Бесканальные теплопроводы в автоклавном армопенобетоне
В настоящее время все большее развитие получают индустриальные способы строительства тепловых сетей с различными видами монолитной тепловой изоляции. Монолитная тепловая изоляция бесканальных теплопроводов представляет собой прочную неразрушающуюся оболочку, нанесенную на трубы в заводских или полигонных условиях, надежно защищающую теплопроводы от тепловых потерь.
Эта изоляция должна выдерживать механические нагрузки, связанные с транспортировкой и монтажом тепловых сетей.
В Ленинграде и других городах широко применяется бесканальная прокладка тепловых сетей с монолитной армопенобетонной тепловой изоляцией (заводского изготовления), которая была предложена А. Н. Крашенинниковым и П. А. Лазаревым. Этот вид тепловой изоляции явился первой отечественной индустриальной конструкцией для подземной канальной и бесканальной прокладки, наносимой на трубы в заводских условиях. Конструкция изоляции (рис. 3. 1) представляет собой нанесенную на трубы в заводских условиях армопенобетонную оболочку с автоклавной термообработкой и последующей оклейкой в 2—3 слоя рулонными битумными материалами. Защитный слой в виде асбестоцементной штукатурки, армированной металлической сеткой, предохраняет оклеенную гидроизоляцию от механических повреждений.
Теплоизоляционный слой из армопенобетона обладает следующими теплофизическими свойствами:
Так как автоклавный пенобетон является хрупким материалом и имеет прочность, недостаточную для выдерживания механических нагрузок, связанных с транспортированием труб на строительные объекты и их монтажом, пенобетон армируют спиральным арматурным каркасом. Арматурные каркасы готовят из продольных стержней диаметром 6 мм, обкатываемых по спирали проволокой-катанкой диаметром 3—4 мм на специальных сварочных станках-автоматах. Трубы армируют двумя полукаркасами, соединяемыми между собой в средней части трубы. Расстояние между каркасом и наружной поверхностью тепловой изоляции около 25 мм. Для изготовления автоклавного пенобетона применяют следующие материалы: портландцемент марки не ниже 400, молотый кварцевый песок или маршалит (пылевидный кварц) с содержанием кремнезема не менее 80 %, известь, пенообразователь и воду. В качестве пенообразователя используют состав, приготовленный на основе столярного или мездрового клея, канифоли, кальцинированной соды и воды.
Технологическая схема изоляции труб пенобетоном (рис. 3.2) состоит из следующих операций: приготовления пенобетонной смеси; вязки арматурных металлических каркасов; очистки труб от грязи и ржавчины; армирования и установки их в формы-кассеты; заливки форм пеномассой и выдержки пенобетона до автоклавной обработки; обработки в автоклавах, распалубки и сушки изолированных труб- устройства гидроизоляции и нанесения защитного слоя.
Технология приготовления пенобетонной смеси следующая. Песок из приемного бункера через питатель поступает в приемную воронку стержневой мельницы мокрого помола. Туда же подается вода и известыв количестве 1 —1,5% массы песка. Из мельницы песочный шлам с помощью камерного насоса подается в шламобассейн, расположенный над дозатором пенобетоносмесителя. Одновременно с подачей в пенобетоносмеситель песочного шлама поступают через дозаторы цемент и пенообразователь. Готовая пенобетонная смесь из смесителя поступает в сборник, а оттуда в формы, в которые предварительно укладываются очищенные трубы с установленными на них арматурными каркасами. Для изоляции труб пенобетоном применяют специальные формы-кассеты (рис. 3.3), обеспечивающие лучшее использование объема автоклава. Их размеры по ширине и высоте определяются размерами автоклава, а количество гнезд для труб — диаметром последних. Подачу пеномас- сы и выпуск воздуха производят через заливочные отверстия, расположенные в верхней части формы. Перед сборкой форм их внутреннюю поверхность смазывают отработавшим машинным маслом.
После заливки в формы пенобетон выдерживают в цехе в течение 12 ч при температуре 16—18°С. При этом происходит процесс естественного твердения пенобетона без усадки и образования трещин. После выдержки формы с изолированными трубами помещают в автоклав, где происходит термическая обработка пенобетона в течение 14 ч (по режиму 5+4+5) при давлении 1,2 МПа. После термообработки формы с изолированными трубами выкатывают из автоклава с противоположной стороны для распалубки.
Извлеченные из форм трубы с тепловой изоляцией направляют в сушильное отделение, где производится сушка пенобетона горячими газами при температуре около 200°С в течение суток до влажности 10—: 15%. На высушенные трубы наносят гидроизоляционное покрытие (2 слоя бризола, изола или другого материала, пригодного для гидроизоляции бесканальных теплопроводов) на битумно-резиновой мастике и защитное покрытие в виде асбестоцементной штукатурки по металлической сетке.
Для заделки торцов тепловой изоляции труб применяют уплотнительные шайбы из полимерных или других материалов. Готовые шайбы надевают на концы труб перед укладкой их в формы. При нанесении тепловой изоляции на заводе концы труб длиной 250 мм оставляют неизолированными, что необходимо при сварке и испытании теплопроводов. Проверенные и принятые отделом технического контроля (ОТК) трубы с нанесенной теплогидроизоляцией отгружают строительно-монтажным организациям и на специальных трубовозах направляют на склад готовой продукции или на трассу.
Первый в Советском Союзе специализированный завод по изоляции труб армопенобетоном был построен в Ленинграде в 1963 г. по проекту института Ленгипроинжпроект. С 1974 г. аналогичное предприятие стало действовать в Москве в системе Главмоспромстрийматериалов. В начале в Москве трубы, изолированные автоклавным армопено- бетоном, применяли в основном для прокладки в каналах и только недавно стали использовать и для бесканальных. В настоящее время производство монолитной теплоизоляций из автоклавного армопенобетона в небольших масштабах освоено и в других городах.
При строительстве первых теплотрасс предполагалось, что труба будет свободно перемещаться в армопенобетон- ной изоляции. Однако уже на первых участках тепловых сетей было установлено, что фактические термические продольные деформации трубопроводов несколько меньше расчетных, причем, несмотря на принятые меры по смазке труб перед их заливкой пенобетоном, вместо скольжения стальных труб внутри слоя изоляции наблюдалось их совместное перемещение в грунте с монолитной изоляцией. Таким образом была установлена основная особенность бесканальной прокладки с монолитной армопенобетонной изоляцией, отличающая ее от прокладок других типов, а именно — сов- местная работа трубопровода с изоляцией при линейных деформациях. В дальнейшем это свойство адгезии пенобетона с поверхностью стальных труб стало расцениваться как преимущество с точки зрения защиты этих труб от наружной коррозии, а также возможности снижения механической прочности монолитной теплоизоляции за счет восприятия усилий со стороны грунта не только изоляцией, но и самими трубами.
Бесканальную прокладку тепловых сетей в изоляции из автоклавного армопенобетона применяют для тепловых сетей с расчетным перепадом температур 150—70°С при диаметре трубопроводов 50—1000 мм. Данную конструкцию также используют в непросадочных грунтах с естественной влажностью: глинистых, песчаных, плотнослежавшихся насыпных и др. В слабых грунтах применение армопенобетонной Изоляции возможно при устройстве искусственного основания из сборного или монолитного бетона или железобетона, из щебеночной подготовки или подушки из песка. При наличии грунтовых вод прокладку осуществляют после понижения их уровня посредством устройства попутного дренажа.
Прокладку бесканальных теплопроводов в монолитной армопенобетонной теплоизоляции (рис. 3.4) осуществляют по типовым решениям, разработанным Ленинградским отделением института Теплоэлектропроект (типовой проект № 903-0-1). В соответствии с этими решениями тепловая изоляция для обратных трубопроводов предусмотрена для труб с условным проходом 50—250 мм (рис. 3.5,а). При диаметре труб 300-н500 мм допускается укладка обратных трубопроводов либо без тепловой изоляции, либо с изоляцией меньшей толщины, чем у подающих трубопроводов. При диаметре труб 600—1000 мм рекомендуется прокладка обратных теплопроводов без тепловой изоляции (рис. 3.5,6). Обратный теплопровод в этом случае изолируется 2—3 слоями бризола или изола на битумной мастике с защитной асбестоцементной штукатуркой по металлической сетке. Применяемая в настоящее время толщина тепловой изоляции из автоклавного армопенобетона приведена в табл. 3.1. Наблюдения за тепловыми потерями на действующих тепловых сетях Ленинграда показали, что в некоторых случаях при отказе от тепловой изоляции обратных трубопроводов потери значительно увеличиваются. Поэтому в каждом конкретном случае, когда не предусматривается тепловая изоляция обратного теплопровода, следует проводить технико-экономическое обоснование.
Теплоизоляция теплопроводов армопенобетоном с оклейкой рулонными гидроизоляционными материалами обладает значительными преимуществами по сравнению с другими видами. Прежде всего к ним относится индустриальность работ, так как все основные процессы по нанесению изоляционных материалов выполняются в условиях завода. Кроме того, небольшая высота капиллярного поднятия, высокая щелочность (рН8,5), прочное сцепление тепловой изоляции с поверхностью трубы и образование подсушенного слоя при относительно высокой средней влажности тепловой изоляции, высокое омическое сопротивление способствуют снижению скорости коррозии стальных труб. Даже в сложных и тяжелых гидрогеологических условиях. Ленинграда с его высоким уровнем грунтовых вод, большой плотностью расположения подземных коммуникаций, весьма разветвленной сетью путей электротранспорта, наличием в ряде районов просадочных и коррозионных грунтов многолетний опыт эксплуатации подтверждает положительные качества армопенобетонной изоляции. Эти преимущества привели к тому, что в Ленинграде с 1949 г. тепловые сети прокладывают в основном с изоляцией из армопенобетона.
Однако данный вид изоляции имеет ряд существенных недостатков. Пенобетон обладает высоким водопоглощением, что вызывает необходимость тщательной гидроизоляции. Вследствие переменного температурного режима тепловых сетей, а также капиллярного подсоса из грунта, активно происходящего при остановке теплопровода, влага проникает в тепловую изоляцию через трещины, практически всегда имеющиеся в гидроизоляционной оболочке. При включении в работу теплопровода происходит нагрев пенобетона от воздействия температуры теплоносителя, но из-за отсутствия поверхности испарения пенобетон плохо сохнет. Большая влажность тепловой изоляции при высокой температуре приводит к резкому увеличению тепловых потерь и к интенсивной коррозии стальных труб.
Гидрозащитная оболочка не обладает достаточной герметичностью, что объясняется недостаточной механической прочностью покрытия, адногошовностью вследствие применения рулонных материалов небольшой ширины, не- возможностью обеспечения сплошности и равномерности битумно-резиновой мастики. Весьма слабым местом теплопроводов в армопенобетонной изоляции являются участки сварных стыков отдельных труб. Стыки (рис. 3.6), изоли- руемые на месте после окончания монтажа и гидравлического испытания участка теплотрассы главным образом отдельными пенобетонными скорлупами с оклейкой их поверхности рулонными битумными материалами, очень часто оказываются водопроницаемыми, что вызывает кор- розию стальных труб. Другим недостатком прокладки в армопенобетоне является отслоение гидроизоляционной оболочки, особенно на участках, примыкающих к теплофикационным камерам, размягчение и вытекание битумной мастики, полное разрушение оклеенной гидроизоляции и вследствие этого увлажнение армопенобетонной теплоизоляции, снижение ее теплозащитных свойств и интенсивное коррозионное разрушение поверхности стальных труб. Значительная коррозия отмечается в основном на участках вблизи камер и стыковки со строительными конструкциями, но иногда и на прямых участках. Недостатком изоляции труб армопенобетоном является также необходимость сооружения изолировочного завода или цеха, оборудованного автоклавным хозяйством и сушильными камерами. Поэтому применение прокладок в армопенобетонной изоляции может быть рекомендовано только для больших городов с большим годовым объемом строительства тепловых сетей, в том числе магистралей диаметром более 500 мм, прокладка которых в остальных рассматриваемых видах бесканальных прокладок пока не решена.
Выявленные недостатки привели к необходимости проведения работ по усовершенствованию конструкций бесканальной прокладки тепловых сетей с монолитной изоляцией в автоклавном армопенобетоне. Так, В. П. Витальев предложил для защиты от увлажнения и создания условий для высыхания тепловой изоляции окружать бесканальный теплопровод пористым слоем из неувлажняющегося материала, в частности гравием. Пористый слой обсыпки из гравия толщиной 100 мм в свою очередь, защищается от заиливания фильтром из среднезернистого песка толщиной 100—120 мм. Конструкция бесканальной прокладки в гравийной обсыпке показана на рис. 3.7. Эта конструкция испытана на опытных прокладках тепловых сетей Ленинграда общей протяженностью 10 км. Вскрытиями установлено, что данная конструкция обеспечивает подсушку пенобетона, но не предохраняет от коррозии поверхность стальных труб. Стоимость конструкции в гравийной обсыпке оказалась ниже, чем стоимость конструкции с гидроизоляционной оболочкой из рулонных битумных материалов,1 однако из-за трудности механизации работ по обсыпке она не нашла широкого применения.
В дальнейшем, в целях индустриализации работ, В. П. Витальев предложил пористый слой выполнять из скорлуп и сегментов толщиной 80 мм, изготовленных из крупнопористого бетона с последующей песчаной обсыпкой.
Эта конструкция также была испытана на опытных прокладках тепловых сетей Ленинграда. Подсыхание изодяции в пористом слое бетона оказалось не ниже, чем в-слое гравия, однако при вскрытиях также была обнаружена наружная коррозия стальных труб.
Первоначально защитное покрытие гидроизоляции в виде асбестоцементной штукатурки по металлической сет- ке наносилось по ней вручную, что увеличивало трудовые затраты и способствовало дополнительному увлажнению конструкции. Вместо слоистого покрытия из бризола и асбестоцементной штукатурки с 1969 г. в Ленинграде начали внедрять способ механизированной монолитной гидроизоляции с применением битумно-резиновой мастики, армированной стеклотканью. В настоящее время после внедрения на заводе Главмоспромстройматериалов (Люберецкий комбинат строительных материалов и конструкций) устройства, позволяющего исключить ручной труд при нанесении штукатурки и значительно улучшить ее качество применение этого защитного покрытия вновь стало актуальным.
С 1962 г. в Ленинграде скорлупная заделка стыков труб, изолированных армопенобетоном частично начала заменяться монолитной из поропласта ФЛ, однако из-за отсутствия требуемого оборудования этот метод широкого распространения не получил. Положительный опыт внедрения конструкции торцов теплоизоляции с применением специальных уплотнительных шайб из фенольного пресс- порошка позволил значительно улучшить качество торцов труб, изолированных армопенобетоном.
В целом показатели долговечности и надежности бес- канальной прокладки с монолитной изоляцией из автоклавного армопенобетона являются все же более высокими, чем у других широко применяемых конструкций и этот вид прокладки считается наиболее проверенным в условиях длительной эксплуатации из всех конструкций бесканальных прокладок, применяемых в нашей стране.
Авдолимов Е. М., Шальнов А. П. Водяные тепловые сети. — М.: Стройиздат, 1984.
