автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Совершенствование технологии устройства стыков сборных железобетонных труб оросительных систем

Мсскобский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-строительный институт км. В.В. Куйбышева

На правах рукописи Ш 69.057.43:621.643.626.3

Аль Сус Мазсн

СОВЕРЕЗПСГВОЕАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА С'ШОВ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ТРУБ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Специальность CS.23.08 - "Технология и организация

промышленного и гражданского строительства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЙУЧНШ РУКОВОДИТЕЛЬ -доктор технических наук, профессор ЦАЙ Т.Н.

Москва 1990

Работа выполнена на кафедре Организации строительства МИСИ им. В.В. Куйбышева

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Цай Т.Н.

Официальные оппоненты - д.т.н., проф. Данилов H.H., кафедра ТОТ МИСИ;

к.т.н., с.н.с. Лапшин Е.И., зав.лаб. индустриально-мобильного строительства ЦНИИОМТП Госстроя СССР.

Ведущая организация - Техническое Управление Минводхоэа КазССР.

Защита состоится час. на

заседании специализированного Совета Д 053.11.10 в Московском инженерно-строительном институте им. В.В. Куйбышева по адресу: II3II4, Москва, Шлюзовая набережная, д. 8,. в

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв в двух экземплярах по адресу: 129337, Москва, Ярославское ш., д. 26, МИСИ им. В.В. Куйбышева, Ученый Совет

Автореферат разослан

1990г.

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат технических наук, доцент Б.Ф. Зиршиков.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время з практике орошения земель в СССР и за рубеком все более широкое применение находят закрытые оросительные слстеки. Безусловно это явилось большим шагом в индустриализации мелиоративного строительства, но вместе с тем, поставило ряд проблем рационального использования водных ресурсов, одной из которых является надежное, водонепроницаемое соединенно трубопроводов. По ряду конструктивных и технологических причин стыки труб оросительных систем имеют ручные процессы, существенно снижающие тешы прокладки трубопроводов. Основным недостатком традиционной технологии является наружная зачеканка, не способствующая удержания воды, и как следствие - высокая водопроницаемость материала заделки.

Применяемые в настоящее время растворные смеси далеко не полностью отвечают требованиям по сплоиности и водонепроницаемости, что не обеспечивает рационального использования оросительных систем. Это положение усугубляется еще тем, что раствор заделки несомненно вызывает опасность появления усадочных и технологических трещин в процессе строительства и эксплуатации.

В связи с етим актуальным является, прежде всего, разработка нетрадиционной технологии заделки стыков оросительных систем и устройств для ее осуществления, а также улучшения физико-механических свойств с исключением последствий усадки материала, так как предъявление к тому или иноцу стыку требования по водонепроницаемости, значит предъявление укаванинх требований, в основном, к материалу заделки стыка.

Особенно перспективным в ревонии поставленной проблемы является способ механизированной подтт, уплотнения и последую-

щей затирки стыков изнутри трубопровода с применением раствора в качестве вяжущего, напрягающего цемента, так как эффективное использование растворов на напрягающих цементах достигается при заделке жестких контуров, разновидностью которых являются стыки оросительных систем.

В настоящее время исследования по внутренней механизированной заделке стыков напрягающим раствором в условиях строительной площадки весьма ограничены. Однако требования мелиоративного использования напрягающего цемента указывает на целесообразность, экономичность и воевременность исследований, направленных на изучение конструктивно-технологических решений, свойси материала и нетрадиционной технологии заделки стыков. В этой Связи вопросы совершенствования технологии устройства стыков, как одного из ответственных технологических процессов строительства оросительных систем, остаются весьма актуальными.

Целью диссертационной работы является повышение качества заделки стыков, исследование материала, создание способа и устройств его осуществления и разработка принципов их расчета, конструирования, технологии изготовления и применения, направленных на совершенствование технологии строительного производства.

Для достижения поставленной в настоящей диссертационной работе цели, комплексно решались следующие основные задачи (рис.1): исследования физико-механических свойств материала заделки стыков труб; расчетно-конструкторских предложений; организационно-технологических и технико-экономических показателей. Научная новиана работы представлена: качественным анализом организационно-технологических основ

Ряс.I. 7крупненпая 0лок-схеиа исследований

устройства стыков оросительных систем, позволившим определить их сущность и выдвинуть ряд организационно-технологических положений о возможности использования нетрадиционной технологии;

оптимальными составами песчаных растворов на напрягающих цементах для заделки стыков труб;

установленными технологическими факторами, влияющими на водонепроницаемость песчаных растворов на напрягающих цементах;

созданием нового способа заделки стыков труб оросительных систем и устройств для его осуществления с разработкой принципов конструирования, расчета и технологии их изготовления;

основными принципами организации технологии заделки стыков труб оросительных систем.

Практическая ценность работы заключается в:

анализе конструктивно-технологических особенностей стыков, применяемых способов, материалов и устройств для заделки стыков;

создании технических средств для строительных лабораторий, исследующих свойства песчаных растворов на напрягающем цементе;

создании конструктивных решений устройств для заделки стыков труб оросительных систем, а также в разработке принципов расчета, конструирований, технологии изготовления и их применения, приемлемых в инженерной практике;

снижении себестоимости работ, трудовых затрат, повышении производительности и уровня механизации при строительстве оросительных систем.

Разработанная нетрадиционная технология предложена в качестве заявок на предполагаемые изобретения (Приоритетная справка Госкомитета СССР по делам изобретений и открытий № 31Гб3395/33

(81691) от 25 имя 1990 года).

Результаты исследований опубликованы в трех статьях и использованы при составлении эскизных чертежей.

На защиту выносятся:

качественный анализ существующих способов и устройств заделки стыков труб оросительных систем, позволивший установить несовершенства организации технологии и пути решения;

результаты исследования зависимостей становления физико-механических свойств материала заделки от технологических факторов;

принципы расчета, конструирования и технологии изготовления устройств механизированной заделки стыкое труб оросительных систем;

. основные положения организации технологии заделки стыков;

техническая целесообразность и экономическая эффективность применения устройств и песчаного раствора на напрягающем цементе для заделки стыков труб оросительных систем.

О 16 ъ в м работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Содержит 135 страниц машинописного текста, 16 таблиц и 47 рисунков. Библиография содержит 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ'

и

Мелиорация и, прежде всего орошение, - одно из основных направлений развития сельскохозяйственного производства в большинстве стран мира. В настоящее, время в мире орошается более 270 млн.га земель. Занимая 17? обрабатываемых земель, они дают около половины мирового производства сельскохозяйственной продукции.

В настоящее время все виды мелиорации и комплексы мероприятий по мелиорации осуществляют оросительные системы (рис.2) и целесообразно рассматривать их в классифицированной форме как совокупность каналов, трубопроводов, сооружений и различных устройств, расположенных на орошаемой площади и обеспечивающих возможность своевременной подачи и распределения воды по поло в целях поддержания в корнеобитаемом слое необходимой оптимальной влажности почвы.

По конструкции оросительные системы подразделяются на три типа: открытые (из открытых каналов или лотков); закрытые (напорные или безнапорные трубопроводы); комбинированные (сочетание первых двух типов).

В основном преобладают открытые оросительные системы, которые имеют ряд недостатков: низкий КПД из-за высоких технических и эксплуатационных потерь воды; значительные потери орошаемых площадей под каналы и полосы отчуждения; трудность автоматизации и механизации процессов полива; затруднение в механи&ации сельскохозяйственных работ; резервы вдоль каналов заболачиваются и являются, источником распространения сорняков Закрытые оросительные системы являются перспективными, но у них тоже есть свои недостатки± основными из которых являются высохие потери воды в трубопроводе через стыки, и как следствие большие энергетический затраты на -восполнение потерь воцы необходимой орошаемому участку.

В этой связи Минводховом СССР обоснована техническая и экономическая целесообразность замены некоторой части открытых каналов закрытыми водоводами из сборных железобетонных труб. При этом ориентировочная потребность в трубах диаметром (0,5...1,2 м) на 1990г. определена в 1400 км. Необходимо отме-

Рас.2. КонструютЕНо-технологаческая классифЕкация оросвтедьныт. систем

тить, что при этом не рассматривалось использование Труб данных диаметров при строительстве сбросных коллекторов.

Проведенные исследования показали, что основной проблемой строительства оросительных систем является возможность стопроцентной доставки воды к полям орошения с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Одним из серьезных вопросов строительного производства, в решении данной проблемы является совершенствование технологии и организации строительства оросительных систем путем разработки нетрадиционного способа и устройств для его осуществления, а также применением перспективных материалов.

Наиболее полно этому вопросу отвечает технология и организация строительства трубопроводов! заключающаяся в подаче материала в стык, уплотнении и последующей затирки внутренней полости стыка, используя в качестве материала заделки песчаных растворов на напрягающем цементе. При этом необходимо отметить важность исследований, направленных на расширение областей применения напрягающих растворов в условиях строительной площадки, в том числе и при устройстве стыков оросительных систем.

Для детальной разработки и экспериментальной проверки нами ставилась задача в проведении исследований по следующим направлениям:

1. Исследование организационно-технологических решений орошения земель и особенностей устройства стыков оросительных систем.

2. Разработка экспериментальных лабораторных установок и методики исследований для условия применения напрягающего раствора в стыках оросительных систем.

3. Определение основных физико-механических свойств применяемого материала - песчаного раствора на напрягающем цементе.

4. Создание способа и устройств для.его осуществления с разработкой принципов.конструирования, расчета и технологии их изготовления.

5. Разработка организации технологии и определение экономической эффективности саделки стыков труб оросительных систем.

Для проведения физико-механических испытаний песчаного раствора на напрягающем цементе при оценке качества материала с точки зрения удовлетворения требованиям соответствующих технических условий использована методика НИИЖБа. Для получения экспериментальных данных наиболее приближенных к реальным условиям ввдерживания раствора в стыках трубопроводов, были изготовлены и апробировании экспериментальные установки для измерении. энергии расширения раствора, рассчитанные на выдерживание образцов в конкретных условиях реальных сооружений. Первая установка представляет динамометрический кондуктор, состоящий из трех траверс: нижняя, средняя, верхняя, соединенных между собой тягами, служащих для опирания пружины, создающей связанную де-. формацию линейному расширению песчаного раствора. Замеры деформации в результате расширения раствора на напрягаицем цементе производились установленными на кондуктор индикаторами часового типа. Нардцу с вышеописанной установкой была использована специальная установка, где линейные деформации песчаных растворов на напрягающем цементе определяли с помощью индикаторов часового типа. Для этого при вибрировании раствора в форме с ребром 10 см на его поверхность укладывали шлифованные алпминигвие пластинки толщиной I мм. На только что. изготовленные образны с помощью штативов устанавливали индикаторы. Деформации квддо-

го образца определяли двумя индикаторами часового типа (точность измерения 0,01 мм) через каадые 4 часа в первые сутки с момента затворения смеси, а затем два раза в сутки в течение 14 дней.

Преимущество этих способов определения линейного расширения и прочности помимо простоты заключается также и в том, что образцы в необходимом количестве могут помещаться в условия твердения конкретных конструкций, давал тем.самым более реальную картцну самонапряженного состояния материала заделки стыков труб.

Исследования проводились на промышленных партиях цемента Усть-Каменогорского цементного завода. В качестве мелкого заполнителя применяли песок с содержанием 4$ пылевидных и глинистых частиц и влажностью 4,8$, характеризующийся модулем крупности М^ г 2,58.

При проведении лабораторных экспериментов условия формования образцов соответствовали условиям замоноличивания стыков труб в построечных условиях. Для замедления сроков схватывания раствора был применен метод частичной предварительной гидратации, опробованный как в лабораторных, так, и производственных условиях. Необходимое количество образцов, определялось статистической обработкой результатов 16 партий образцов с контролируемыми переменными, полученными пробными экспериментами.

Исследуя вопросы расхода цемента, необходимо отметить, что

*

последнее определяет не только технические свойства раствора, но и экономичность используемых составов. При этом, изменение прочности напрягающего раствора с изменением расхода напрягающего цемента подчиняется закономерностям, свойственным обычным растворам, то есть прочность.достигнув определенного пре-

дельного значения при дальнейшем увеличении расхода цемента увеличивается незначительно. Однако для песчаного раствора на напрягающем цементе эти значения предельной прочности по абсолютной величине значительно превосходят эти яе показатели обычного цементно-песчаного раствора. Из этого следует, что применение напрягающего цемента взамен обычного при одинаковом их расходе позволяет получать растворы более высокой прочности или обеспечивать снижение расхода вяжущего при получении равнопрочных растворов.

Полученные результаты показали, что прочность песчаных растворов на напрягающем цементе, определенная по образцам расширяющихся в свободном состояния, не характеризуют прочность раствора в стыках труб, так прочность раствора в условиях связанной деформации на 20-30!? выше прочности, определенной по образцам, расширяющихся свободно (рис.3, табл.I).

Проведенными исследованиями на водонепроницаемость было установлено, что в образцах песчаного раствора на напрягающем цементе граница подъема при соответствующей величине давления располагается на определенном расстоянии от нижней плоскости образца. При этом длительное выдерживание образцов под давлением не увеличивало глубины пропитки образца водой, что дает основание предположить, что после подъема жидкости до определенной границы, фильтрация прекращается (табл.2).

Наблюдаемая в наших экспериментах высокая водонепроницаемость песчаных растворов на напрягаюцем цементе определяется высокой плотностью я непроницаемостью зоны контакта между напрягающим цементом и заполнителем, являющимся следствием уплотнения цементного камня НЦ в условиях всестороннего сяатия, возникающего вследствие самонапряжения. Кроме того, высокая

Ир.т*

30

25"

- го

граница э расхода ц Ефективюго змента г-

)

250

300

■350

Рис.з.

Ц.1&И])

Влияние расхода цемента на прочность песчаного раствора на- напрягающем цементе.

Таблица I

Прочностные характеристики песчаных раствороз на напрягак!геы цементе

Номер Марка Воцо соста цемен цеме ва та нтн. Факти чес- кая Предел прочности в МПа в воз ьа сжатие НН ьа сжатие при ИЗГИ(5е росте (сут.) растяжение

раствора от- ноше ние объеа нал масса кг/мЗ 7 28 7 28 7 2В

I 400 0,4 1181 28,3 3-1,9 5,6 6,2 з,т 3,0

2 400 0,45 1091 24,7 30,1 5,2 5,6 2,3 2,8

3 500 •0,5 980 21,3 21,3 3,6 4,2 2,5 2,9

Таблица 2

Влияние технологических факторов на водонепроницаемость песчаных растворов на напрягающем цементо

Расход материала на I мЗ £п _раствор ._

'цемент песск вода

1. 360 730 158

2. 320 670 148

3. 280 580 137

Воцоце- Жидкость Глубина ментное растворных проиикнове OTHOíie- смесей, ния вопы нпе сек. лри 16 етм

_сы_

0,45 20 3,7

0,47 20 3,9

0,51 22 4.2

непроницаемость обусловлена его пористой структурой, округлой изометричной формой пор, а тагам отсутствием неплотностей ыезду заполнителем и цементом.

По показателям водонепроницаемости изученный напрягащий раствор значительно превышает максимальную марку по водонепроницаемости (И-16), нормируемый для обычных растворов и мояет быть отнесен к растворам особо плотной структуры.

Анализ конструктивно-технологических решений стыковых соединений и способов их заделки показал, что традиционная технология сводится к применению уплотнительных колец с последующей зачеканкой наружной раструбной полости вручную, при этом в процессе эксплуатации оросительной системы,давление воды в водоводе не способствует удержанию, а напротив, выдавливает цементно-песчаную "рубашку" зачоканки из стыка. Кроме того, наличие незаделанной внутренней стыковой щели приводит к дополнительным гидродинамическим потерям, ускоряет износ труб в стыках, что также приводит к разгерметизации стыкового соединения.

С целью устранения несовершенств традиционной технологии заделки стыков труб оросительных систем предложен .принципиально новый способ заделки стыков труб изнутри.. При этом давление жидкости на уплотняющий материал, находящийся в стыковой цели способствует дополнительному aro обжатию в раструбной части стыка, а замоноличив&нне внутренней поверхности сты^са исключает дополнительные гидродинамические сопротивления, предотвращают износ труб в стыковой части.

В этой связи предлагаются . два типа (рис^,^) устройств для осуществления способа внутренней заделки стыков раструбных труб. В устройствах общим является наличие рабочего орга-

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАДЕЛКИ СТУКОВ

и

и-

Рис.^. Устройство для заделки стыков раструбных труб методом задавливания

гК

т

Г+Х

Рис.51 Устройство для заделки стыков

раструбных труб методом центробежных сил

на с элементами для накопления, подачи и уплотнения материала и стике, привод, механизмы центрирования и закрепления.

На основе экспериментальных и теоретических данных разработаны основные принципы расчета, конструирования, технологии изготовления устройств и технология заделки стыков труб оросительных систем. .

Результаты проведенных исследований подтвердили возможность, приемлемость и целесообразность применения разработанной технологии и созданы предпосылки ее широкого внедрения в практику строительства оросительных систем.

Комплексное технико-экономическое исследование и расчет позволили получить ожидаемый экономический эффект в рааиере 478,78 руб./км при длине трубы 5 ы.

1. Качественный анализ организационно-технологических решений орошения земель конструктивно-технологических основ существующих способов, применяемых материалов и устройств для заделки стыков труб, позволил выявить род несовершенств, которые могут.быть устранены применением нетрадиционной технологией механизированной заделки стыков труб оросительных систем изнутри с применением песчаных растворов на напрягающем цементе..

2. Исследованы и предложены оптимальные составы песчаного раствора на напрягавдем цементе в качестве материал.' для заделки стыков труб оросительных систем. •

3. Установлено влияние технологических факторов на водонепроницаемость песчаных растворов на напрягающем цементе.

4. Применение напрягаицего цемента позволяет получить раствор для заделки стыков труб прочностью при сжатии 30-35 МПа и

ОСНОВНЫЕ вывода И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

водонепроницаемостью свыше

5. Изменение прочности пеачаного раствора на напрягающем цемента с изменением расхода НЦ подчиняется закономерностям, свойственным обычным растворам, т.е. прочность раствора определенного предельного значения при дальнейшем увеличении расхода цемента увеличивается незначительно.

6. С увеличением расхода напрягающего цемента семонапряжение песчаного раствора на НЦ увеличивается лишь до определенного, предела, после которого увеличение расхода НЦ не приводит к заметному увеличению самонапряжения.

7. Высокие физико-механические свойства песчаного раствора на напрягающем цементе обеспечиваются за счет уменьшения усадочных напряжений в растворе и высокой плотности и прочности в зоне контакта зерен песка и цемента.

8. Разработаны технологические требования к механизации заделки стыков труб оросительных систем и предложены принципы технологии изготовления и расчета разработанных устройств.

9. Разработана технология заделки стыков ,труб оросительных систем, основанная на новом спор^бе,- позволяющим механизировать процесс заделки стыков изнутр^ предложенными устройствами.

10. Проведенные расчеты результатов исследований подтвердили техническую преемственность и технико-экономическую целесообразность разработанных: технологии заделки стыков сборных железобетонных труб магистральных оросительных систем и механизированных устройств для ее осуществления.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Аль Сус Мазен и др. Совершенствование технологии строительства магистральных трубопроводов. Экспресс-информация, серия I, "Общие вопросы строительства, организации и технологии

строительного производства". КазЦНТИС Госстроя КазССР, 1990.

2. Аль Сус Мазен и др. Устройство для заделки стыков труб оросительных систем. Экспресс-информация, серия II "Водохозяйственное строительство" 1СазЦГО1С Госстроя КазССР, 1990.

3. Аль Сус Мазен и др. Технико-экономическая эффективность новой технологии заделки стыков железобетонных раструбных труб. Экспресс-информация, серия II "Водохозяйственное строительство" КазЦИГКС Госстроя КазССР, 1990.

Подписано в печать 13.II.90 формат 60x64^/16 Пь .ать офсетная И-686 Объем I уч.-изд.л. Т.100 Заказ/Л^ Бесплатно

Ротапринт МИСИ им,В.В.Куйбышева