антикорозійного покриття, що дозволить з незначними витратами проводити відновлення та антикорозійний захист зруйнованих конструкцій закритим способом.
Галузь дослідження: залізобетонні каналізаційні колектори діаметром 400 мм і більше.
Предмет дослідження: технологічні параметри відновлювальних робіт у каналізаційних колекторах.
Методична основа: лабораторний аналіз, моделювання, натурне обстеження стану конструкцій, теорія пружності.
Загальні задачі дослідження:
Наукова новизна роботи полягає:
Практична цінність результатів досліджень полягає у тому, що розроблені та упроваджені технічні, технологічні та організаційні рішення, які дозволяють виконувати ремонт каналізаційних колекторів шляхом спорудження тонкостінних обробок з монолітно-пресованого бетону, зменшуючи витрати та підвищуючи екологічну безпеку робіт.
Апробація роботи: основні результати роботи доповідались на міжнародній науково-практичній конференції “Удосконалення будівельних матеріалів,технологій та методів розрахунку конструкцій у нових економічних умовах”(м.Суми,1994), на міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених та аспірантів “Передові технології у промисловості та будівництві на порозі ХХІ сторіччя”(м. Бєлгород), на 54-й науково-технічній коференції ХДТУБА (м. Харків,1999).
Реалізація роботи. Результати дисертації були впроваджені в процесі прийняття технічних, технологічних та організаційних рішень ремонту каналізаційних колекторів м. Харкова.
На захист виносяться:
Публікації. Результати роботи опубліковані у 9 друкованих працях.
Обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, висновків та пропозицій, списку літератури з 91 найменувань; викладена на 127 сторінках машинописного тексту, в тому числі 59 сторінках тексту 51 малюнків, 29 таблиць, 6 сторінок бібліографії, та 3 сторінок додатків.
Зміст роботи
У дисертації обгрунтовується актуальність обраної теми. Поставлена мета і задачі, сформульована робоча гіпотеза. Наведені основні положення та результати, які виносяться на захист.
Аналіз стану будівництва, експлуатації та ремонту каналізаційних колекторів у промислових містах України, який розглянуто у першому розділі, доводить наступне.
Каналізаційні колектори, починаючи з 50 років, будувались із збірного та збірно-монолітного бетону. Такі колектори становлять основну частину каналізаційних мереж України. Конструкції трубопроводів, які складаються з окремих ланок, мають стиковочні з’єднання. Конструкції обробок тонелів, споруджених із збірних елементів, які облицьовані монолітним залізобетоном, мають стики у місцях сполуки блоків та технологічні шви в облицюванні.
Основні фактори, які впливають на передчасну руйнацію каналізаційних колекторів –це газова корозія поверхні бетону та фільтрація вод крізь стики та технологічні шви. Процес руйнації корозією бетону та залізобетону відбувається з великою швидкістю. Ушкодження мають значний масштаб та спеціфічний вигляд –руйнується склепінна частина труб, а ліктьова частина зберігається.
Водопроникність трубопроводів та обробок колекторів призводить не тільки до притоку грунтових вод (інфільтрація), але й до проникнення агресивних стічних вод у грунт та грунтові води (ексфільтрація).
Для відновлення несучої здібності конструкцій каналізаційних колекторів та антикорозійного захисту поверхні бетону доволі часто використовується спосіб “вкладишів”. Самонесучі “вкладиші”- це фактично вторинні обробки у тонелях та трубопроводах (мікротонелях). Вони споруджуються або з товстостінних пласмасових труб (кілець, сегментів) з послідовним заповненням міжтрубного зазору розчином (закордонні розробки), або з монолітного бетону, залізобетону з антикорозійною футеровкою керамікою, пластиком (вітчизняні розробки).
Але спосіб “вкладишів”має деякі недоліки:
Згадані недоліки способу “вкладишів”спричинили необхідність пошуків альтернативних способів ремонту та відновлення каналізаційних колекторів.
Доволі відомі способи упорядження каналізаційних тонельних обробок з монолітно-пресованого бетону (осьове пресування) та напірне віброгідропресування (радіальне пресування).
Конструкції з пресованого бетону в порівнянні із звичайними конструкціями з віброваного бетону мають меншу товщину, скоріше набувають міцності, щільніше прилягають до контуру опалубки, мають підвищену щільність та водонепроникність, до того ж в них гладка, без технологічних швів поверхня. Пресована вторинна обробка на відміну від набризкбетонної не має відходів бетонної суміші та, що особливо важливо, дозволяє, коли є необхідність, класти на опалубку ребристе незйомне захисне плівкове покриття, яке під час тужавіння бетонної суміші та набуття міцності закріплюється на поверхні бетону.
В другому розділі дисертаційної роботи досліджена залежність фізико-механічних характеристик пресованого бетону від параметрів технологічного процесу пресування. Дослідженням встановлено:
У роботі під час аналізу фізико-механічних характеристик монолітно-пресованого бетону розглянуто використання сталефібробетону для упорядження обробок. Виконаний аналіз геометричних характеристик фібр, які застосовуються для упорядження сталефібробетонних обробок, досліджена їх міцність.
Встановлено, що технологічні властивості суміші погіршуються, якщо вона містить більше, ніж 3% фібр, або їх довжина складає більше ніж 100 діаметрів. Для транспортування у бетонопроводах довжина фібр не повинна перевищувати 30 мм.
Рис.1 Залежність бокового тиску на оболонку щита та опалубку (а) і на торець бетону (б) від осьового тиску під час пресування суміші у формі, де L –довжина дільниці бетонування.
В третьому розділі дисертаційної роботи розроблені технологічні, технічні та організаційні рішення відновлення обробок тонелів із монолітно-пресованого бетону.
Виходячи з фізичної суті пресування бетонної суміші та виявлення закономірності зміни міцності пресованого бетону, а також аналізу відомих методів осьового (у тонелебудівництві) та радіального (під час виготовлення труб) пресування, автором запропонований метод радіально-осьового пресування бетонної суміші та устаткування для його здійснення.
устаткування відрізняється тим, що з метою зменшення тиску на первинну обробку та підвищення міцності і щільності бетону в споруджувальній вторинній обробці, пресувальна частина опалубки виконана у формі зрізаного конусу, який горизонтально розташований на направляючих балках. Вона створена стінками перфорованого корпусу та порожнистого валу шнеку, які, щоб утворити радіально-осьове пресування бетонної суміші, взаємозближуються до вихідного отвору, тим самим звужуючи робочу порожнину. Крок та висота ребер шнеку при цьому зменшуються.
Запропонована методика розрахунку щодо визначення тиску в бетонній суміші та раціональних конструктивних параметрів пресуючого устаткування.
Рішення встановленої задачі наведено у вигляді рівняння степінного ряду по та ситемою рекурентних рівнянь для визначення
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
, (7)
де –коефіцієнти розкладення тиску за змінною ;
- середній тиск суміші, кгс/см;
- коефіцієнт стискування бетонної суміші, який за експлуатаційними даними дорівнює 0,0034;
- обємна вага бетонної суміші у натуральному стані,кгс/см;
- площа поперечного перетину шнеку, , см;
- швидкість руху бетонної суміші, см/с, визначається кількістю обертів гвинта та кроком крильчатки;
- кількість обертів за хвилину;
- крок крильчатки,см;
- периметр шнеку,см;
- зазор між крильчаткою та конусом шнеку,см;
- коефіцієнт фільтрації рідкої фази бетонної суміші,см/с,що прийнятий за експериментальними даними;
- швидкість фільтрації рідини,см/с, крізь кран товщиною;
- довжина шнеку,см;
Наведені розрахунки показують, що зміна параметрів шнекового пресуючого пристрою дозволяє регулювати пресуючий тиск на бетонну суміш вздовж осі шнеку та визначити сили тертя і момент,який необхідно прикласти для їх подолання.
Розроблена автором методика дозволяє підібрати опимальні параметри для гвинта шнеку та відповідно мінімізувати енергетичні витрати, які необхідні під час ущільнення бетону з відповідними характеристиками.
Використовуючи результати дослідження, автором запропоновані технічні, технологічні та організаційні рішення відновлювання та захисту каналізаційних колекторів діаметром від 0,6 до 5 м шляхом спорудження тонкостінних вторинних обробок з монолітно-пресованого сталефібро-бетону, бетону та дрібнозернистого залізобетону (таблиця).
На рис. 2 надані схеми спорудження тонкостінних вторинних обробок комбінованого типу для відновлення та захисту каналізаційних колекторів:
В роботі розроблені технології робіт та устаткування для:
Автором наведені графіки проведення робіт із спорудження вторинних обробок у каналізаційних колекторах різних діаметрів. Обрані машини та обладнання, надана рецептура бетонних сумішей та розчинів.
Визначеню економічної ефективності розроблених рішень присвячений четвертий розділ дисертації.
Таблиця.
Класифікація технічних рішень відновлення обробок у залежності від ступеня руйнування каналізаційних колекторів
|
Вихідні дані |
Конструктивні елементи вторинної обробки |
Метод пресування |
|
|
Діаметр колектора ; відстань між шахтними стволами або колодязями , м |
Агресивність середовища |
, м |
Матеріал |
=2 - 5
=250 - 500
|
Сильна |
0,15 –,25 |
а Фібробетон ПЕ ребристий |
Осьовий, 2h>l |
|
Середня |
0,15 –,25 |
б Фібробетон ПЕ гладкий Фторосилікат |
=1 - 2
=150 - 200
|
Сильна |
0,1 –,15 |
а бетон ПЕ ребристий |
Радіально-осьовий |
|
Середня |
0,1 –,15 |
б бетон ПЕ гладкий Фторосилікат |
=0,6 –1
=75 - 100
|
Сильна |
0,05 –,1 |
а цем.-піщ. бетон ПЭ ребристий |
Радіальний, 2h<l |
|
Середня |
0,05 –,1 |
б цем.-піщ. бетон або армоценмент ПЕ гладкий Фторосилікат |
Рис. 2 Схеми спорудження тонкостінних вторинних обробок комбінованого типу з монолітно-пресованого бетону методами пресування:
а) –осьового;
б) –радіально-осьового;
в) –радіального.
–вторинна обробка;
–опалубка;
–ребристе покриття;
4 –пресуюче устаткування.
Загальні висновки та пропозиції
Основні положення дисертації опубліковані у таких роботах:
Анотація
В.М.Бабаєв “Дослідження та розробка технологічних рішень спорудження тонкостінних вторинних обробок при відновленні каналізаційних колекторів”. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 –технологія промислового та цивільного будівництва.Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури.Харків,1999.
У дисертації розглянуті питання ремонту та відновлення конструкцій каналізаційних колекторів
Приведені фактори, що знижують довговічність надійної експлуа-тації колекторів.
Виконаний аналіз методів відновлення конструкцій.
Установлено, щоодним із ефективних методів є зведення вторинних обробок із монолітно-пресованого бетону з установкою антикорозійних та антифільтраційних покриттів.
Розроблена методика розрахунку тиску пресування бетонної суміші при використанні розробленного автором пристрою радіально-осьового пресування.
Запропоновані технологічні, технічні та організаційні рішення, які направлені на підвищення ефективності ремонтно-відновлювальних робіт в каналізаційних колекторах з застосуванням монолітно-пресованого бетону.
Ключові слова: каналізаційний колектор, обробка, монолітно-пресований бетон, радіально-осьове пресування.
Annotation
V.N.Babayev “Research and elaboration technological solutions of construction of secondary thin vault lining when recovering severs”. - Manuscript.
The thesis on competition of scientific degree of candidate of engineering science on a speciality 05.23.08 –technology of industrial and civil construction. Kharkiv state technical university of construction and architecture, Kharkiv, 1999.
The questions of construction of secondary thin vault lining when recovering severs have been examined in this thesis.
The factors which decrease operating durability of these structures have been established, and the analysis of recovering methods was done.
It was proved that construction of secondary thin vault lining from monolithic-pressing concrete with anticorrosive and antipercolative cover is one of effectual method.
The methods of calculation of pressure in concrete mix when using radial-axial pressing device have been offered. This radial-axial pressing device have been work out by author.
Technological, technical and organizational solutions directed to increase effectiveness of repairing and recovering work when apply the monolithic- pressing concrete in severs was represented.
Key words: severs, lining, monolithic- pressing concrete, radial-axial pressing.
Аннотация
В.Н.Бабаев.” Исследование и разработка технологических решений возведения тонкостенных вторичных обделок при восстановлении канализационных коллекторов”. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 –технология промышленного и гражданского строительства. Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков,1999.
Диссертационная работа посвящена вопросам ремонта и восстановления конструкций канализационных коллекторов.
Рассмотрены конструктивные решения эксплуатируемых канализационных коллекторов, материалы, из которых они построены. Описаны факторы, вызывающие разрушения конструкций. Установлено, что основным из них является газовая коррозия бетона, следствием воздействия которой является разрушение вторичных обделок.
Рассмотрены основные методы восстановления и защиты от коррозии внутренних поверхностей коллекторов. Приведены преимущества и недостатки используемых методов. Как показали исследования одним из наиболее распространенных является метод “вкладыша”, который влечет за собой повышенные затраты и уменьшение поперечного сечения коллекторов, что снижает их пропускную способность.
Изучение отечественного и зарубежного опыта в области строительства и ремонта подземных сооружений позволили автору установить, что одним из эффективных методов их восстановления является устройство обделок из монолитно-прессованного бетона.
В диссертационной работе рассмотрена сущность уплотнения бетонной смеси прессованием, исследованы физико-механические характеристики монолитно-прессованного бетона, железобетона, сталефибробетона.
Выполнен анализ методов возведения вторичных обделок из монолитно-прессованного бетона. Изучены физико-механические характеристики антикоррозионных и антифильтрационных покрытий, которые могут быть использованы при устройстве обделок из монолитно-прессованного бетона.
Автором разработаны конструкции вторичных обделок комбинированного типа с монолитно-прессованного бетона, сталефибробетона и железобетона.
Предложена установка, предназначенная для радиально-осевого прессования бетонной смеси. Конструктивно установка состоит из шнека с переменным шагом витков и перфорированного корпуса в виде усеченного конуса.
Осевое усилие прессования бетонной смеси создается шнеком, радиальное –взаимно-наклонными лекальными стенами корпуса и вала шнека.
Для определения давления в бетонной смеси, а так же рациональных конструктивных параметров прессующего устройства, разработана методика их расчета. Методика позволяет выбирать оптимальные параметры прессующих элементов разработанного оборудования и соответственно минимизировать энергетические затраты, которые необходимы для получения прессованного бетона необходимых прочностных характеристик.
В работе разработаны технологические, технические и организационные решения возведения тонкостенных вторичных обделок комбинированного типа (с устройством антикоррозионного слоя) для восстановления и защиты канализационных коллекторов: диаметром 2–м –методом осевого прессования; диаметром 1-2 м –методом радиально-осевого прессования; диаметром 0,6-1 м –методом радиального прес-сования.
Автором приведены графики работ по возведению вторичных обделок в канализационных коллекторах различных диаметров. Выбраны комплекты машин и оборудования для проведения работ, дана рецептура бетонных смесей и растворов. Определена экономическая эффективность разработанных решений.
Ключевые слова: канализационные коллекторы, обделка, монолитно-прессованный бетон, радиально-осевое прессование.